國三開始要進入古典力學的課程,這邊的課程很重要,在物理史上的地位也很關鍵,但是學生在學習上也常遇到困難。
在「位置、路徑與位移」的單元中,雖然在概念上不難理解,但是平常生活中其實不常去細分「路徑」與「位移」觀念上的不同,所以常會遇到學生不了解為什麼在物理學上要特意去區隔兩者。這個情況也會導致學生無法理解為什麼非得區分「速率」和「速度」不可。當學生有這個疑惑時,常常在學習上就會遇到阻礙。所以在本單元中,除了基本的名詞介紹與練習之外,還要強調這些物理量被設計出來的理由,讓學生了解物理學家的思考方式。
另外在課堂上還會補充一些關於狀態函數與非狀態函數的差別,讓學生對物理學家看待世界的方式更加的清楚。
以下是講義內容:
古典力學的基礎
古典力學指的是18,19世紀之前的物理學,代表人物是伽利略(1564~1642)和牛頓(1642~1727)。伽利略採用了實驗和數學分析的方式研究力學,牛頓則是集前人之大成,並且將力學的現象用數學語言描述出來。
古典力學觀察的現象較為巨觀,能量較低。所以我們看起來會比較「正常」。古典力學又分為靜力學(描述靜止物體),運動學(描述運動中的物體)和動力學(描述物體受力時的運動狀態)。
位置
表示一個物體所在的地點。當我們想要指出一個物體所在的位置必須要有一個「參考點」,再依照物體與參考之間的相對位置,表示出物體的實際位置。(例如:座標位置是由原點當參考點,地球的經緯座標是由緯度0度和經度0度去訂出參考點)也就是任何一個未知點,必須要由一個已知點去定義其位置。
位移與路徑
位移:位移指的是「位置的移動」,當物體從A點移動到B點時,我們如果想表達物體位置改變了多少時,就會用位移來表示。所以若我們知道了A點的位置,我們想知道物體最後會到達什麼位置時,就需要知道位移量。
路徑長:著重在移動距離的長短,而不是位置的變化狀況。路徑不關心物體的位置在哪裡,只關心物體共移動了多遠。
參考資料:
古典力學:http://zh.wikipedia.org/zh-hant/經典力學
位移:http://zh.wikipedia.org/zh-tw/位移
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