物理學中正負號的意義

物理學中，正負號具有豐富的內涵，它們以其獨有的魅力，展示了物理學多姿多彩的一面。充分認識正負號在物理學中的意義，對學生弄清物理概念，掌握物理基礎知識，減少作業中的錯誤，有極大的幫助。下面將物理學中正負號表示的意義分別予以討論。

一、矢量的正負號

1.表示方向

一般來說，矢量的正負號是用來表示方向的。當被運算的矢量在同一直線上，就選定其中一個矢量的方向為“正”，凡與此方向一致的矢量統統為“正”，相反方向的矢量統統為“負”。例如，物體作變速直線運動時，規定初速度的方向為正方向;若物體作加速直線運動，加速度a與初速度的方向一致，物體的加速度a就為正。反之，若物體作減速直線運動，加速度a與初速度的方向相反，物體的加速度a就為負。

另外，在計算矢量時會出現矢量的變化量，也會出現正負號，矢量變化量的正負號也是用來表示方向的。例如，物體作勻變速直線運動時，若速度的變化量為正，表示與初速度的方向一致;若速度的變化量為負，表示與初速度的方向相反。

2.表示兩種相反的效果

這是一種特殊情況，在物理學中，物理量力矩M。雖然也是矢量，但對于定軸轉動的物體來說，力矩的方向是沿軸的方向，是不變的，可用代數量表示。在計算時規定:面向物體觀察，使物體沿逆時針方向轉動的力矩是正的，使物體沿順時針方向轉動的力矩是負的。顯然，這時力矩M的正負號表明它使物體向不同方向轉動的效果。這與上面說到的矢量正負號含義不同，卻與后面的標量含義相似。

二、標量的正負號

1.表示相對于“零標準”的高低

勢能(重力勢能、電勢能)和電勢等具有正負號，是由于這些概念本身的含義具有相對性。隨著選定的“零”標準而呈現出“正值”和“負值”，“正”表示大于或高于“零”標準，“負”表示小于或低于“零”標準。而且，勢能、電勢等具有的正負號與該物理量本身的物理意義聯系緊密，在運算過程中，它們的正負號常須帶著走。另外，攝氏溫標下溫度的正負號，也具有相似的意義，“正”表示高于零攝氏度，“負”表示低于零攝氏度。

2.表示兩種相反的過程

功W的正負號由公式決定。當0≤θ<90°時，功W為正，表示外力對物體作功;當90°<θ≤180°時，功W為負，表示外力對物體作負功，即物體克服該力作功，此時功W的正負號表示兩種相反的作功過程。

3.表示物理量的轉移和轉化

公式表示，電場力作正功，電荷的電勢能減小，這是電荷的電勢能轉化為其他形式的能。電場力作負功(電荷克服電場力作功)，電荷的電勢能增加，這是其他形式的能轉化為電荷的電勢能。

4.表示物理量的性質

自然界的電荷只有兩種，規定其中一種為“正”電荷，另一種就是“負”電荷。正電荷電量帶上正號，負電荷電量帶上負號，電量Q的正負號只表示兩種不同種類電荷的屬性。在有關計算中，電量的正負號有時可不帶，有時則需帶。例如，用庫侖定律公式計算兩電荷間的相互作用力時，式中可不帶電量的正負號，公式中只可求得力的大小，力的方向須另行判斷。而用公式ε=QU計算電勢能時，就最好帶著正負號計算。同樣，光學中凹透鏡的焦距取正值，凹透鏡的焦距取負值。物距U、像距V也有正負號，這些正負號均表示“實”或“虛”兩種性質。

5.表示物理量的變化

在物理學中計算一些標量的“變化量”時，也會出現正負號。標量的“變化量”若為“正”號，表示增加;若為“負”號，表示減少。例如，重力勢能是標量，重力勢能的變化量:△EP=△EP2=△EP1;若為正，表示重力勢能增加值，為負，表示重力勢能減少值。

6.表示物理量的取值范圍和誤差精確度

例1.某儀器的鉛牌上標明，工作電壓為220V±10%，表示該儀器的工作電壓取值范圍在198～242伏之間。

例2.用游標卡尺測出某圓筒的直徑為φ30±0.05mm，表明該測量值的誤差不超過0.05mm。

三、其他情況中的正負號

1.求某物理量時，若需解一元二次方程，有時可能得到“負”值根

對于這個“負”值根的物理意義，需要進行具體的分析和討論，才能確定取舍。如果未知物理量是時間、質量等，解出的負值常常是沒有意義的，只能舍去。而如果未知物理量是矢量(如未知力等)，解出的負值常常是表示方向相反的意義，就需根據具體情況分析討論后才能決定取舍。

2.表示測量工具的修正值(零誤差)

學校實驗室常用的一些測量工具:彈簧秤以及游標卡尺、螺旋測微器，在使用前，指針(零刻度線)須指零。若校正后仍不能指零，這時讀出的數值，叫零誤差(修正值);若零誤差為正，測得的數值須加上零誤差;若零誤差為負，測得的數值須減去零誤差，以此來修正測得的數據。

(作者單位:四川省瀘州職業技術學院)