淺談中學(xué)物理中的比值定義法

1、淺談中學(xué)物理中的比值定義法 物理學(xué)的發(fā)展伴隨著概念的發(fā)展或引出概念。日常生活中許多最基本概念的意義與人們的認(rèn)識(shí)不同。費(fèi)恩曼曾講過一個(gè)笑話：一位女士超速行駛被警察攔下。“太太，您剛才的車速是60英里每小時(shí)?！薄安豢赡艿?，我才開了7分鐘，怎么可能開60英里呢？”“我的意思是：如果你繼續(xù)像剛才那樣開車，在下一個(gè)小時(shí)里您將駛過60英里?！薄拔以傩旭?0英里就到家了，根本不用再開60英里。” 這位女士的錯(cuò)誤在于對“速度”這個(gè)用比值定義的物理概念的誤解?；靖拍畈荒敲慈菀椎乇蝗祟I(lǐng)會(huì)，但運(yùn)用數(shù)學(xué)語言可以最好地加以表述。我們將物體走過的位移與物體走過這段位移所用時(shí)間的比值叫做速度，定義式為：。我們將這種定義法

2、叫做比值定義法。 中學(xué)物理中用比值定義法定義的物理量有：密度，電場強(qiáng)度，電容，電動(dòng)勢，速度，加速度，角速度，功率。這種定義概念的方法更能科學(xué)的說明其包含的意義，下面我們以速度為例說明比值定義的特點(diǎn)。 （1）速度是抽象的，我們不能直接測出其大小，必須用其與某一可測物理量的關(guān)系來計(jì)算得到。實(shí)驗(yàn)當(dāng)中我們通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和尺子測物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移，并通過定義式計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)速度。生活中我們看到汽車上的速度計(jì)是利用離心力的原理，速度越高作用于彈簧的離心力越大，指針偏移越多。 （2）速度定義式說明了它的本質(zhì)：單位時(shí)間內(nèi)物體走過的位移。因?yàn)槎x式的這個(gè)特點(diǎn)使得它具有普適性。而關(guān)于速度的其它公式，則是由定義式和

3、另外附加條件推導(dǎo)出來的。這也是該式是定義式的原因。例如2ax=v2-v02，這個(gè)公式只是表明了速度與位移的關(guān)系，而且這個(gè)公式是由速度定義式、以及加速度a不變聯(lián)合推導(dǎo)出來的，因此它只適用于勻加速直線運(yùn)動(dòng)，對于曲線運(yùn)動(dòng)和加速度不恒定的直線運(yùn)動(dòng)不在適用。 （3）速度是人們?yōu)榱藴?zhǔn)確地描述物體運(yùn)動(dòng)快慢而定義出的物理量，它與物體走過的位移不成正比，與物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間也沒有反比關(guān)系。因此我們不能將速度的定義式看做純粹的數(shù)學(xué)公式。文章開頭的女士正是因?yàn)闆]有明白速度的物理意義而認(rèn)為自己沒有違章。 （4）速度的方向與定義式中分子上位移的方向相同。例如某人在第一秒內(nèi)向東走10米，第二秒內(nèi)向西走5米，兩秒內(nèi)向東走了5米。第一秒內(nèi)人的速度方向是向東，第二秒內(nèi)速度方向是向西，這兩秒的時(shí)間內(nèi)速度方向是向東。剛好一一對應(yīng)。 由比值定義法定義速度的特點(diǎn)可以看到比值定義法定義物理量有以下特點(diǎn)： （1）物理概念具有抽象性； （2）物理的定義式說明物理概念的本質(zhì)； （3）物理的定義式具有普適性； （4）每個(gè)物理量都有其特定的物理意義，其大小不由定義它們的物理量決定； （5）被定義的物理量方向性與定義式中分子上的物理量方向性相同。在這里我們要注意的是：在驗(yàn)證電荷為正電荷時(shí)電場強(qiáng)度的方向與檢驗(yàn)電荷的受力方向相同；但當(dāng)驗(yàn)證