1、高中物理教师常犯知识性错误高中物理教师常犯知识性错误及其辨析及其辨析 湖北省恩施高中（445000）陈恩谱 【论文摘要】 在高中物理教师中，对一些基本问题普遍存在着错误的理解，作者通过精心筛选、归类，把高中物理 教师常犯知识性错误总结为 50 余条，并对每一个问题都给出了详细解析，希望能够通过这篇文章，纠正 大批高中物理教师的可能错误认识。 【关键词】 知识性错误功率因数静电力常量零点能量游标卡尺布朗运动高压感应圈 笔者根据自己多年的教学实践、与全国各地高中物理教师的广泛交流，发现在高中物理教师队伍中， 对一些高中物理基本问题普遍存在着错误的理解，甚至知识的残缺，因此，笔者通过精心筛选、归类，
2、把 高中物理教师常犯知识性错误总结为 50 余条，并对每一个问题都给出了详细解析。笔者希望能够通过这 篇文章，纠正大批高中物理教师的可能错误认识，为中学物理教学尽绵薄之力。限于笔者认识和经验的局 限性，文中归纳不全面、解析不严谨之处，敬请各位行家里手批评指正。 一、力学篇一、力学篇 （一）运动学（一）运动学 1、以为运动的分解与合成的、以为运动的分解与合成的理论基础理论基础为为:运动的独立性原理，或者相对运动运动的独立性原理，或者相对运动 辨析运动的描述，用位移、速度、加速度等矢量来描述是方便的，矢量即可按平行四边形定则分 解，即有分位移、分速度、分加速度等概念，这不需要所谓运动的独立性原理作
3、为基础；而运动的独立性 原理实际上算不得什么原理，而是一个适用范围极窄的结论而已；相对运动涉及参考系变换问题，有伽利 略变换和洛伦兹变换等，伽利略变换与矢量合成的平行四边形定则有一定的关系，而洛伦兹变换则与矢量 合成的平行四边形定则就差得很远。 2、以为绳连接的两个物体沿绳方向加速度相等、以为绳连接的两个物体沿绳方向加速度相等 辨析只有当把绳连接的两个物体速度垂直绳、沿绳正交分解时，两物体沿绳方向分速度才相等; 斜交分解时，就不相等。而即便是垂直绳、沿绳正交分解，两物体的加速度也不一定相等，最简单的例子 是固定悬点下的单摆物体与悬点（天花板），悬点静止，无加速度，但是单摆物体既有径向加速度，即
4、两 者沿绳方向加速度不相等。 3、以为线速度的定义是弧长除以时间、以为线速度的定义是弧长除以时间 辨析线速度是矢量，其定义是位移除以时间，也就是说线速度的大小等于的弦长除以时间，方向 就是该弦的方向；当时间无限趋近于零时，弦长等于弧长，则线速度的大小数值上等于弧长除以时间。注 意，弧长除以时间实际上时平均速率，时间趋近于零时，弧长等于弦长，瞬时速率与瞬时线速度大小相等； 平均速率、瞬时速率都是标量。 4、以为角速度是没有方向的、以为角速度是没有方向的 辨析角速度是矢量，其方向由右手螺旋定则来确定，物体的转动惯量乘以角速度矢量，就是物体 的角动量矢量。这类似于物体质量（平动惯量）与线速度的乘积为
5、（线）动量一样。 5、以为向心加速度描述的是线速度方向变化的快慢、以为向心加速度描述的是线速度方向变化的快慢 辨析线速度方向改变的快慢，用角速度描述，而不是向心加速度。比如，同一个转动圆盘上，两 个离转轴距离不同的点，圆盘转一周，线速度方向都改变 360，线速度方向改变一样快，然而，向心加 速度却不同。a=v，可见，向心加速度等于线速度大小与线速度方向改变快慢的乘积。 （二）动力学（二）动力学 5、以为牛顿第一定律不过是牛顿第二定律的特例、以为牛顿第一定律不过是牛顿第二定律的特例物体所受合力为零的特例物体所受合力为零的特例 辨析牛顿第一定律定义了惯性运动（匀速直线运动）和力（改变速度的原因），
