2024年高考物理新课标第二册第二题-认知物理模型系列二-物理量线速度与角速度
首先认知物理的三要素就是分析情境，建立空间和时间的模型。认知物理模型是重点，认知物理量是关键。用一个人体结构来说明物理量——关节，物理模型——骨骼+肌腱，物理情境——血肉，物理思维——神经网络。对于一道高考物理题，往往来源于生活，简单看它由两部分组成：一个物理事件和一些物理问题。结合这两方面来看物理模型和物理量。比如第2题，物理情境是学生用手指旋转篮球。结合题中问题可以看出，需要研究的物理量是篮球上两个粒子P、Q的线速度和角速度，以及向心加速度之间的关系。学生很容易想到两个粒子绕同一轴旋转时，角速度相等的联动（或传动）情况。物理模型是同轴旋转粒子之间的关系。答案并不难确定网校头条，估计学生对这道题的得分率比较高。
其次，关于质点的线速度和角速度高中物理的物质观是什么，这两个物理量是在高中物理知识体系中以圆周运动为背景介绍的。同一个质点在匀速圆周运动过程中给出的定义，首先是在这个半径上转过的角度与一个旋转轴和半径r所用时间的比值，公式为w=△a/△t。题目给出的场景只是篮球的一个状态，我们需要发挥想象力，假设一个很小的时间过去了，才能画出质点转过的角度。第一个难点是这个时间应该多小？第二个难点是我们应该画多少角度才合适？有点模棱两可。关于旋转物体的角速度，高中物理给出了角速度定义公式，但没有给出物质决定公式，也就是说，物理学中的质点、位置、位移、速度（包括角速度）、时间代表了物体的状态参数。在研究分析物理问题时，当把物体建立为“粒子”物理模型时，物体就与粒子相对应了。此时时间t、矩t1'、t2…和空间位置x1、x2…、位移X、速度v构成了质点运动状态参数，可以建立坐标系进行定量分析和计算。它不依赖物质或物体而存在于人们的思维和认知中，是决定物体存在与状态的空间和时间的物理量，所以只有定义式，没有确定性公式，这些物理量都是相对的而非绝对的，通常都是相对于一个参考系而言的。例如物体的速度定义为v=△x/△t，速度的大小与x或t的大小无关。此公式可用来计算匀速运动物体的速度，如钟表。物体的速度由物体在空间和时间中的运动决定。例如，对于一切静止物体（保持静止的物体），v=0，真空中的光速为v=C。物体运动速度越快，对应的速度就越大。这个公式可以近似计算出物体在变速运动时的瞬时速度，时间越短，越接近速度的真实值。这就是该技术的精确度，后面会讲到。
另外，关于时间t和空间位置x这两个物理量，感觉很简单，看似容易，其实恰恰是物理学的基础，既重要，又最难理解。因为高中物理是建立在牛顿定律的基础上的，而牛顿三大定律是建立在牛顿绝对时空观基础上的完整的自洽、异质一致和序贯体系。所以在认知物理学中，空间和时间被视为认知物理学的重要组成部分。认知物理学强调三种观点，即空间和时间、物质、能量和动量。上面提到的物体空间和时间与物体的物理量之间的对应关系，是认知物理学中的两大定律之一。一是对应定律，物质与时空的对应关系的存在和变化规律。每种物理现象都有三种：每个物理事件都可以用一种或多种物理场景来描述。二是统一定律。每一种物理模型都统一了一个物体、同一个空间和时间（某一时刻）、一个单位。第2题中篮球上有两个粒子P、Q，当它们绕同一轴旋转时，wp=waxis=wq。至于两粒子绕轴的旋转半径rp＞rq，很容易观察和确定。对于角速度这个物理量的分析，常说物体的角速度和半径无关，在认知物理学中，理解为粒子的旋转半径r是角速度的情境伴侣。类似的，还有P、Q的线速度，加速度、力等等。#综合物理#。
最后，基于时空场景高中物理的物质观是什么，物理量被分为4类。第一类是对应于粒子时空的物理量，如t、x、v等，它们与物体满足时空对应关系，并有一系列的物理场景与之对应存在和变化。第二类是物质或物体特性的物理量，它们由物体或物质本身存在和变化，与时空的存在和变化无关，如众所周知的物质密度、物体的质量、动摩擦系数、弹簧刚度系数、引力常数等。第三类是物体（物质）结构的存在和变化以及时空的相互影响，大致可以分为三类。第一类是随时间变化的，如匀速加速直线运动场景，加速度a恒定，物体的瞬时速度发生变化。第一种是随时间匀速变化的物理量，第二种是位置变化的物理量，这种变化比较常见。典型的情景有：万有引力的大小，当地球与物体两个物体保持不变时，物体所受的万有引力会随着物体位置的变化而变化，物体势能的大小也会变化等。第三种是速度的变化，比如摩擦力的大小，安培力的大小，洛伦兹力的大小等。以上三类都可以归为第一类情景。对于时空模型来说，第四种是物质或物体的变化引起的物理量的变化，可以看作是第二类物理量。可见，物理量离不开物质和时空。物理学是从控制变量的角度，研究时空中一切物体和物质的存在和变化规律。
对于这个难题，在物理场景的描述中，如果旋转的篮球的轴也在旋转，恐怕答案很难确定。我觉得应该强调旋转轴不变，因为绕同轴旋转的物体角速度相同的结论，只有在旋转轴不变的情况下才成立。其实，中学生在玩篮球的时候，可以做出各种各样的花样动作。
