中學(xué)物理常用的幾種定義法

〔關(guān)鍵詞〕 屬性;物征;定義法;應(yīng)用

〔中圖分類號(hào)〕 G633.7

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 C

〔文章編號(hào)〕 1004—0463(2010)

05(A)—0042—02

一、概念定義法

概念定義法是運(yùn)用描述性的語(yǔ)言，對(duì)物理概念從多角度、多方位，盡可能地以物理事實(shí)為根據(jù)，在大量豐富的感性材料基礎(chǔ)上，拋棄非主要的方面、非本質(zhì)的屬性，舍去它的現(xiàn)象和一些外部聯(lián)系，抽象和概括出一般屬性及其本質(zhì)，并用詞語(yǔ)加以表述.

例如，對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象概念的定義，教師可以首先通過(guò)多個(gè)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生仔細(xì)觀察，再經(jīng)過(guò)討論、分析、綜合、去粗取精、去偽存真的辦法，歸納出電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)所在:“不論用什么方法，只要穿過(guò)閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導(dǎo)體回路中就有電流產(chǎn)生，這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象.”

二、比值定義法

比值定義法是用兩個(gè)或幾個(gè)物理量的比值，定義一個(gè)新的物理量.它適用于物質(zhì)的屬性或特征、物體運(yùn)動(dòng)特征的定義.由于它們?cè)谂c外界接觸作用時(shí)會(huì)顯示出一些性質(zhì)，這就給我們提供了利用外界因素來(lái)表示其特征的間接方式.一般來(lái)說(shuō)，只需借助實(shí)驗(yàn)尋求一個(gè)只與物質(zhì)或物體的某種屬性特征有關(guān)的兩個(gè)或多個(gè)可以測(cè)量的物理量的比值，就能確定一個(gè)表征此種屬性特征的新物理量.不過(guò)，應(yīng)用比值法定義物理量時(shí)，往往還需要一定的條件:①客觀上需要;②間接反映特征屬性的兩個(gè)或兩個(gè)以上可測(cè)物理量;③兩個(gè)或兩個(gè)以上物理量的比值必須是一個(gè)定值.

1. 用比值定義法定義關(guān)于物質(zhì)或物體屬性特征的物理量

如電場(chǎng)強(qiáng)度E、電磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電容C、電阻R等.它們的共同特征是這些屬性由其本身所決定.因此在定義時(shí)，我們需要借助一個(gè)能反映該屬性的其他可檢測(cè)的屬性或現(xiàn)象來(lái)研究.比如定義電場(chǎng)強(qiáng)度E，需要選擇檢驗(yàn)電荷q，觀測(cè)其檢驗(yàn)電荷在場(chǎng)中的電場(chǎng)力F，采用比值■就可以定義.

再如，我們知道，磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體有力的作用，進(jìn)一步精確的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)通電導(dǎo)體跟磁場(chǎng)垂直時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力F跟電流I和通電導(dǎo)體的長(zhǎng)度 L的乘積成正比.在磁場(chǎng)的同一地點(diǎn)，當(dāng)電流I和通電導(dǎo)體的長(zhǎng)度的乘積改變時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力F也隨之變化，但是比值B=■保持不變，而在磁場(chǎng)中的不同地方，這個(gè)比值一般不同.這表明比值是一個(gè)與磁場(chǎng)中的位置有關(guān)的量，它反映了磁場(chǎng)的一種力的性質(zhì).

于是，我們這樣定義:在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)體所受的磁場(chǎng)力F與電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積的比值叫做通電導(dǎo)體所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度.如果用B表示磁感應(yīng)強(qiáng)度，那么B=■.

2. 關(guān)于描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)特征的物理量的定義

如速度v、加速度a、角速度ω等.這些物理量是通過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)引入的，比如勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng).這些物理量定義的共同特征是:相同時(shí)間內(nèi)，某物理量的變化量相等，用變化量與所用的時(shí)間之比就可以表示該物理量的特征.

三、多因子乘積定義法

即是用幾個(gè)物理量的乘積定義一個(gè)新的物理量.其中相乘的幾個(gè)物理量均為被定義物理量的決定因素.這種方法所定義的被定義物理量與其他各物理量都有關(guān)系，并會(huì)隨著其他各物理量的變化而變化.例如，我們已經(jīng)知道的“功”的概念是這樣引出的:一個(gè)物體受到恒力F的作用，如果沿力F的方向位移是S(圖1所示)，那么，力F對(duì)物體做的功為W=FS.而功W與恒力F和沿力F的方向發(fā)生的位移S都有關(guān)系，并且功W隨著恒力F和沿力F的方向發(fā)生的位移S這兩個(gè)量的變化而變化.這種定義物理概念的方法叫做多因子乘積定義法.

又如動(dòng)量概念也應(yīng)用了多因子乘積定義法.經(jīng)驗(yàn)告訴我們，一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體的作用效果，不僅與它的速度有關(guān)，還與它的質(zhì)量有關(guān).例如，用手?jǐn)S出一顆子彈，因其速度很小，不會(huì)對(duì)人和物產(chǎn)生危險(xiǎn);而一顆從槍里高速飛出的子彈，由于速度相當(dāng)大則會(huì)表現(xiàn)出很強(qiáng)的殺傷力.同樣，用手分別投出同樣體積的一只皮球和一枚鉛球，由于鉛球質(zhì)量比皮球質(zhì)量大得多，因而會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊效果.可見(jiàn)，物體的作用效果是由質(zhì)量和速度兩個(gè)因素共同決定的.

我們把質(zhì)量和速度的乘積叫做物體的動(dòng)量.動(dòng)量用字母P表示，即P=mv.這種定義動(dòng)量的方法就叫做多因子乘積定義法.

四、數(shù)學(xué)推導(dǎo)定義法

數(shù)學(xué)推導(dǎo)定義法是根據(jù)已知的概念和規(guī)律，借助于數(shù)學(xué)推導(dǎo)定義物理量.具體在物理學(xué)中，在研究物理問(wèn)題的過(guò)程中，運(yùn)用數(shù)學(xué)的符號(hào)來(lái)表述物理量.運(yùn)用數(shù)學(xué)的關(guān)系式來(lái)表述某一特定狀態(tài)各物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系和某一物理量的變化所引起其他物理量的變化關(guān)系.而后通過(guò)一些已知的物理量和數(shù)學(xué)關(guān)系式推演求解一些未知的物理量，并對(duì)這些物理量進(jìn)行討論，賦予更明確的物理含義.例如動(dòng)能、重力勢(shì)能等物理量，都是借助數(shù)學(xué)推導(dǎo)定義的.

設(shè)在光滑的水平面上有一個(gè)質(zhì)量m的靜止物體，在恒定的水平力F作用下開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段位移S后達(dá)到的速度是v(圖2所示).

在這個(gè)過(guò)程中，外力F對(duì)物體所做的功是W=FS.如果用EK表示物體的末動(dòng)能，就有EK=FS.根據(jù)牛頓第二定律F=ma和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2=2as，可得Ek=FS=ma×■

所以Ek=■mv2

即物體的動(dòng)能等于它的質(zhì)量跟它的速度平方的乘積的一半.