6、才有牛顿第二定 律进一步定量定义力和惯性的大小，并进而定量研究力和惯性大小对运动的影响;没有牛顿第一定律，就无 所谓力与惯性，就没有整个动力学（牛顿第二定律为核心）。 6、以为物体受力做变速运动时，物体的惯性不起作用、以为物体受力做变速运动时，物体的惯性不起作用 解析 物体不受力时， 惯性使物体速度保持不变;物体受力时， 惯性使物体的速度只能渐变不能突变。 即：惯性是物体抵抗运动状态改变的性质。牛顿第二定律定量的表达了力的大小、惯性的大小对物体速度 变化的影响。 7、不知道牛顿第三定律实际上意味着超距作用、不知道牛顿第三定律实际上意味着超距作用 辨析牛顿第三定律是说两个物体之间的作用力与反作用
7、力总是成对出现，且等大、反向、共线。 这意味着物体之间的作用力与反作用力同时产生、同时变化、同时消失。然而，实际上，物体之间的相互 作用是通过场（电场、磁场、引力场等等）或者说场量子（光子、引力子、胶子等等）传递的，场或场量 子的传播速度都是光速，因此，两个物体相距较远时，两个物体的加速度并不能同步改变，即（不考虑中 间传递过程的）相互作用力并不能同时变化，甚至也不是同时产生、消失。因此，牛顿第三定律实际上意 味着超距作用！ 8、以为重心和质心是同一个概念、以为重心和质心是同一个概念 辨析质心质量分布均匀的物体，质心在几何中心，但是，重心一般却不是重心的位置还 与重力场强的分布有关，对于匀强重
8、力场（小范围内的引力场），重心与质心重合，非匀强重力场中，重 心与质心分离例如， 两个质量相等的球体竖直排列在一条地球半径线上， 两球间距与地球半径可比拟， 则重心在质心（中点）下方，因为下方引力场强一些。 9、以为万有引力定律中的质量是引力质量、以为万有引力定律中的质量是引力质量 辨析牛顿运动定律中的质量是物体惯性的量度，即惯性质量。牛顿是利用自己的运动定律，结合 开普勒定律而得到万有引力定律的，毫无疑问，这个推导过程中，牛顿恰恰是用的惯性质量，而非引力质 量也就是说，万有引力定律表面，物体间的相互吸引力，与物体的惯性（质量）成正比，这是很特殊 的一件事情，因为其他的力电场力、磁场力、弹力、
9、摩擦力等等，都没有这个特点。顺便说明一下， 引力质量不是用万有引力定律确定的，而是用杠杆平衡（秤）来确定的，我们通常用重量（不是重力）一 词来称呼它。 10、以为滑动摩擦因数与物体间相对速度无关、以为滑动摩擦因数与物体间相对速度无关 辨析动摩擦因数是与物体间相对速度有关的，尤其是相对速度较大时，摩擦因数会随速度增加明 显增加。不过，低速情况下，在速度变化范围不大时，动摩擦因数可近似当做一个定值。 11、以为机车恒定功率启动以为机车恒定功率启动、雨滴受与速度成正比空气阻力由静止下落雨滴受与速度成正比空气阻力由静止下落、导体棒在导轨上由静止释放导体棒在导轨上由静止释放 后在切割磁感线时，都可以在有
10、限时间（或有限距离）内即可达到最大速度做匀速运动后在切割磁感线时，都可以在有限时间（或有限距离）内即可达到最大速度做匀速运动 辨析理论上讲，这些情况下速度随时间是增加越来越慢，图像上，v_t 图线以最大速度水平线为 渐近线，方程上，时间积分上限取做最大速度时，为发散积分，即要经历无穷长时间才能达到最大速度状 态。当然，实际情况中，当速度很接近最大值，实验仪器已经无法区别两者时，可认为已经达到最大速度； 或者可以认为，当速度很接近最大值时，原来居于次要位置的那些因素会处于决定性地位，其扰动很容易 导致速度的进一步增大或者波动。 （三）功和能（三）功和能 12、以为动力必定做正功，阻力必定做负功、
