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時間：2023-03-01 16:23:06
序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇大學物理質點運動學范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。
【中圖分類號】G642
一、提升大學物理課程教學重心的必要性
1.當前我國大學物理課程教學的普遍現(xiàn)狀
現(xiàn)在以及過去的幾十年的過程中，由于受當時人們的日常生活、生產及科學技術的限制，一直以來大學物理課程都把經典物理學部分，也即以經典時空觀為支柱的牛頓力學和以庫倫定律、安培定理、洛倫茨力、法拉第電磁感應定律及麥克斯韋電磁場理論等為代表的電動力學作為教學的主要內容。這兩部分內容和所耗費的教學時數(shù)幾乎為課程總時數(shù)的75%.而以惠更斯原理及麥克斯韋電磁場理論為依據(jù)的電磁波理論（包括波動光學）及應用只占了15%左右，以愛因斯坦相對論時空觀為支柱的相對論和量子力學基礎部分只占了10 %，這方面的應用就更是少者更少。有些學校甚至將原子物理部分干脆砍掉。其主要原因是在第一學期就開了大學物理課，而數(shù)學知識跟不上，學生因困于數(shù)學計算上而難以前行，把大量的時間耗費在經典物理部分。
2，人類現(xiàn)代生活、生產及科學技術的飛速發(fā)展的狀況
與當前我國大學物理課程教學的普遍現(xiàn)狀恰恰相反，這幾年人們的日常生活、生產及科學技術的飛速發(fā)展和變化卻是日新月異，突飛猛進。特別是現(xiàn)代信息的儲存與傳輸理論和技術及相應的設備裝置的開發(fā)和利用，更是讓人目不暇接，手忙腳亂。
3. 提升大學物理課程教學重心的必要性
面對人類現(xiàn)代生活、生產及科學技術的飛速發(fā)展的喜悅景象，而本應在這方面做先行指導者的大學物理課程，卻遠遠落在了他們后面，正亦步亦趨地、不知所措地步著人家的后塵，使《大學物理學》這門課程昔日的輝煌黯然失色。這真是我們物理教學的悲哀呀。
縱觀上述情況，本人據(jù)自己近20多年的中專、大專及大學物理的教學經驗以及對現(xiàn)代生活、生產及科學技術發(fā)展的感受和認識，認為我國目前大學物理課程的這種教育現(xiàn)狀非?？晌＃仨毐M力盡快做出相應的改革，以便及時跟上時展的需要。
二、主動有效提升大學物理課程教學重心的幾點具體措施
1. 重新審視《大學物理課程大綱》，確立與時展想適應的課程重心
改革的首要問題就是應該重新審視《大學物理課程大綱》，盡力盡快把現(xiàn)代大學物理課程的重心提升到以電磁場理論及應用和原子物理理論及應用上來。（這種想法，本人曾在96年的全國中專物理課程大會上就提出），相應的教學內容和時數(shù)安排：
1質點運動學 2學時；質點動力學4學時；剛體動力學4學時；氣體分子運動論4學時；熱力學基礎6學時；真空及介質中的電場8學時；真空及介質中的磁場10學時；電磁感應與電磁場10學時；振動學基礎4學時；波動學基礎6學時；電磁波和波動光學10學時；光的干涉8學時；光的衍射8學時；光的衍射4學時；狹義相對論6學時；電磁輻射的量子性8學時；原子核物理22學時.。
這些年來，電磁場理論及應用和原子物理理論及應用這部分內容一直是作為一般性的了解要求，學時安排少，于此相應的實驗就更少。作為一個現(xiàn)代人，連自己身邊每天使用的、生活中幾乎是不能缺少的通訊工具的基本原理都不夠理解，確實有些傻帽的感覺。而這些知識在大學的物理課程中如果還不能獲取，那要等到從什么課程中獲取呢？還等專業(yè)課嗎？要知道很多專業(yè)是沒有這方面的專業(yè)課程的。
2. 有機協(xié)調相關聯(lián)課程 合理調整大學物理課的開課時機
那么，如何在不增加課程教學總時數(shù)的情況下，有效提升這個重心呢？顯然，一是要合理有效精簡經典部分（特別是中學課程已經學習過的內容），二是要要有機協(xié)調所開設的關聯(lián)課程，特別是《高等數(shù)學》，另外還有《物理化學》課程（熱力學和分子運動論在《物理化學》中有一定篇幅）。
學學物理課程必須的數(shù)學工具是矢量代數(shù)和微積分及解微分方程。而這部分數(shù)學理論知識是從大學第一學年的第一學期才開課的《高等數(shù)學》中獲得，如果這時同時開設大學物理課程學習，無異于將一支沒有相應作戰(zhàn)武器的軍隊開往戰(zhàn)場，讓沒有帶相應施工設備的建筑工程隊伍進入施工現(xiàn)場。其結果可想而知?？捎行W校偏偏就是在第一學期就這樣做了。
