淺談中學(xué)物理中正負(fù)號(hào)的意義

物理中“+”“-”號(hào)包括的內(nèi)容比數(shù)學(xué)中的“+”“-”號(hào)豐富得多，兩者是不能等同的，在特定條件下具有深刻的物理意義，它在解題中起著至關(guān)重要的作用。

一、標(biāo)量中的“+”“-”號(hào)問(wèn)題

標(biāo)量分為兩類(lèi)，一類(lèi)為恒的標(biāo)量，如長(zhǎng)度、質(zhì)量、動(dòng)能、絕對(duì)溫度，一切矢量的(即“大小”)都屬于這一類(lèi)。另一類(lèi)是可以取負(fù)號(hào)的標(biāo)量。如功、重力勢(shì)能、熱量、溫度、電流強(qiáng)度、電量、電勢(shì)、電動(dòng)勢(shì)、磁通量，以及一切標(biāo)量的增量，都屬于這類(lèi)標(biāo)量。“+”“-”號(hào)在這里具有深刻的物理意義。

1. “+”“-”號(hào)是物理量大小的一部分

如溫度、勢(shì)能、電勢(shì)這類(lèi)物理量“+”“-”表示相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)位置(零點(diǎn))是高還是低的意義，符號(hào)是物理量大小的一部分。這里具有5 ℃大于-10 ℃，勢(shì)能5焦耳大于-10焦耳，電勢(shì)5伏大于-10伏等。這類(lèi)物理量大小的比較與代數(shù)中大小的比較是一致的。

2. “+”“-”號(hào)表示某物理過(guò)程進(jìn)行的“方向”

如動(dòng)能定理∑W=△EK中，∑W，△EK為正時(shí)，表示有其他形式的能轉(zhuǎn)換為物體的動(dòng)能或其他物體將一部分動(dòng)能傳遞給這個(gè)物體。反之∑W，△EK為負(fù)時(shí)，表示物體有一部分(或全部)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能或傳遞其他物體。可見(jiàn)∑W和△EK的符號(hào)是至關(guān)重要的，它決定了能量轉(zhuǎn)換或動(dòng)能傳遞的“方向”，同樣熱力學(xué)第一定律△E=W+Q式中的△E，W，Q自身可正可負(fù)，系統(tǒng)對(duì)外做功及對(duì)外放熱時(shí)W，Q均為負(fù)，表示系統(tǒng)對(duì)外耗散熱量，內(nèi)能減少，此時(shí)△E為負(fù)。反之W，Q為正時(shí)表示外界對(duì)系統(tǒng)做功和系統(tǒng)對(duì)外界吸熱，內(nèi)能增加△E為正，這里W，Q的“+”“-”表示了系統(tǒng)與外界交換能量的“方向”等。

3. “+”“-”號(hào)表示物理量的性質(zhì)和種類(lèi)

如電量的正、負(fù)表示了自然界的兩種電性相反的電荷;光學(xué)公式中1/f=1/u+1/v，f，u，v的“+”“-”表示焦距、像距的實(shí)虛等。

應(yīng)該注意電流強(qiáng)度、電動(dòng)勢(shì)、磁通量等物理量也常規(guī)定了方向，但它們?nèi)圆粚儆谑噶浚@是因?yàn)橐刮覀冴P(guān)于矢量的通常理解跟矢量的嚴(yán)格定義相一致，必須在矢量的通常定義中(“既有大小又有方向的量”)附加“矢量的合成遵循平行四邊形法則”這一要求。而上三個(gè)量盡管規(guī)定了方向，但其合成不遵循平行四邊形法則，所以不為矢量。

二、矢量的“+”“-”號(hào)問(wèn)題

對(duì)于一個(gè)矢量只要給出它的大小、方向或給出它在坐標(biāo)系中的各個(gè)分量，這個(gè)矢量就全確定了，由于矢量大小是恒為正的標(biāo)量，因而不可能取負(fù)值。只有一維(延一直線上的矢量)規(guī)定正方向，可用正、負(fù)號(hào)表示其方向，對(duì)于二維或三維以上的矢量其方向是不能在它前面加正、負(fù)號(hào)來(lái)表示的。

有些問(wèn)題的討論可以先不去考慮物理量的“+”“-”，如電量的符號(hào)對(duì)于電荷守恒定律是至關(guān)重要的，只涉及一種電荷或者只涉及兩種電荷，但不涉及電中和與“湮滅”現(xiàn)象時(shí)可先不去考慮其符號(hào)。再如高中物理選修課本中所述，計(jì)算電場(chǎng)力所做功時(shí)，為避免應(yīng)用標(biāo)量式W=qv所出現(xiàn)符號(hào)繁雜情況，常常只將Q和V絕對(duì)值代入公式計(jì)算。至于電場(chǎng)中究竟是正功還是負(fù)功，可另行單獨(dú)判斷。這僅僅是為了方便并不能因此掩蓋了正、負(fù)功的真實(shí)意義。

(唐山市豐南區(qū)第二中學(xué))