浅谈物理量的定义式和决定式中学生

1浅析物理量的定义式和决定式广东省佛山市顺德区容山中学陈文广邮编528303联系电话[phone]电子邮箱[e-mail]：308211253内容摘要：物理量是量度物质的属性和描述其运动状态时所用的各种量值和单位，而物理量的定义，则是物理概念的最基本、最概括、最实质的内容，也是物理学公式的基柱，中学物理中有许许多多的物理量，探究它们定义中的一些共性，对我们指导学生理解、掌握这些物理概念和物理量会起到事半功倍的效果.关键词：物理量比值定义法乘积定义法定义式决定式中学物理主要研究力学、热学、光学、电磁学、原子物理等一些最基础、最基本的内容，包括对一些基本概念、基本规律的理解和应用，而研究概念和规律的时候都要引入一些相关的物理量。我们知道，物理量是量度物质的属性和描述其运动状态时所用的各种量值和单位，例如量度物质惯性的质量，描述运动快慢的速度，描述运动改变快慢的加速度，还有描述电场强弱的电场强度，描述磁场强弱的磁感应强度等。因此，物理学中可以把少数几个物理量作为相互独立的，其它的物理量可以根据这几个量来定义，或借方程表示出来。这少数几个看作相互独立的物理量，就叫做基本物理量，简称为基本量。在国际单位制中共有七个基本物理量：长度，质量，时间，电流强度，热力学温度，物质的量和发光强度（中学物理主要是前六个）。其余的可由基本量导出的物理量，叫做导出物理量，简称为导出量。而物理量的定义，则是物理概念的最基本、最概括、最实质的内容，也是物理学公式的基柱，中学物理中有许许多多的物理量，探究它们定义中的一些共性，对于同学们理解、掌握这些物理概念和物理量会起到事半功倍的效果。根据笔者多年的教学体会，发现中学物理中的物理量的定义方式主要有两种，一种是比值定义法（即除法），还有一种是乘积定义法（即乘法）。下面笔者就物理量的这两种定义方式来谈几点体会,共同学们参考:1．比值定义法：所谓比值定义法，就是用两个已知物理量（或两个以上）的“比”来定义一个新的物理量的方法。例如高一学过的加速度就是用比值来定义的：运动物体速度的变化量与发生这一变化所以时间的比值，即tva；又如电场强度也是用比值来定义的：放入电场中某点的试探电荷所受到的电场力跟它的电荷量的比值，即qFE，象这样用比值来定义的物理量还有很多，如电阻IUR，电容UQC，电势差qWU，磁感应强度ILFB（B和I垂直时）等等，用比值来定义的物理量往往是反映物质的最本质的属性，揭示了该物理量的物理意义，它不随定义所用的物理量的大小（即分子和分母）、取舍而改变，如加速度的大小反映了运2动物体的运动状态改变的快慢，与速度改变的大小及时间无关；电场强度的大小反映了电场的强弱，与试探电荷无关，只与电场本身的性质有关；电阻反映了导体对电流的阻碍作用的大小，与导体两端的电压和导体里的电流大小无关，只与导体本身的性质有关；电容反映了电容器容纳电荷本领的大小，与电容器是否带电，带多少电无关；磁感应强度反映了磁场的强弱，与通电导线所受的安培力的大小无关，只与磁场本身的性质有关。用比值定义的物理量其大小与物理量的定义式无关，取决于物理量的决定式，所谓决定式，就是用来揭示物理量的大小取决于什么因素的数学表达式，如mFa揭示了加速度的大小与物体所受的合外力成正比，与物体的质量成反比。