所以，課程的開設時機優(yōu)為重要。當然，據(jù)多年的經驗，多數(shù)同事認為，合理的時機應該是在第一學年的第二學期和第二學年的第一學期。約為 16*4*2=128學時（不包含實驗）。這樣安排，學生通過一學期對高等數(shù)學的學習，已經基本掌握了矢量代數(shù)和定積分的知識，這時正好在大學物理課中的經典部分------質點運動學和質點動力學以及剛體動力學中得到了充分的應用，真是一箭雙雕。這樣，才有可能做到合理有效精簡經典物理部分內容，加快經典部分的教學進度，從而為加強對電磁場理論及應用和原子物理理論及應用的教學力度和深度讓出時間，為完成提升這門課程重心的任務做保障，從而實現(xiàn)提升大學物理課程重心的目的。
1.2研究方法的不同中學物理因研究對象簡單，數(shù)學知識基礎少，所以研究方法基本是歸納法，討論的規(guī)律基本上是從物理現(xiàn)象出發(fā)，通過簡單實驗總結出來的簡單規(guī)律，比如中學物理力學中得出動量定理、動能定理的時候都是實驗歸納法得出的，并且涉及的力基本是恒定的，只講恒力的沖量、恒力的功，平均沖力等，在電磁學中只介紹勻強磁場、勻強電場的規(guī)律等。而大學物理與自然實際就更接近了，要討論變力的沖量、變力所做的功、非均勻磁場、電場，而研究這些復雜問題所用工具主要是高等數(shù)學的微積分思想、矢量代數(shù)，通過數(shù)學推導演繹的方法結合物理概念得出物理規(guī)律，即大學物理講的規(guī)律比中學物理的規(guī)律又上升了一個理論的高度。
1.3教學內容和教學進度的不同從教學內容來講，中學物理量少，概念、原理、規(guī)律簡單，對物理基本概念和基本定律只有初步淺層的認識，而大學物理涉及的知識量大，概念、原理多且相對復雜，對物理基本規(guī)律和物理基本定律要求更多的是掌握其本質和內涵。從教學進度上講，中學物理講的較慢，每個概念，每個公式，每個原理教師會進行全面詳細講解，每一個知識點教師都會講透講精，講課重點放在解題技巧的應試訓練上，教師會給學生總結題型，歸納方法，并督促學生為了高考不斷學習，學生的學多是跟著教師按部就班。而大學物理教學內容量大，而教學時數(shù)非常有限，進度快，教師講課一般都只著重把握知識整體框架，講清思路，注重理論性、系統(tǒng)性，不象中學那樣講得精細全面。對于解題方法有總結歸納，但習題課的次數(shù)較少，學生運用所學知識解決問題的能力較弱，對習慣于被安排、缺乏學習主動性的中學生，就很難在短時間內適應大學教學過程。
1.4學生學習方法的不同中學生一般課前不預習，課后也很少翻閱知識輔導書,只要課堂上跟著老師聽課，課余時間除了完成老師布置的作業(yè)外，就是作大量的習題,實行題海戰(zhàn)術，重復熟練程度高，認為學好物理的標準就是多做題，解難題，學生自主接受新知識的能力較差，不善于提問題，對教師的依賴性較強。而大學生必須做到課前預習,帶著問題去聽課,課堂上抓住重點、難點，做好課堂筆記,課后要翻閱大量課外資料，對所學知識要融會貫通，及時復結，做的題目不在多,而在精，要學會自學，善于提出問題，要有比較強的學習主體意識。中學物理由于數(shù)學知識的欠缺，很多物理概念、規(guī)律都是直接給出，沒有經過推導，這就決定了中學生接受物理知識的方式主要靠記憶，而大學由于有了高等數(shù)學、矢量代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計等工具，物理概念、物理規(guī)律大多可以做詳盡的推理，因而大學物理學習概念更注重概念的理解和掌握，物理過程的分析和論證。
2如何做好大學物理和中學物理教學的銜接
2.1循序漸進，適當放慢教學進度學生已習慣于中學教學慢節(jié)奏,少容量，講練結合的教學方法,若一開始就進行快節(jié)奏,大容量的教學,學生一下子不能適應，這不僅影響了大學物理的教學效果,同時也會挫傷學生學習物理的積極性。所以，我們在教學過程中最初應適當放慢教學進度，使學生逐漸適應，慢慢逐步進入正常的教學進度，從而達到讓學生適應大學的教學進度，學會大學的學習方法。
2.2通過物理緒論課灌輸大學物理的重要性大學教師應充分考慮大學物理和中學物理的區(qū)別,從一開始就讓學生明白大學物理和中學物理在研究對象、研究內容、學習方法等方面有許多的不同，讓學生知道大學物理不是中學物理的簡單重復。同時我們在緒論課中，應介紹物理學的發(fā)展歷史、物理學的發(fā)展現(xiàn)狀和物理學的發(fā)展的未來展望，從而引起學生學習物理學的興趣，另外對理工科學生來說，可以適當?shù)亟o他們介紹物理學和自己未來的專業(yè)的聯(lián)系，以提高他們學習物理的積極性，例如對我們紡織專業(yè)的學生，可適當介紹量子力學與紡織材料等、質點、剛體力學與紡織機械方面的關系。同時還應強調，大學物理的基礎學科性質，學學物理不僅僅服務于后續(xù)的專業(yè)知識，更重要的是學會一種思維的方法、學習方法以及研究問題的方法。
