談物理量教學(xué)十要點

李由奇

物理概念是反映物理現(xiàn)象、物理過程本質(zhì)屬性的一種抽象，是在大量觀察、實驗的基礎(chǔ)上，運用邏輯思維的方法，把一些事物本質(zhì)的、共同的特征集中起來加以概括而形成的。

在物理概念中，定量地反映物理現(xiàn)象和過程本質(zhì)屬性的概念屬定量概念，我們把這類物理概念稱為物理量。物理量能夠定量地反映客觀事物(物體、物質(zhì)、物理現(xiàn)象、物理過程、物理事實)的物理性質(zhì)或特征，既反映出客觀事物的質(zhì)的特征，又從量的角度反映客觀事物的性質(zhì)，是量度物質(zhì)屬性和描述其運動狀態(tài)時所用的各種參量。物理量又是構(gòu)成物理公式、法則和規(guī)律等的基本單元，是物理概念的重要組成部分。因此，在教學(xué)過程中，物理量教學(xué)是教學(xué)中的重要一環(huán)。搞好物理量教學(xué)，對提高學(xué)生的知識水平、發(fā)展思維能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神、提高整體素質(zhì)等都極其重要。在教學(xué)中要抓住以下十個要點：

一、物理量意義是什么?

首先要明確物理量的引入目的，即為什么要引入該物理量，它是用來反映、描述或表征什么的。如速度是用來表示物體運動快慢和方向的物理量。比熱是反映物質(zhì)的吸熱(或放熱)本領(lǐng)的物理量。電場強度是用來描述電場強弱和方向分布的物理量。電動勢是用來表征電源將其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量。

在引人物理量時，還要注意物理量形成過程中滲透的科學(xué)方法。如合力與分力的建立過程中體現(xiàn)了等效方法，電場強度與電勢的建立過程中運用了比較與鑒別的邏輯方法等。

二、屬于哪種物理量?

物理量從不同的角度出發(fā)有不同的分類方法。從物理量反映的屬性來分：第一類是量度物質(zhì)屬性的物理量，如密度、比熱、電場強度、電勢、磁感強度等；第二類是反映物體屬性的物理量，如質(zhì)量、電阻等；第三類是描述物質(zhì)運動狀態(tài)所用的物理量，如速度、加速度、溫度、壓強等。從認(rèn)識論的角度物理量可分為：第一類是以物理現(xiàn)象為基礎(chǔ)而概括、抽象出的具體物理量。如力、速度、加速度、折射率等。第二類是以物理現(xiàn)象和物理過程的理性認(rèn)識為基礎(chǔ)而建立的抽象物理量。如能量等。第三類是以科學(xué)推理的高度思維為依據(jù)而抽象出的特殊物理量。如時間、空間等。從物理量的構(gòu)成上可分為兩類：基本物理量是由人們根據(jù)需要選定的，在不同學(xué)科中和不同時期，選定的基本物理量有所不同。1971年以后，在國際單位制中，有長度、質(zhì)量、時間、熱力學(xué)溫度、電流強度、發(fā)光強度和物質(zhì)的量等七個基本物理量。根據(jù)物理量的定義由基本物理量組合而成的是導(dǎo)出物理量，導(dǎo)出物理量和基本物理量(或?qū)С鑫锢砹?還可以組成新的導(dǎo)出物理量。從根本上說，所有的導(dǎo)出物理量都是由基本物理量組成的。例如，在力學(xué)范疇內(nèi)，所有的物理量都由長度、質(zhì)量和時間這三個基本物理量組成。

三、定義是什么?

物理量的定義是準(zhǔn)確反映其意義的恰當(dāng)、簡煉的文字?jǐn)⑹?。教學(xué)時需字斟句酌，要求學(xué)生在理解其物理意義的前提下采用理解記憶，最好抓住關(guān)鍵字句用自己語言來準(zhǔn)確敘述，切忌死記硬背。如功的定義為：力對物體所做的功，等于力的大小、位移的大小、力和位移的夾角的余弦三者的乘積。比熱的定義為：單位質(zhì)量的某種物質(zhì)，溫度升高(或降低)1K時所吸收(或放出)的熱量。電場強度的定義為：放入電場中某點的點電荷受到的電場力跟它的電量的比值，叫做該點的電場強度，簡稱場強。

物理量定義后要進一步揭示其本質(zhì)特征，實現(xiàn)觀念上的突破。如給出向心力的定義后，進一步指出向心力不是什么新的性質(zhì)的力，而是重力、彈力、摩擦力等的一個或幾個力的合力在法線方向上的分力。

四、定義式怎樣寫?

定義式是物理量的數(shù)學(xué)表達式，反映它跟其它物理量間的數(shù)量關(guān)系，可當(dāng)作公式使用，要明確公式中各物理量的表示符號。如比熱的定義式為c=Q/m·△t，功的定義式為W=Fscosθ，電場強度的定義式為E=F/q，磁感強度的定義式為B=F/IL。

五、定義式屬于哪種?

物理量的定義式可分為兩類：一類跟定義式中其它物理量之間沒有比例關(guān)系，其定義式為量度式。另一類跟定義式中其它物理量存在比例關(guān)系，其定義式為決定式。如密度、比熱、電場強度、電勢、電容、磁感強度等的定義式為量度式，力矩的定義式M=FL為決定式。值得注意的是有些物理量的定義式雖為量度式，但從定義式出發(fā)可導(dǎo)出在特定條件下的決定式，如真空中點電荷周圍的電場強度的決定式為E=kQ／r²，平行板電容器電容的決定式為C=εS／4πkd。

六、數(shù)值有無絕對含義?

