淺議高中物理中的正負號

李同生

摘 要： 在中學(xué)物理教學(xué)中，由于涉及正負號的地方較多，其符號的物理含義又各不相同，并且學(xué)生對正負號的數(shù)學(xué)意義形成思維定勢，對物理含義理解不深，導(dǎo)致對認識和運用物理量、物理規(guī)律會產(chǎn)生困難和錯誤。本文對中學(xué)物理中正負號的含義及一些常見的問題作歸納與討論。

關(guān)鍵詞： 中學(xué)物理 正負號 含義

在中學(xué)物理學(xué)習(xí)中，由于涉及正負號的地方較多，其符號的物理含義又各不相同，并且學(xué)生對正負號的數(shù)學(xué)意義形成思維定勢，對物理含義理解不深，導(dǎo)致對認識和運用物理量、物理規(guī)律會產(chǎn)生困難和錯誤。下面就對中學(xué)物理中正負號的含義及常見的一些問題作歸納與討論。

一、表示物理量的方向

1.在矢量問題中表示方向關(guān)系。如加速度，加速度是一矢量，它既有大小，又有方向。在勻變速直線運動中，加速度為正值，表示加速度的方向與速度的方向相同，加速度為負值，表示加速度的方向與速度方向相反。可見這里的正負號表示方向，而不表示大小。因此，在比較大小時，只需要看正負號后面數(shù)值的大小，數(shù)值大者，加速度就大，數(shù)值小，加速度就小，這種比較法與數(shù)學(xué)中負數(shù)大小的比較是截然不同的。同樣，在力矩中的“正負”也表示方向，正力矩表示逆時針方向，負力矩表示順時針方向，并且，在牛頓第三定律的表示式+F■=-F■中，這里的正負號仍然表示的是方向，異號表示二者反向，在簡諧振動的表示式F=-kx中，負號表示力的方向與位移方向相反。

2.在標量問題中表示相反的兩種方向。如電流強度I的正負表示電流的方向，正值表示電流方向與規(guī)定方向相同，負值表示電流方向與規(guī)定方向相反；在交流電中存在正半周期和負半周期。正半周期電流的流向與負半周期電流的流向相反，大小的變化與數(shù)學(xué)中負數(shù)的比較不同。磁通量φ的正負表示磁感線穿過平面（或曲面）的方向關(guān)系，平面（或曲面）均有一個法線方向n，正值表示磁感線沿法線方向一側(cè)穿過面，負值表示沿法線反方向一側(cè)穿過面。例如，勻強磁場B垂直穿過矩形線圈abcd，線圈面積S，將線圈反轉(zhuǎn)180°，則φ■=BS，φ■=-BS，磁通量的變化是△φ=φ■-φ■=-2BS。

二、表示相反的物理意義

1.功的正負表示力做功的正負。正功表示力的方向與位移方向相同，負功表示力的方向與位移方向相反。正功表示力對物體起推動作用，負功表示力對物體起阻礙作用，也表示能量是輸入還是輸出。

2.物理公式中的正負號表示不同性質(zhì)，如在電荷前面加正、負是區(qū)別電荷的兩種電性。

3.熱力學(xué)第一定律W十Q=ΔE，外界對物體做功，W取正值，物體對外做功，W取負值；物體吸熱，Q取正值，物體放熱，Q取負值；內(nèi)能增加，ΔE取正值，內(nèi)能減少，ΔE取負值。

三、表示物理量的相對大小

一些物理量如重力勢能、電勢、溫度等，其值的大小一般是相對參考點而言的，以參考點之值為零，它們值的正負表示相對參考點值的高低。如豎直上拋一質(zhì)量為1kg的物體，取拋出點為重力勢能的零點，則它在拋出點上方1m處的勢能為9.8J，表示它在該點的勢能高于在拋出點時的勢能，在拋出點下方1m處的勢能為-9.8J，表示它在該點的勢能低于它在拋出點的勢能。

顯然，上述表示中的物理值不代表其絕對大小，且其正負與所選參考點有關(guān)（但兩值之差與所選參考點無關(guān)）。在特殊情況下，若所選參考點（零點）的值為物理量的可能最小值，則表示的物理量不會有負值出現(xiàn)；若所選參考點（零點）值為物理量的可能最大值，則表示物理量不會有正值出現(xiàn)。如熱力學(xué)溫度，由于其零點取在低溫的極限值，因此，用熱學(xué)溫算表示的溫度均為正值。

四、表示物理量的變化情況

物理量的變化一般都是用其在變化過程的末態(tài)值減去初態(tài)值表示。對于算量，由此得出的變化量的正負表示其增減情況；如在動能定理ω=Ek■-Ek■中，Ek■-Ek■為正表示物體動能增加，Ek■-Ek■為負表示物體動能減少。對于矢量，變化量為末矢量與初矢量的矢量差，當其沿直線方向變化時，規(guī)定正方向后變化量的正負表示矢量變化的方向。如物體受恒力作用時，其動量改變?yōu)椤鱌=P■-P■，取P■的方向為正方向，則△P為正表示物體動量沿正方向增加，△P為負表示物體動量沿正方向減少。顯然，這里的正負是不表示物體初、末動量的方向的。

五、表示量值的范圍

在高中物理實驗中，一些測量儀器刻度盤上逢有“+、-”，如J0408型伏特表，5V量程對應(yīng)的刻度“-5～+15”，它表示用該量程可測量的最大正向電壓15V，最大反向電壓5V，某物長度的測量結(jié)果為100±0.5mm，這說明物體實際長度在99.5～100.5mm之間。這里的“+、-”表示一個范圍。

六、表示有無意義

在物理學(xué)中有些標量只存在正值。如質(zhì)量、密度、時間、長度都只能大于零，大于零表示有意義，小于零則表示無意義。如果計算的結(jié)果為負數(shù)，就要分其是增根應(yīng)舍去，是解題中出現(xiàn)了錯誤則應(yīng)重新求解。

從上面可以看出，數(shù)學(xué)上的正負號，表示大于零，小于零，在物理學(xué)中的正負號卻賦予了很多新的內(nèi)容，它可用來表示矢量的方向，而不表示矢量的大小；也可用來表示標量的正負，如溫度、電勢的高低，功、能量的正負；也可用來表示物體的性質(zhì)，電荷的性質(zhì)等。而學(xué)生有時片面理解為表示方向，忘記了有的表示性質(zhì)，有的表示大小等。我們通過歸納、討論、逐步認識，確切把握其不同的含義，才能在解題過程中正確掌握，靈活應(yīng)用，少犯錯誤。