大學物理是高校理工科學生的一門必修基礎課程，它注重培養(yǎng)大學生的科學思維能力及分析解決問題能力，幫助學生為以后的專業(yè)學習奠定物理基礎。然而，目前，在我國大部分高校中大學物理的教學，仍然采用的是以教師講解為主，且?guī)熒有员容^差，導致學習效果欠佳。隨著素質教育改革與新型教學模式的沖擊，探索大學物理新的教學模式勢在必行。
1.基于微課的翻轉課堂教學優(yōu)勢及特點分析
翻轉課堂是將傳統(tǒng)教學模式中知識的傳授與知識的內化兩個階段進行前后翻轉，包括課前自主預習新知、課內知識解疑與內化、課后知識鞏固與拓展三個部分。在課前，教師通過對教學內容、教學目標、教學重難點進行整合重組，精心查找資料，制作微課視頻，讓學生能夠隨時隨地的借助于微視頻和學習資料對新知識進行預習，完成知識的傳遞與構建。在課內，教師組織學生互動討論，互教互學，共同分享學習成果與解惑答疑，幫助學生完成知識的內化與吸收。在課外，學生借助微視頻鞏固課堂知識，并且進行知識的拓展與延伸。基于微課的翻轉課堂教學模式大大提高了學生的課堂參與度與動手實踐時間，打破了傳統(tǒng)課堂教學模式的壁壘，讓學生真正的成為課堂學習的主人翁，促進了師生、生生之間的合作互動，實現(xiàn)了對學生自主學習能力與獨立思考能力的培養(yǎng)。大學物理是一門公共基礎課，通過微課與翻轉課堂教學模式的結合，可以讓不同專業(yè)的學生通過微視頻學習本專業(yè)所需掌握的物理知識，滿足了學生個性化學習的需求。同時又借助于微課幫助學生對大學物理中的重難點內容進行了解與掌握，大大提高了大學物理教學的效果。
2.基于微課的大學物理翻轉課堂教學模式
2.1課前制作微視頻，完成新知傳遞
在課前，教師根據(jù)大學物理課程標準及教材內容，將物理知識點進行逐層的分解。教師為學生準備一個或若干個視頻，每個視頻旨在介紹一個相關知識點。例如力學這一單元教學，可以分為質點力學與剛體力學，而質點力學又可以分為質點運動學與質點動力學，這樣針對每一個知識點制作相應的微視頻，微視頻時間最好控制在5-10分鐘之內，注意其短小、精悍的特點。例如，在《簡諧振動》教學中，由于學生對教材中簡諧振動的運動學方程理解比較困難，為此，微視頻內容主要包括：引入生活實例介紹簡諧振動現(xiàn)象，幫助學生初步感知，然后進行歸納總結簡諧振動的物理定義、判斷依據(jù)和性質特征，以基本知識點的講解為主。微視頻制作完之后，教師將其與配套基礎習題發(fā)送給學生或上傳到校園網平臺中，讓學生根據(jù)微視頻學習教材內容，并且完成相關習題的練習，從而完成對課堂新知點的傳遞。
2.2課堂互動交流，完成知識點內化與吸收
翻轉課堂教學活動的宗旨幫助學生解決問題，可以是預習時出現(xiàn)的問題，也可以使預設的問題。教師通過創(chuàng)設情境、積極引導、組織討論、互動交流、總結歸納等活動，幫助學生完成對新知識點的內化與吸收。在《受迫振動和共振》教學中，教師首先通過回顧單擺測量重力加速度的物理實現(xiàn)，創(chuàng)設學習情境，讓學生了解阻尼振動的特點，進而引出受迫振動的物理概念。組織學生分組討論在觀看微視頻中的重難點，共同探討共振現(xiàn)象產生的條件、共振現(xiàn)象的危害以及如何消除共振現(xiàn)象，幫助學生完成對知識點的整體構建與吸收內化。在完成基本知識點內容的學習后，讓學生觀看微分方程的微視頻，引導學生掌握微分方程的形式及求解方式，進一步從數(shù)學思想的角度升華對受迫振動與共振的理解，最后，通過課堂測驗來進一步鞏固課堂知識。
2.3課后知識拓展與延伸
翻轉課堂的課后拓展與延伸，可以強化學生對知識點的理解，學生可以利用微課程對某個專題或問題進行更加深入的探究，拓展學生概念和知識學習的深度和廣度。在課后的學習探究環(huán)節(jié)中，教師還要通過網絡互動平臺建立課后補救教學和作業(yè)反饋機制，實現(xiàn)線上與線下、課內與課外相結合的教學模式，為學生創(chuàng)造出更多的學習機會，也為學生自主探究學習與補救學習等提供了便利。
3.結語
綜上所述，基于微課的大學物理翻轉課堂教學模式的構建，是適應當前社會及企業(yè)轉型升級發(fā)展對應用型人才的需求，翻轉課堂將互動討論、互動交流作為兩大利器，教師在課中進行答疑解惑。同時，將微課程和翻轉課堂結合可形成對學生學習過程的有效控制，彌補了傳統(tǒng)物理教學中互動教學和個別化教學的不足，充分調動了學生學習的積極性、主動性、創(chuàng)造性，改變了我國傳統(tǒng)課堂教學學生總是處于被動接受和被動灌輸?shù)木置?，促進了大學物理教學改革的發(fā)展。
參考文獻：
[1]周戰(zhàn)榮,馬進,沈曉芳.大學物理微課教學的探索與實踐[C].全國高等學校物理基礎課程教育學術研討會.2016:121-124.
