淺談中學(xué)物理中正負(fù)號的意義



在中學(xué)物理中，無論是運(yùn)算過程，還是所求結(jié)果，均會涉及物理量的正負(fù)。其物理含義比較廣泛，往往使學(xué)生感到難以應(yīng)付，只有先弄清楚正負(fù)號所表示的意義，才能正確運(yùn)用。下面談?wù)務(wù)?fù)號的幾種意義。

一、用“+”、“一”號表示物理量的性質(zhì)相反，這些物理量通常是標(biāo)量

中學(xué)物理中常遇到某些標(biāo)量具有性質(zhì)相反的情況。為了區(qū)別它們的不同，就用“+”、“一”號來區(qū)別，“+”號通常省略不寫，若為零表示沒有。比如，電荷前的“+”、“一”號，用來區(qū)別兩種不同性質(zhì)的電荷，即正電荷與負(fù)電荷；功也有正負(fù)，正功表示力對物體做功，負(fù)功表示物體克服該力做功，當(dāng)然也可以說正功表示動力對物體所做功，負(fù)功表示阻力對物體所做功；兩電荷間的相互作用力用“+”、“一”號來區(qū)別這一對作用力是斥力，還是引力；重力、彈簧的彈力、分子力做正功都表示物體系的勢能減少，做負(fù)功都表示物體系的勢能增加；熱量前的“+”號表示物體吸熱，“一”號，表示物體放熱；內(nèi)能前“+”號表示內(nèi)能增加，“一”號表示內(nèi)能減少；在核反應(yīng)方程中，能量前的“+”號表示放出能量，“一”號表示吸收能量；動能的變化量ΔEk為正值表示有其他形式的能轉(zhuǎn)化為物體的動能或者是其他物體把一部分動能傳給該物體，為負(fù)值時表示物體的一部分或全部動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能或傳給其他物體等。這一類標(biāo)量的正負(fù)既不表示方向，也不表示大小，僅表示相反性質(zhì)的意義。

二、用“+”、“一”號表示物理量比規(guī)定的“零”大或小，這些物理量往往也是標(biāo)量

溫度、電勢、重力勢能、分子勢能、電勢能等，這些物理量都是標(biāo)量，它們前面的“+”、“一”號也不表示方向。由于它們的量值大小往往都是相對的，需要選定某一“零”點(diǎn)為參考，才可確定它們的值。其高于“零”點(diǎn)的值就用“+”號來表示，“+”號通常省略不寫，低于“零”點(diǎn)的值就用“一”號來表示。比如，在攝氏溫標(biāo)中，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度為0攝氏度，高于0攝氏度的為正，低于0攝氏度的為負(fù)，這里的正負(fù)就反映了溫度的高低，正的溫度比負(fù)的溫度高；若以無窮遠(yuǎn)處為零電勢點(diǎn)，則正電荷形成的電場中各點(diǎn)的電勢都為正值，而負(fù)電荷形成的電場中各點(diǎn)的電勢都為負(fù)值；若以大地為零電勢面，“+”號表示高于大地的電勢，“一”號表示低于大地的電勢；又比如要確定重力勢能的大小，首先要選定參考平面。選取不同的參考平面，同一物體的重力勢能值也不同。當(dāng)選某一平面為零勢能面后，“+”號表示該面的勢能高于零勢能面的勢能，“一”號表示該面的勢能低于零勢能面的勢能。在上述情況中，“+”、“一”號是直接涉及該物理量的量值大小，其正負(fù)可直接進(jìn)行大小的比較，因而運(yùn)算時不能隨意舍去。

三、某些標(biāo)量和一切矢量的大小，只能取正值或零，而不能取負(fù)值，不涉及“一”號

如熱力學(xué)溫度、時間、時刻、長度、路程、壓強(qiáng)、物質(zhì)的量、質(zhì)量、面積、體積、密度、速率、動能、振幅、彈性勢能（彈性勢能的零點(diǎn)若取在彈簧自由長度處）、波長、電阻、電容、電感等標(biāo)量，以及一切矢量的大小，只能取正值或零。若在實(shí)際問題中出現(xiàn)負(fù)號，應(yīng)根據(jù)物理意義，合理地解釋或舍去，若為零表示沒有。對這兩類物理量，可直接進(jìn)行大小比較，因此，這兩類物理量的大小關(guān)系也等同于數(shù)學(xué)中正負(fù)數(shù)的大小關(guān)系。

四、用“+”、“一”號表示正反兩方向，不表示量值的大小，這類物理量是標(biāo)量

物理學(xué)中電流強(qiáng)度、電動勢、磁通量，其正反兩方向不是矢量意義上的方向，是人為規(guī)定方向造成有正負(fù)的，把它們稱為雙向標(biāo)量。比如；電流，具有而且僅有兩個相反的方向（如順時針流動或逆時針流動的方向），它的方向可用“+”、“一”號表示。即事先任意規(guī)定一個流動方向?yàn)閰⒖挤较颍⒓s定電流取正值時，其實(shí)際方向與參考方向相同，取負(fù)值時實(shí)際方向與參考方向相反；當(dāng)規(guī)定從平面的正面穿過的磁感線條數(shù)為正磁通量時，則從該平面的反面穿過的磁感線條數(shù)為負(fù)磁通量。對于這類雙向標(biāo)量性物理量，比較大小時，只能比較它們的絕對值，運(yùn)算時按照算術(shù)法則運(yùn)算。

五、用“+”、“一”號表示物理量的方向，不表示量值的大小，這類物理量都是矢量

物理學(xué)中力、位移、速度、加速度、角速度、動量、沖量、電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度等是矢量，這些矢量的變化量也都是矢量。為了表示這些矢量在空間方向上相反的意義，需要先確定某一方向?yàn)檎！?”號表示該矢量的方向與規(guī)定的正方向（或已默認(rèn)的正方向）相同，這里的“+”號通常省略不寫；“一”號表示該矢量的方向與規(guī)定的正方向（或已默認(rèn)的正方向）相反；如果某矢量為零，則表示沒有方向。可見，此時“+”、“一”號僅表示矢量的方向，而不表示該量的量值大小，即不能說正的矢量一定比負(fù)的矢量大。對這些矢量，若要比較大小，只能比較它們的絕對值，運(yùn)算時遵從平行四邊形定則。

總之，中學(xué)物理中正負(fù)號的意義，不能只停留在數(shù)學(xué)中正負(fù)數(shù)的概念上，而是要根據(jù)實(shí)際情況具體分析。

（責(zé)任編輯 易志毅）