11、以为动力必定做正功，阻力必定做负功 辨析立定起跳，地面支持力是人起跳速度增量的动力，但是，地面支持力直接作用在脚上，脚离 地之前没有位移，离地之后又没有了支持力，故地面支持力对人并不做功；再比如，光滑水平地面上，用 手将球水平推出，人必将水平后退，球给人手的反作用力是人体后退的动力，但实际上球对人是做负功的， 因为手随球在向前移动。实际上，功的正负并不是反映力是整个物体运动的动力还是阻力，而是反映能量 转化转移方向，推球模型里，球对人做负功，将能量“拿来”（离开人体），手对球做正功，将能量“送走” （着落于球）。 13、以为能量是物体对外做功的本领、以为能量是物体对外做功的本领 辨析能量是物体
12、的一个状态参量，因其守恒而重要的一个参量，与做功与否、能否做功之间没有 关系，比如，氢原子基态能量为-13.6eV，然而这个值并不是氢原子对外做功能力的标志。另一方面，能量 变化的量度，有多种方式，功不过是力学过程中能量变化的量度，热学过程中，能量变化的量度是热量， 还有许多问题中，只谈能量变化，不谈功、热量这类量度物理量。另外，功能关系只是确定能量的变化量， 无法确定能量的具体数值，能量的具体数值，还需要先选定能量零点，然后依据功能关系或能量守恒去确 定确定状态下物体的能量数值。 另外，能量守恒，但做功的本领却并不守恒，这是热力学第二定律深刻揭示的自然界的基本规律 能量的可利用品质会下降，即
13、整体而言物体做功的本领会降低。 14、以为引力（重力）、静电力对某个物体做的功，就等于这个物体重力势能、电势能的变化、以为引力（重力）、静电力对某个物体做的功，就等于这个物体重力势能、电势能的变化 辨析一对相互作用力（场力）的总功，才等于相互作用体系势能的变化量，而不是其中一个力的 功对应势能的变化；比如，平行板电容器中固定有一点电荷，移动其中一个极板时，尽管电场力对点电荷 未做功，但是，点电荷与电容器极板共有的电势能还是发生了变化，因为点电荷的电场对极板做了功，相 互作用力总功不等于零。 15、以为相互作用势能是储存于相互作用的物体上的、以为相互作用势能是储存于相互作用的物体上的 辨析相互作
14、用势能，实际上时储存于相应的场中的，比如电容器储存的电势能，实际上是储存在 两极板间的电场中的，线圈中的能量是储存在线圈中的磁场中的，场的能量（体积）密度与电场强度、磁 感应强度的平方成正比。相互作用势能，只是场能的一部分互能部分，另一部分叫做带电粒子或磁体 的自能。 （四）动量（四）动量 16、以为打击碰撞爆炸问题中，系统动量近似守恒、以为打击碰撞爆炸问题中，系统动量近似守恒 辨析系统动量与内力没有任何关系，即便内力远大于外力，系统动量也只与外力冲量有关，只要 系统外力的冲量对系统总动量来说不可忽略，系统动量就不可以说近似守恒；实际上，在内力远大于外力 时，对相互作用系统中任意一个物体而言，
15、内力的冲量都远大于外力的冲量，因此，如果我们不在意系统 外力对各个物体的冲量，也不在意系统总动量时，我们就可以将各个物体的动量定理方程（忽略了外力的 冲量）相加，得到一个与动量守恒相似的方程，不过，这个方程中的各个物体的动量之和，并不是系统总 动量，系统总动量的变化只与外力有关 （五）振动和波（五）振动和波 17、以为共振条件是驱动力频率等于物体固有频率、以为共振条件是驱动力频率等于物体固有频率 辨析无阻尼受迫振动，在驱动力频率等于振动系统固有频率时，振幅趋于无穷大；实际振动都是 阻尼振动，当驱动力频率略小于固有频率时，振动系统振幅可达最大值，这就是共振；阻尼越小，则共振 频率越接近振动系统固