剛體的定軸轉動作為高職高專物理教學中的必修內容，因其原理在社會生產活動中應用廣泛，受到了廣大教師和學生的普遍重視。但因現(xiàn)階段高職學生接受和理解能力的差異，導致該部分內容的學習似是而非，缺乏明晰而正確的認識，沒有取得預期良好的效果。針對這種情況，筆者利用自己學習和教授普通物理數(shù)年的經驗，嘗試尋找一種類比的方法，力爭在降低學習起點的同時，使同學們對普通物理中該部分的內容有一個較為清晰的認識。
牛頓三大運動定律貫穿著普通物理學產的始終，而同學們經過初中、高中數(shù)年物理知識的學習，對質點的運動公式了如指掌。剛體的定軸轉動作為大學物理才開始學習的內容，如果突兀地對這一章節(jié)開始講授，對于基礎薄弱、接受能力較弱的同學而言，無異于是一場痛苦經歷的開始。我們能否找到一種方法，讓剛體定軸轉動的學習不必另起爐灶，而是借助于同學們已有的知識儲備，較為輕松地順利地接受和學習這章內容。牛頓三大運動定律的適用對象是宏觀低速運動的物體，我們可以把它理解為它不僅適用于宏觀低速的質點運動，滿足這兩個條件的剛體的定軸轉動同樣也可以寫出自己的牛頓運動定律或者類似公式，只不過因為是剛體的定軸轉動，公式中的有些符號或量值會以另外的一種形式出現(xiàn)。也就是說，剛體定軸轉動的公式也可以寫成質點運動里一樣簡潔類似的樣子。下面我們嘗試著從質點運動學公式的角度去找尋定軸轉動剛體各公式的對照。
對于一個質點而言，我們只需要知道這個物體的質量m，受力，初始位置矢量0和初始時刻速度0即可以描述出這個質點運動速度，即：
t=0+at 速度公式
a= 牛頓運動第二定律
也可以描述出物體的運動狀態(tài)量，即：
t=0+0t+at2
既然剛體的定軸轉動與質點運動均適用于牛頓三大定律，那么定軸轉動也應該存在一個和上述式子形式相似的表達，只不過因為它是轉動，每一個量可能會有所變化，就像披了層面紗，化了妝一樣，重新出現(xiàn)在剛體定軸轉動的牛頓運動三大定律的宏偉大廈下。
在剛體的定軸轉動中，描述一個剛體的轉動變化用角位移θ，角位移的變化率可用角速度ω=來表示，角速度的變化量可以用角加速度α=來表示。同時，對于定軸轉動的剛全而言，它也存在著一個量使其正比于角加速度α，由剛體的定軸轉動得知這個量為力矩Me=?d，d為作用力對轉動軸的力臂。
仿照質點運動學a=，在轉動里也應該存在一個類似質點動動中質量地位的物理量，這一點我們可以用轉動物體的動能表達公式來尋找。剛體定軸轉動物體的動能表達式Ek=∑mv2=Jω2，因轉動物體的每一質量元它的線速度與角速度之間大小由=ωr來聯(lián)系，所以每一個轉動物體的動能都可以寫成Jω2，即每一個轉動物體的J=∑（mr2）都可以找出來，我們稱之為轉動慣量。我們發(fā)現(xiàn)剛體定軸轉動中的動能Jω2與質點平動的動能mv2有類似之處，而剛體定軸轉動中的轉動慣量J也和質點平動動能中的質量m地位相當，即披了面紗的質量。
至此，我們找出了剛體定軸轉動的幾個基本物理量，力矩Me，轉動慣量J，以及角位移θ，角速度ω，角加速度α。仿照質點運動學公式可以寫出：
ωt=ω0+at角速度公式
α=剛體定軸轉動的轉動定律
θt=θ0+ωt+αt2
也可以寫出：
L=Jω角動量表達式Met=L=J（ω2-ω1）
角沖量定理
Medθ=Ek2-Ek1=J（ω22-ω12）
動能定理
總結
不管是質點運動還是剛體的定軸轉動，只要都滿足宏觀低速的條件，那么我們都可以寫出它們自己的牛頓第二定理，以及由牛頓第二定理所推導出來的一系列公式。對于教學而言，只需要大家知道牛頓第二定理的形式，而代入轉動物體有所變化的量值后，即可以寫出牛頓第二定理在剛體定軸轉動里的公式表達。同樣基于相同的表達公式，我們也可以輕而易舉地寫出其它諸如角速度公式、角位移公式、角動量定理和動能定理在剛體定軸轉動中的表達，相信學生對剛體的定軸轉動也會有如質點運動里一樣的深刻認識。
【參考文獻】
[1]趙建彬主編.物理學.第一版.北京：機械工業(yè)出版社，2004
1 引言
在大學物理的教學過程中，一般在講完第一章質點運動學后，即進入第二章質點動力學內容的講述。而在質點動力學里重點講述牛頓三大定律及其應用[1-2]。對于牛頓三大定律的應用部分，因為涉及矢量分析及其計算、微分及積分運算等高中物理基本不涉及的內容，故該部分相對來說內容比較好講，課堂效果也比較好。但對于牛頓三大定律的闡述部分，因為在高中物理里就對此有比較系統(tǒng)的論述，故大部分學生感覺這一部分內容和高中物理一樣，甚至有些老調重彈的感覺。因此，在大學物理課堂里講述牛頓三大定律的時候，如果不對牛頓三大定律作一些拓展的話，那課堂效果將比較差。本教學論文將從絕對空間、相對論等近代物理知識點出發(fā)對牛頓第一定律的拓展作些相關研討。根據(jù)本人的教學經驗，這種簡要的拓展對課堂效果是會起到良好作用的。它不僅可加深學生對牛頓第一定律的理解，而且也讓學生簡單了解了近代物理和經典物理的異同。特別是，通過這種簡要的拓展，可激發(fā)學生對學習物理及探索自然界規(guī)律的興趣。
2 牛頓第一定律的相關拓展