大部分物理量的數(shù)值都是確定的，但保守力場中的勢能及其與勢能相關(guān)的各物理量的數(shù)值是相對的。如質(zhì)量、比熱、電場強度、電容等的數(shù)值是確定的。重力勢能、分子勢能、電勢能、電勢等的數(shù)值是相對的，隨零勢點的選擇不同而異，在應(yīng)用中主要用到的是它們的變化量，其數(shù)值是絕對的。要了解物理量的數(shù)值，就要掌握物理量數(shù)值的測量和測量方法或?qū)嶒灧椒?，掌握物理量的測量工具。

七、是矢量還是標(biāo)量?

既有大小，又有方向，且符合平行四邊形定則運算的物理量叫做矢量。只有大小，沒有方向，符合代數(shù)運算法則的物理量叫做標(biāo)量。如電場強度是矢量，其大小等于單位電量電荷在該點受到的電場力大小，方向與正電荷受力方向一致，所以電場強度亦可理解為單位正電荷所受到的電場力。當(dāng)矢量在一條直線上時，在規(guī)定正方向后可用正、負(fù)號表示矢量的方向。比熱、電勢、電容等是標(biāo)量，標(biāo)量也可以有正、負(fù)，標(biāo)量的正、負(fù)不表示方向，只表示比零值高還是低。電流強度、電動勢等，雖然既有大小，又有方向，但它們可直接相加減，符合代數(shù)運算法則，也屬于標(biāo)量。

八、單位是什么?

根據(jù)使用方便、盡可能符合近代物理觀念、并且有制成物質(zhì)范型及復(fù)制的可能性原則制定出的基本物理量的單位，叫做基本單位。通過與基本物理量之間的關(guān)系來確定的其它物理量的計量單位，叫做導(dǎo)出單位。對導(dǎo)出單位，要弄清它是由哪些基本單位組合而成的。有些導(dǎo)出單位還有專門名稱。各物理量除有國際制單位外，還有常用單位，要注意它們之間的換算關(guān)系。如在國際單位制中，比熱的單位是J／kg·K，它與基本單位的組合關(guān)系為1J／kg·K=1m²／s²·K，常用單位有J／kg·℃，cal／g·℃等。電場強度的單位是N／C，它與基本單位的組合關(guān)系為1N／C=1m·kg／s³·A，常用單位還有V／m。

九、在具體事例中的含義

如鋁的比熱是8.79×10²J／kg·K，它表示質(zhì)量為1kg的鋁，溫度升高(或降低)1K時，吸收(或放出)的熱量是8.79×10²J。查表得鋁的比熱大于鐵的比熱，從而可得出相同質(zhì)量、升高相同的溫度，鋁比鐵吸收的熱量

要多的結(jié)論。又如電場中某點的場強為1N／C，方向水平向右，它表示該點電場的強弱和方向。由此可知，電量為1c的正電荷在該點受到的電場力為1N，方向水平向右。電量為－2.0×10^-2C的負(fù)電荷在該點受到的電場力為2.0×10^-2N，方向水平向左。鉛蓄電池的電動勢是2V，表明在把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能時，在鉛蓄電池內(nèi)每移動1c電量，能提供2J的電能。鉛蓄電池的電動勢比干電池的電動勢大，表明它把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)比干電池的大。

十、物理量的內(nèi)涵和外延

物理量的內(nèi)涵是反映物理現(xiàn)象的本質(zhì)屬性，是該事物區(qū)別于它事物的本質(zhì)特征。例如，電勢是描述靜電場能的性質(zhì)的物理量，其大小可用公式U=ε/q來量度，它決定于電場本身的性質(zhì)，而與檢驗電荷無關(guān)。電勢同電勢能、電場強度概念不同，電勢能描述電荷在電場中所具有的勢能，用公式ε=qU來量度，其大小既與電場有關(guān)，又與引入電場中的電荷電量有關(guān)。電場強度是反映靜電場力的性質(zhì)的物理量，用公式E=F／q來量度，電場強度的大小也只與電場本身有關(guān)，而與檢驗電荷無關(guān)。電勢和電場強度是從不同角度描述電場性質(zhì)的物理量，其反映電場的本質(zhì)是不同的。

物理量的外延則是指所反映的物理現(xiàn)象本質(zhì)屬性的對象，即通常所說的運用條件和范圍。例如，電勢的概念只適用于靜電場，而不適用于交變電場，其定義式U=ε／q中的q是引入靜電場中的檢驗電荷的電量，而不適用于非檢驗電荷，公式中的ε是把檢驗電荷從電場中該點移到零勢能位置電場力所做的功。由此可見，掌握物理量的外延就是理解其適用條件，定義式應(yīng)用范圍和公式中各個物理符號的具體物理意義和各量的單位。

物理量和其它易混淆的物理量之間的聯(lián)系和區(qū)別，就是從物理量的內(nèi)涵和外延來說明。明確了前面九個要點的具體內(nèi)容，則不難說明跟易混淆的其它物理量之間的關(guān)系，分析時主要從前面的幾個要點人手。如位移與路程、比熱與熱量、熱能與溫度，電場強度與電場力，電勢與電勢能，電場強度與電勢等，它們各自間的區(qū)別就很容易分析了。

綜前所述，物理量教學(xué)須從物理量的引人、形成的科學(xué)方法、定義、定義式、數(shù)值、測量及測量方法、運算法則、單位、內(nèi)涵和外延、用途和適用范圍、形成后能解決什么樣的問題等，從不同的角度對物理量進行深化和擴展。