下面对中学物理中一些用比值来定义的物理量的定义式和决定式做一对比：物理量定义式决定式压强PSFPghP（液体压强的决定式）加速度atvamFa电场强度EqFE2rQkE(点电荷场强的决定式)；0E（两均匀带电平行板的电场，其中为电荷面密度）电势差UqWUEdU（E为匀强电场的场强，d为场强方向上的距离）电容CUQCkdSC4（平行板电容器的电容，为电介质的介电常数）电阻RIURslR磁感应强度BILFBrIB20（通电长直导线周围的磁感应强度）nIB0(载流直螺线管内部的磁感应强度)电流强度ItQInesvI（微观）；RUI（部分电路）；rREI（闭合电路）这里需要说明的是：电流强度它既有定义式，也有决定式，但由于历史的原因，它不是导出物理量，而是基本物理量。2．乘积定义法所谓乘积定义法，就是用两个或两个以上的已知物理量来定义一个新的物理量的方法。3如力矩就是用乘法来定义的物理量：力与力的作用线到转轴的距离的乘积叫做力矩，即FLM；又如冲量也是用乘法来定义的物理量：力与力作用的时间的乘积叫做冲量，即FtI；象这样的物理量还有很多，如动量mvP、功FsW(s为力的方向上的位移)、动能221mvEk、重力势能mghEp、磁通量BS(B和S垂直)等等。用乘法定义的物理量，其定义式既揭示了该物理量的物理意义，如冲量描述了力对时间的积累效果，功描述了力对空间的积累效果，同时也揭示了该物理量的大小取决了什么因素，如力的冲量的大小取决于力的大小和力作用的时间，功的大小取决于力的大小和物体在该力的作用下所发生的位移，动量的大小取决于物体的质量和物体运动的速度，力矩的大小取决于力和转轴到力的作用线的距离等等，由此可以看出，用乘法定义的物理量的定义式同时也是它的决定式。3．应用举例：例1.关于牛顿第二定律的方程F=ma，以下认识正确的是：A.由m=F／a可知，物体的质量m跟合外力的大小F成正比，跟加速度的大小a成反比B.由F=ma可知，物体所受的合外力大小F跟物体的质量m成正比，跟物体产生的加速度a成正比C.由a=F／m可知，当物体质量m一定时，a与合外力大小F成正比，当F一定时，a与物体的质量m成反比D.由a=F／m可知，加速度的方向总与合外力的方向相同解析：物质的质量m是物质本身的一种属性，不会随受力的情况而改变，物体受力取决于其它物体对它的作用，F与a是因果关系，是原因决定结果；故A、B均错误，由a的决定式a＝F/m可知C、D选项正确。例2．关于电场强度E，下列说法正确的是：A、根据公式qFE，E跟检验电荷的电量q成反比B、根据公式2rQkE,E跟场源电荷的电量Q成正比C、根据公式dUE,电场中两点的距离越大，场强E越小D、根据公式21221,rqkrqqkF就是q1在q2处的场强解析：由场强的定义式和点电荷的决定式易知B、D选项正确例3.对于水平放置的平行板电容器，下列说法正确的是：4A、将两极板间的距离增大，电容器的电容将增大B、将两极板平行错开，使正对面积减小，电容器的电容将减小C、在极板间加一陶瓷板，电容器的电容将增大D、将电容器两极板的电量减少，电容器的电容将减小解析：根据电容器电容的决定式kdSC4很容易判断B、C正确，而C的大小与电容器的带电量无关，故D错误。象这样的概念辨析题还有很多很多，同学们在平常的解题中经常会遇到，事实上，对物理概念、物理量的理解，很多同学都感觉到老师上课的内容都听得很懂，可是自己一做题就会错，究其原因，还是同学们没有把这些物理概念和物理量的来龙去脉搞清楚。对于物理量的定义，往往弄懂它定义的方法后，就较能够容易抓住它的特征，有助于正确领会物理量的含义，有助于明确该物理量的定义式中哪些是决定的因素，哪些是无关因素，从而为同学们掌握概念和规律，正确应用解题，培养理解、分析、应用能力打下基础。参考文献：1苏和,王文亮.基础物理手册.内蒙古：内蒙古人民出版社，1982.2保宗悌.粤教版普通高中课程标准实验教科书物理选修3—1.广东：广东教育出版社，2005.