在高中物理里，物理教材一般會對牛頓第一定律的內容作如下描述：如果物體所受的合外力為零，則物體將保持其靜止或勻速直線運動的狀態(tài)不變[1-2]。需要注意的是，經過上個世紀無數(shù)物理學家的努力，以相對論和量子力學為基礎的近代物理已建立起來。而近代物理表明，牛頓力學體系，即牛頓三大定律及萬有引力定律都只是在低速、宏觀、弱引力條件下成立的[1-2]。因此，考慮到大學物理里后面也會講述近代物理的相關知識，故在大學物理里講述牛頓三大定律時將其與近代物理相關知識聯(lián)系起來的拓展是可行的。下面我們將重點對牛頓第一定律作一些拓展性的探討。
對于牛頓第一定律的相關拓展，一般可以先從力與物體的運動狀態(tài)之間的關系來闡述。在歷史上，古希臘的亞里斯多德是第一個對力和物體的運動狀態(tài)之間的關系進行思考并做出結論的人。他從一些簡單的事實如手推車現(xiàn)象中得出力是維持物體運動狀態(tài)的原因。因為，人推車后即給車力的時候，車就可運動起來即可具有運動狀態(tài)；而人放手不推車后即不給車力的時候，車將靜止下來即將不具有運動狀態(tài)。因此，在車運動和靜止兩種狀態(tài)中，人給車的力是至關重要。簡單來說，沒力就沒有運動，因此力是維持物體運動狀態(tài)的原因。對于該論點，在接下來的將近兩千年時間里直到伽利略的出現(xiàn)，人們一直認為它是正確的。從嚴格意義來說，伽利略的出現(xiàn)才是科學的真正誕生，因為是伽利略將科學實驗帶入了哲學思辨里。從而使得科學變成一門實驗的科學，進而將科學從哲學里分離出來。在著名的斜面實驗里，伽利略發(fā)現(xiàn)：當小球在很光滑的毛皮滑行時，抬起毛皮的兩邊，并固定小球在其中一邊下滑時的初始高度而降低另一邊毛皮的高度時，小球在毛皮滑行的距離雖然變長，但在另一邊毛皮小球能滑到的最高高度卻和該邊固定的初始高度一致。由這一實驗現(xiàn)象啟發(fā)，如果降低另一邊毛皮的高度至零，則小球將永遠運動下去。明顯，一直運動的小球在水平方向上沒有受到力的作用，也就是小球能一直維持運動但卻并沒有受到力的作用，因此力并不是維持物體運動狀態(tài)的原因。進一步，伽利略認為力是改變物體運動狀態(tài)的原因。而物體不受力時，物體具有維持運動或靜止狀態(tài)的慣性，也即慣性定律。因此，牛頓第一定律實際上與伽利略的慣性定律一致，故牛頓定律也常被稱為慣性定律。
對于力與物體運動狀態(tài)的關系的討論，有些高中作為牛頓第一定律的拓展也做了相關闡述。因此，在大學物理課堂里做上面這些闡述有可能是不夠的。實際上，在牛頓第一定律里，還可與近代物理相關知識聯(lián)系起來作進一步簡單的拓展。因為，物體的運動與靜止狀態(tài)是相對的。比如，相對于地面是靜止的物體，相對于運動的汽車而言就是運動的。因此，在牛頓第一定律描述里，物體不受力時將保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)時，實際上隱含著參考系。而我們通常將保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的物體稱為慣性參考系。而慣性參考系背后實際上又隱含著絕對空間的概念。牛頓本人對此非常清楚，因為他清楚知道他的牛頓第二定律只適用于慣性參考系。因此，牛頓為了很好的定義慣性參考系，他在他的劃時代巨著《自然哲學的數(shù)學原理》里提出了絕對空間的概念。他認為絕對空間是存在的，而且和絕對時間一樣是均勻分布的。而慣性參考系則是相對于絕對空間靜止或勻速直線運動的參考系。至此，牛頓第一定律從邏輯來看似乎是完美無缺的。但絕對空間是否存在呢？牛頓本人對此也作了簡單的理性思考，如牛頓水桶實驗等來驗證絕對空間的存在。但是，在近代物理里隨著相對論的提出，我們知道絕對空間和絕對時間都是不存在的，即空間和時間都是相對的。在享受創(chuàng)建狹義相對論成功所帶來的喜悅的同時，愛因斯坦很清醒的認識到在他的狹義相對論里存在一個嚴重的困難，即：因為拋棄了絕對空間，慣性系將無法定義[3]。而狹義相對論里的兩條基本原理，即光速不變原理和相對性原理也都是在慣性系里定義的。
3 結語
在本教學研究論文里，我們對大學物理課堂里如何講述牛頓第一定律做了相關的拓展性研討。本研討主要基于力與物體運動狀態(tài)的關系、慣性定律、慣性參考系、絕對空間及相對論等脈絡來進行展開。因此，本拓展不僅可展示牛頓第一定律背后豐富的哲學、人文歷史、邏輯等內涵，也可展示其背后豐富的物理內涵。需要注意的是，雖然相對論已經取得了巨大的成功，但人類的思考與探索還依然前行。此外，在大學物理課堂里對牛頓第二定律、第三定律作相關性拓展講述也是值得教學研討的課題。本教學論文的研討也算是對此課題的拋磚引玉，希望能對同行有所幫助，從而對大學物理的課堂教學起到綿薄之力。
參考文獻：
物理學習的突出特點是理解物體運動變化過程的原理，即注重物理情景。在物理解題過程中，如何把抽象的文字題意表述轉化為較直觀的情景？在此，物理圖像起到了不可替代的重要作用。從近幾年的高考情況來看，物理圖像作為重要的考查內容，在高考試題中出現(xiàn)的頻率很高，從不同的側面考查了學生觀察分析、收集信息、推理判斷、作圖處理數(shù)據(jù)和用圖解決物理問題的能力。因而在高一起始階段的物理教學過程中我們應重視運用幾何圖形、函數(shù)圖像進行表達、分析問題。重視圖像教學將有助于學生運用數(shù)形結合的方法解題，加深對物理概念和規(guī)律的理解，并形成正確的物理情境。當然在物理圖像教學面臨著各種各樣的困難，尤其是學生普遍感覺能聽懂但解決實際問題時存在困難，筆者就高一起始階段的兩個非常重要的知識點（運動學圖像和力學圖像）教學案例中遇到的問題作一個簡單的探討，希望能夠對高一初始階段的圖像教學有一定的幫助。