16、有频率。 18、以为弦乐器的、以为弦乐器的“共鸣箱共鸣箱”真的是以弦和箱内的空气共鸣为基础工作的真的是以弦和箱内的空气共鸣为基础工作的 辨析稍微思考一下就明白，箱内空气怎么可能与各种不同频率的弦振动都共鸣？共鸣箱的实际作 用是增大能量发射的有效面积仅仅是弦振动，其能激起的空气振动强度不会很大，因此其声音响度必 然不够；共鸣箱实际上都做得很大，当其在弦的驱动下做受迫振动时，频率与弦振动频率相同，它以箱体 那么大的面积振动，可以很好的将能量发射出去，引起空气的强烈振动，从而增强弦音的传输效率。 19、无法给学生解释清楚干涉现象中两列波相消叠加时两列波的能量去向、无法给学生解释清楚干涉现象中两列波相
17、消叠加时两列波的能量去向 辨析其实，在干涉发生时，能量在波源处就已经按叠加原理的结果不均匀发出了，即从波源处就 把能量更多的分配到振动加强的区域去了，从波源处就没有或只有极少能量分配到振动相消的区域并不 存在能量先各个方向均匀辐射，然后在相消处凭空消失那么回事。比如薄膜干涉，在空气薄膜两个表面反 射时，光波能量即已经按干涉结果重新分配了那么，叠加原理怎么理解？可以说，那不过是一个分析手 段，而不是真的有两列波（包括能量）先各自独立的发射过来后再叠加。 二、电磁学篇二、电磁学篇 （一）电场磁场（一）电场磁场 20、以为库仑测定了静电力常量、以为库仑测定了静电力常量 辨析库仑实验主要得出的是距离平
18、方反比律，至于静电力与电荷量乘积成正比，则是类比推理的 结果（即库仑所做的一个假设），库仑提出的表达式就是 F=q1q2/r，即高斯单位制的形式，静电力常量的 影子都没有静电力常量实际上是国际单位制基础上，由另外几个常数推算出来的，那就是光速、真空 磁导率等其实，库仑那个时代，电荷量既没有单位，也无法定量测量，库仑就更不可能测定那个比例系 数了。 21、以为库仑定律只适用于真空、以为库仑定律只适用于真空 辨析电荷处于介质中时，由于电荷的电场作用，介质会被电极化，产生极化电荷，原电荷与极化 电荷共同作用于另一电荷，合力的确不能用真空中两原电荷间的库仑定律计算了。然而，无论是原电荷还 是极化电荷，
19、对另一个电荷的作用力都是由真空中的库仑定律来确定。也就是说，电荷间的静电力，无论 真空中还是介质中，表达式是一样的，并不需要在介质中在分母上再乘以介质的相对介电常数。 22、以为小磁针的、以为小磁针的 N 极所受磁场力方向即为该处磁场的方向极所受磁场力方向即为该处磁场的方向 辨析按分子电流假说，磁体的磁性，都是磁体内的分子电流取向一致时的表现，那么，磁极处的 分子电流平面自然也是平行磁极端面的，这样的分子电流，当其磁场与外磁场取向一致时，其所受的磁场 力合力即为零，也就是磁极总体上不受力！当然就更谈不上受力与磁场方向相同了实际上，若将磁极 分子电流等效与一个大的环形电流，则该环形电流上各个微元
20、所受的是磁场力，恰恰是平行磁极端面向外 的，磁场力具有将这个“环流”扩张的作用。那么，在小磁针指向与外磁场不一致时，小磁针为什么会偏 向与外磁场方向一致呢？这实际上是分子环流平面会磁场不垂直时，分子环流受到了磁场的扭转力矩所 致，这个力矩总是使得分子环流的磁场与外磁场取向趋于一致。 23、以为洛伦兹力表达式为、以为洛伦兹力表达式为 f=qvB,与电场无关，且不做功与电场无关，且不做功 辨析洛伦兹力表达式实际上是 f=qvB+qE，电场和磁场本就是一体的，电场力磁场力也是同一个 力洛伦兹力的两个部分，参考系变换时，这两个部分就会相互关联的变化，实际上是无法将二者分开 的；磁场力（合力）的确不做功