一、運動學圖像
作為高一起始階段的圖像教學，一直是學生面臨的一個難點，在圖1位移圖像中學生不容易理解AB段表示靜止狀態(tài)，并且學生總錯誤地認為圖1所示的位移圖線就是質點運動的軌跡；還有對圖（a）、圖（b）中圖線的斜率表示的物理意義感到很難理解……
那么教學中我們該如何突破這些難點呢？
首先，引導學生理解坐標軸表示的含義，從分析圖線上對應的坐標點的物理意義來明析物理狀態(tài)和物理過程的。如圖1中縱坐標x表示的是質點的位置坐標，那么我們不難發(fā)現(xiàn)OA、BC段上各點的位移逐漸變大表示質點向同一方向的直線運動，AB段上各點位置坐標不發(fā)生改變說明質點在這一位置保持靜止，CD段上各點的位移逐漸變小說明質點作反方向運動；其次，重視由數(shù)學函數(shù)圖象向物理圖像的轉換。同一圖象坐標軸的符號換成物理量的符號，學生并不能順利過渡到對物理過程的理解。教學中我們發(fā)現(xiàn)把一個物理規(guī)律或實際的物理過程抽象為一個圖像，這個圖像建立在特定的坐標中，而且圖中的點、線、面都有特定的物理意義，在思維上存在一個較大的轉化跨度。因此，教學中我們應當考慮學生數(shù)學知識的基礎，抓住函數(shù)關系式的特征，將數(shù)學變量轉換為實際的物理量，將函數(shù)圖象轉換成物理圖像。如右上圖所示：可以將物理圖像與函數(shù)關系式y(tǒng)＝kx類比，那么圖（a）就相當于將y換成位移s、x換成時間t，s＝vt就是圖像對應的關系式。第三，重視簡單圖像，注重物理方法的指導，培養(yǎng)學生的識圖能力。如圖（a）和圖（b）的區(qū)別，雖然圖像相似，但只要找準對應的縱軸的變化關系，理解起來還是比較容易的。
■
二、力的合成與分解
在教學中我們發(fā)現(xiàn)雖然學生對力的圖示有了一定的基礎，對平行四邊形法則也有一定的了解。但在理解力圖示法時，對“長度”和“力的大小”存在著認識障礙，“標度”會讓學生誤認為線段的長度就是力的大小。
例如：（2009·江蘇高考）用一根長1 m的輕質細繩將一幅質量為1 kg的畫框對稱懸掛在墻壁上。（如圖2）已知繩能承受的最大張力為10 N，為使繩不斷裂，畫框上兩個掛釘?shù)拈g距最大為（g取10 m/s2）（
）
A.■ m B.■ m C.■ m D.■ m
本題主要考查受力分析、物體的平衡知識，意在考查考生運用物理知識處理實際問題的能力。畫框處于平衡狀態(tài)、所受合力為零，繩能承受的最大拉力等于畫框的重力，根據(jù)力的平行四邊形定則，兩繩間的夾角為120°，則兩個掛釘間的最大距離為■ m。教學中我們發(fā)現(xiàn)，在受力分析時，很多學生總是誤認為繩長就是力的大小，因此在高一起始階段教學中應從學生能夠感知和理解的日常現(xiàn)象和規(guī)律出發(fā)，理解合力的概念，從實驗現(xiàn)象總結出力的合成規(guī)律，并通過作圖法求共點力合力的規(guī)范性練習，讓學生領悟“形”向“數(shù)”的轉換。
總之，高中物理知識性強，有些規(guī)律需要通過學生自己理解、總結，甚至有些規(guī)律與生活中經驗相悖，圖像法在形象地反映物理規(guī)律、表達物理知識時比枯燥的文字、公式更容易理解和掌握。因此，為了讓學生能適應高中物理的學習，我們在高中物理教學過程中應更多地采用此法。
微積分是指把復雜的問題進行時空上的有限次分割，在有限小的范圍內進行近似處理，然后讓分割無限地進行下去，局部范圍無限變小，則近似處理也就會越來越精確，這樣在理論上得到的結果。微分是指在理論分析時，把分割過程無限進行下去，局部范圍便會無限小，積分是指把無限小個微分元求和[1]，微積分是高等數(shù)學中比較重要的一個分支.從大學物理和高等數(shù)學的發(fā)展史中可以看出兩者相互聯(lián)系，相互促進，物理學提供相應的“現(xiàn)實模型”，高等數(shù)學提供“抽象的解決方法”，所以高等數(shù)學是大學物理課程的必備基礎與工具.
1 微積分在大學物理中的重要應用
下面主要從大學物理中力學和電磁學兩部分的幾道例題分析一下微積分的重要應用：
上面例題是質點運動學的一個典型例題，解題思路是先運用數(shù)學導數(shù)的概念，即通過求平均變化率的極限來得到瞬時加速度，列出重要的數(shù)學表達式，把數(shù)學導數(shù)的知識巧妙地應用到物理學當中去，接下來通過給定的初始條件進行定積分，即對微元進行求和，最終算出結果，把看似復雜的變速問題變得更加簡單化.
比較方法一和方法二，明顯可見方法一的便利之處，求解過程相對簡捷，從方法一可看出微積分知識和簡單物理模型的密切結合， 不僅能使學生更加深入地理解基本物理理論知識，而且能夠使學生開闊思路，觸類旁通，這也是物理教學比較重要的一方面.
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0214-01
大學物理是理工科院校學生必修的一門基礎課，一般在大一的下學期開設，這時學生雖然有一定的數(shù)學基本知識，但由于物理教學仍停留在理論的層次上，繁瑣的數(shù)學推導，讓學生感覺到大學物理的理論性太強，與實際應用偏離很大，這導致一部分學生失去學習物理的興趣，這一現(xiàn)象引起物理教師的對如何講授大學物理做了一系列的探索改革，主要在教學方法上、教學內容上以及教學手段上都做了相應的改革方式，關于大學物理改革方法的文章也很多，如閆玉麗撰寫的關于大學物理教學改革的思考[1]，管薇的工科大學物理教學改革的思考[2]，張明霞淺談大學物理教學改革[3]等等。
如今，計算機技術的迅速發(fā)展，給我們提供了強大的計算能力，如mathematic、matlab等具有計算能力并有作圖功能的軟件被引入到物理教學當中，尤其是matlab，它集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構成一個方便、界面友好的用戶環(huán)境[4]。大學物理課程中有許多抽象、復雜的物理規(guī)律和現(xiàn)象，用傳統(tǒng)的方法講授會使教學受到一定的限制。本文結合matlab語言特點，對大學物理的教學內容適當運用matlab模擬，讓學生體會到學學物理的樂趣，激發(fā)他們的學習興趣。
1 Matlab在大學物理教學內容中的模擬應用
1.1 Matlab在質點力學中的應用
運動學對剛剛進入大學校園的大一學生來說，既熟悉又陌生，內容上都接觸過，但計算方法是大學學過的微積分，看似多了這么一點，給學生卻帶來很大的困擾。一部分學生由于微積分沒學好，感覺物理難學，還有的學生覺得是高中的知識，簡單，對大學物理也不夠重視，等等原因，導致學生對大學物理失去興趣。如果我們在課堂上，能用其他的方法解決同樣的問題，會收到很好的效果。
這里舉一簡單的例子，用Matlab模擬一下斜拋運動。圖1是拋體的射程和射高與拋出角之間的關系。從圖1中我們可以直觀的看出，拋出角是銳角時，射高隨拋出角的增大而增大，而射程是先隨拋出角增大而增大，然后隨拋出角增大而減小。
1.2 Matlab在聲學中的應用
Matlab在機械振動方面的模擬應用也有很多，比如宿剛等寫的《Matlab在大學物理課程教學中的應用》[5]，代紅權所撰寫的教學論文《Matlab在物理教學上的一些輔助應用》[6]等等，論文里所列舉的Matlab的應用實例，在這里就不在重復了，我們都可以把這些引入到物理課堂上，讓學生感到學習物理能夠開闊他們的視野，體會到物理與現(xiàn)實處處接軌。比如多普勒效應可以應用在醫(yī)學上、移動通信和交通上、農業(yè)和氣象等等方面，下面給出多普勒在聲學一種常見的現(xiàn)象?；疖嚾巳耸煜?，而火車從遠而近時其汽笛聲變響，音調變尖，相反地，火車從近而遠時汽笛聲變弱，音調變低這其中的原理未必有人去探究，實際上這就是一種多普勒效應?，F(xiàn)在用Matlab模擬一下。如圖2上半部分是聲源信號的波形圖，下半部分是觀測者接收到信號的波形圖。從圖2中可以很清楚的知道，觀測者接收到的波像是被壓縮了，很明顯，其頻率大于波源發(fā)出的信號頻率。這樣給學生講火車汽笛聲的變化就很容易理解，易被學生接受。
2 結論
Matlab在大學物理其它方面的應用也很多，光學、熱學以及電磁學，我們都可以適當?shù)囊隡atlab，比如光學中的楊氏雙縫干涉、牛頓環(huán)等，熱學中的麥克斯韋速率分布，電磁學中電偶極子的電場以及電勢分布、電流環(huán)的磁場分布等，都可以用Matlab進行模擬演示?？傊?，巧妙的利用Matlab，不僅對大學物理的教學內容甚至教學手段都做到了適當?shù)母倪M，這對學生來說，學習物理的積極主動性得到了提高，對教師來講，不斷的去探索教學改革，達到提高大學物理的教學質量。
參考文獻
[1]閆玉麗.大學物理教學改革的思考[J].教學研究，2011（6下）.
[2]管薇.工科大學物理教學改革的思考[J].新課程研究，2012（4中旬）.
[3]張明霞.淺談大學物理教學改革[J].科技創(chuàng)新導報，2012（9）.
引言
在質點力學中，常見問題之一是求解質點運動軌跡，方法是先求出質點運動學方程，然后消去時間t，得出質點運動軌跡；或者是先列出質點運動微分方程，消去方程中的時間t，得出質點軌道微分方程，求解軌道微分方程，得到質點軌道方程。為了計算方便，通常還要考慮選取合適坐標系，如小船在流動水中運動，求解軌道方程[1]；質點在有心力作用下運動，求軌道方程等問題，均采用平面極坐標[1]。文章選取平面直角坐標系，求解出了小船在流動水中運動軌道方程，并討論了小船相對速度和牽連速度取某些特定值時，小船運動軌跡形狀。
1 極坐標和直角坐標下小船運動軌跡
文獻[1]給出了這樣的問題：小船M被水沖走后，由一蕩槳人以不變的相對速度v2朝岸上A點劃回。假定河流速度v1沿河寬不變，且小船可以看成一個質點，求船的軌跡。
1.1 極坐標下小船運動軌跡的求解
圖1 水流速度v1，相對速度v2
以A為極點，岸為極軸建立坐標系，如圖1，船沿垂直于r的方向的速度為-v1sin？，船沿徑向r方向的速度為v2和v1沿徑向的分量的合成，即
（1）
（2）
兩式相除，得 （3）
對兩邊積分，得
（4）
設■=k，■=？琢，C為常數(shù)
即 （5）
代入初始條件r=r0，？漬=？漬0。設■=？琢0，有
，得 （6）
（7）
此即小船在極坐標系中的軌跡方程。
1.2 直角坐標下小船軌跡的求解
建立如圖2所示直角坐標系。
沿x方向： （8）
沿y方向： （9）
兩式相除，得 （10）
這是個可分離變量的方程，令■=u
由微分知識，知
（11）
（12）
化簡得 （13）
解得 （14）
其中C為常數(shù)
設初始條件x=x0，y=y0
將初始條件代入（14）式，得
（15）
（16）
此即小船在直角坐標系中的軌跡方程。
2 結束語
（1）當v2=0，即船的相對速度為零時，由（8）式知：x=v1t+x0，y=y0，其中：x0，y0為t=0時，小船初始位置的坐標，由此可見，小船的運動軌跡為一直線。
（2）當v2=v1，即船的相對速度等于水流速度時，小船運動的軌跡方程：x=-■y2+■。
（3）當v1=0，即在靜水中時，由（10）式知：■=■，y=ax，a為常數(shù)，船的運動軌跡為一直線。
由此可見，采用極坐標和直角坐標都能求解出小船在小河中的運動軌跡。用極坐標求解小船的軌跡，求解步驟少，計算簡便；用直角坐標求解小船的軌跡，運算較為復雜，但結果易于討論，直觀性好，也符合利用直角坐標的習慣。
參考文獻
[1]周衍柏.理論力學教程[M].北京：高等教育出版社，2009.7，22-23.