21、，但是电场力是做功的，另一方面，磁场力的分力是可以做功的，不过是 一正一负总功为零电动机、发电机问题中，安培力就是磁场力一个分力，安培力是要做功的，磁场力 的另一个分力就是电动势或反电动势，也是要做功的。 24、不清楚安培力和洛伦兹力的关系，进而无法理解洛伦兹力不做功而安培力却做功的问题、不清楚安培力和洛伦兹力的关系，进而无法理解洛伦兹力不做功而安培力却做功的问题 辨析静止通电导线中的自由电荷只能沿着导线运动，其所受的洛伦兹力均垂直导线，因此，其宏 观表现即是安培力，此时安培力对导线也不做功；在电动机模型中，安培力会驱动导线运动起来，则运动 起来的导线中的自由电荷既顺导线运动（v1，形成电流）
22、，又随导线运动（v2），顺着导线的速度（v1）产 生垂直导线的洛伦兹力分量（f1），其宏观表现即为安培力，而随导线的速度产生（v2）顺着导线的洛伦兹 力分量（f2），这个分量与导线两端电压形成的静电力方向相反，阻碍电荷在导线内顺着导线的运动（v1）， 其宏观表现即为反电动势；在发电机模型中，导线运动起来后，其内自由电荷随着导线运动（v2），产生 顺着导线的洛伦兹力分量（f2），这个分量驱动自由电荷顺着导线运动（v1），形成电流，其宏观表现即电 动势，而自由电荷一旦顺着导线运动起来，该速度（v1）就产生垂直导线的洛伦兹力分量（f1），这个分量 与导线的速度（v2）方向相反，阻碍导线运动，即为安培
23、力。 可见，安培力只是洛伦兹力垂直导线的分量的宏观表现，而平行导线的分量则是电动势或反电动势的 微观本质；导线运动时，安培力（f1）做正功（电动机），则反电动势（f2）做负功，安培力（f1）做负功 （发电机），则电动势（f2）做正功，洛伦兹力的总功总是为零。也就是说，磁场在这两类现象中充当了 一个能量转化的中介，左手拿来，右手送走，使机械能和电能相互转化，而总起来磁场能量并没有变化。 （二）直流电路、感应电路、交流电路（二）直流电路、感应电路、交流电路 25、以为非静电力真的是力、以为非静电力真的是力 辨析非静电力有不同的来源：在化学电池（干电池、蓄电池）中，非静电力是一种与离子的溶解 和沉积
24、过程相联系的化学作用； 在温差电源中， 非静电力是一种与温度差和电子浓度差相联系的扩散作用； 在一般发电机中，非静电力起源于磁场对运动电荷的作用，即洛伦兹力；变化磁场产生的有旋电场对处于 该电场中的导体内的自由电荷的电场力也是一种非静电力。洛伦兹力、电场力叫做力，无可厚非，然而扩 散作用呢？溶解沉积作用呢？光伏效应呢？力，其实只是一个方便的词而已，电动势，本质上讲，还得从 能量角度来定义，而不是力，力的概念（产生加速度）实在是有很大的局限性啊 26、以为电能是沿导线从电源传输到用电器的、以为电能是沿导线从电源传输到用电器的 辨析按电磁学理论，电磁场中能量流动方向和快慢，可以用坡印廷矢量（能流密
25、度）S=EH 来描 述，基于电路接通后导线内外的电场强度、磁场强度的分布，而容易得出，能量从电源传输到用电器，是 从导线外的电磁场进行的，而且，用电器处能流密度直接垂直指向用电器，而导线附近，导线电阻可以忽 略不计时，能流密度矢量几乎平行导线（能量不流入导线）；之所以开关一闭合，用电器就立即工作，实 际上就是能量是以光速通过导线外的电磁场传输到用电器的。 27、以为、以为“串反并同串反并同”“增缩减扩增缩减扩”、“来拒去留来拒去留”等二级结论无条件成立等二级结论无条件成立 辨析动态电路问题中，串反并同对路端电压有适用条件当电源内阻不计时，路端电压（与电 源并联电压表示数）不随外电阻变化；对于电磁感应现象中的“增缩减扩”“来拒去留”等结论，也只适用于 单向磁场情况，对双向磁场，恰恰是“增扩减缩”“来迎去分”；再就是自由通电导线转动问题，如果自由导 线垂直固定导线，在固定导线一侧且同平面，则自由导线将转到两导线中电流方向相反的方向，而不是相 同方向。 28、以为自感电动势的大小是由电流对时间的变化率和自感系数决定的、以为自感电动势的大小是由电流对时间的变化率和自