知識的通俗化、表達的簡單化，理論推導的簡潔化，是“易懂性”的主要方法。
一、理論推導簡單化，使公式好學、好記
德·納伊曼在《世界高等教育的探討》一書中寫道：“那種主要是建立在吸取知識基礎上的教育體系，正在變得非?；闹?。目前的教育體系應該朝著發(fā)展青年的成年人能力的方向發(fā)展，而不是朝著他們的知識的方向發(fā)展”，“在各級體系里，特別是在高等教育階段，如果現(xiàn)在人們估計用80%的時間來傳授知識，用20%的時間來獲得學習方法和研究方法得話，這種比例將要根本改變”。
物理的許多公式與定理過于一般，其證明過程重復、難記、難想。其實，適當?shù)丶訌姉l件，這些結論都變得好學、好記、好聯(lián)想，學得愉快，用得輕松.就可以用80%的時間來獲得學習方法和研究方法，僅用20%的時間來傳授知識。
例如，在質點運動的描述教學中，首先談談數(shù)學導數(shù)的意義。
加強了學生對速度、平均速度；加速度、平均加速度；角速度、平均角速度等公式的理解及應用，從而使教學簡單化。
二、巧設陷阱，知識通俗化
學生是學習的主體，教學的方式方法要有利于調動學生學習的積極性，發(fā)揮他們學習的自覺性和主動性。而不經設計的注入式教學和形式上的老一套通常會使學生感到刻板、抽象，甚至厭倦，容易產生負面影響。因此，教與學之間的溝通是不容忽視的。因此每節(jié)課都要精心準備，問題的引入要有充分的鋪墊，并且目的性明確地設置問題，引導學生參與討論。
在講質點運動物理量之間的關系時，以一簡單的例題：質點以加速度a沿x方向直線運動，初速度v0=2，求t時刻質點的速度。同學很快給出答案：
有的同學：錯了！不對！沒錯?。ㄆ咦彀松啵?/p>
教師：（佯裝不知）怎么？有什么不妥嗎？難道公式用得不對？同學進入了思考。
教師：好！對比兩個問題的加速度a=2與a=2t不難發(fā)現(xiàn)a=2是勻加速；而a=2t是變加速。V=2+at是勻加速的答案（中學的知識）：而a=2t是變加速。就必須用變化的知識（微積分的方法）解決問題，所以正確的方法：
教師順勢利導，全體學生積極參與，使學生對知識的理解更深刻、通俗，課堂氣氛活躍，教學進程有條不紊。
三、步步為營，教學簡潔化
大學物理內容多，學時緊，不可能像高中階段有更多的時間進行重復的同步訓練，授課內容一定要精選，既要符合學生實際，又要有利于開闊學生視野。教學過程中既要加強知識點的分析或也要注重知識的擴展，更要點撥讓學生思考，不僅有利于鞏固所學知識，更能激發(fā)起信心和決心。
因此，教師不只是要把教學要求中的內容講出來，更要看重的是學生接受的程度，如果照本宣科，如果脫離教材實際，不經設計的注入式教學和形式上的老一套通常會使學生感到刻板、抽象，甚至厭倦，容易產生負面影響，使學生勢必昏昏欲睡，學生的基本能力和基本技能得不到應有的培養(yǎng)和鍛煉，是絕對不會收到預期效果的。因此，采用步步為營的教學，使枯燥的教學簡潔而有趣，最大限度地調動學生的參與意識，化引發(fā)他們的學習興趣。在這個過程中，起主導作用的教師必須精心地做出全方位的策劃，嚴謹而又不失靈活地在教學中加以貫徹，要時時注意觀察學生的動態(tài)，有效地控制講課的節(jié)奏，給學生留有充分的思考時間，使教學簡潔、易懂。
進行新的內容之前，告訴學生感興趣的問題，而不是傳統(tǒng)意義上帶有任務性的問題。鼓勵學生積極思維，調動學生求解、研究問題的欲望。學生帶著想知道的問題聽講，注意力自然格外集中，對內容的理解也將會有事半功倍的效果。
大學生的培養(yǎng)與中學生不同，應有較強的自學與獲取知識的能力，教學方法雖然多種多樣，但教學原則和教學思想應該是明確的，那就是在教學實踐中，以積極的態(tài)度感染學生，上課精神飽滿、樂觀熱情，讓學生在清新、輕松的環(huán)境中以愉快的心情、積極的態(tài)度學習。教學重點簡明扼要，清晰易懂，在處理難點的過程中，要引導學生學會逐步分解難點、化解難點的思維方法。只要用心思考，用心體會和實踐，形成一套具有自身特點而又為學生所樂于接受的個性化教學方法。
參考文獻：
[1]德·納伊曼.世界高等教育的探討.教育科學出版社，1982
