谈物理量教学十要点

李由奇

物理概念是反映物理现象、物理过程本质属性的一种抽象，是在大量观察、实验的基础上，运用逻辑思维的方法，把一些事物本质的、共同的特征集中起来加以概括而形成的。

在物理概念中，定量地反映物理现象和过程本质属性的概念属定量概念，我们把这类物理概念称为物理量。物理量能够定量地反映客观事物(物体、物质、物理现象、物理过程、物理事实)的物理性质或特征，既反映出客观事物的质的特征，又从量的角度反映客观事物的性质，是量度物质属性和描述其运动状态时所用的各种参量。物理量又是构成物理公式、法则和规律等的基本单元，是物理概念的重要组成部分。因此，在教学过程中，物理量教学是教学中的重要一环。搞好物理量教学，对提高学生的知识水平、发展思维能力、培养创新精神、提高整体素质等都极其重要。在教学中要抓住以下十个要点：

一、物理量意义是什么?

首先要明确物理量的引入目的，即为什么要引入该物理量，它是用来反映、描述或表征什么的。如速度是用来表示物体运动快慢和方向的物理量。比热是反映物质的吸热(或放热)本领的物理量。电场强度是用来描述电场强弱和方向分布的物理量。电动势是用来表征电源将其它形式的能转化为电能本领的物理量。

在引人物理量时，还要注意物理量形成过程中渗透的科学方法。如合力与分力的建立过程中体现了等效方法，电场强度与电势的建立过程中运用了比较与鉴别的逻辑方法等。

二、属于哪种物理量?

物理量从不同的角度出发有不同的分类方法。从物理量反映的属性来分：第一类是量度物质属性的物理量，如密度、比热、电场强度、电势、磁感强度等；第二类是反映物体属性的物理量，如质量、电阻等；第三类是描述物质运动状态所用的物理量，如速度、加速度、温度、压强等。从认识论的角度物理量可分为：第一类是以物理现象为基础而概括、抽象出的具体物理量。如力、速度、加速度、折射率等。第二类是以物理现象和物理过程的理性认识为基础而建立的抽象物理量。如能量等。第三类是以科学推理的高度思维为依据而抽象出的特殊物理量。如时间、空间等。从物理量的构成上可分为两类：基本物理量是由人们根据需要选定的，在不同学科中和不同时期，选定的基本物理量有所不同。1971年以后，在国际单位制中，有长度、质量、时间、热力学温度、电流强度、发光强度和物质的量等七个基本物理量。根据物理量的定义由基本物理量组合而成的是导出物理量，导出物理量和基本物理量(或导出物理量)还可以组成新的导出物理量。从根本上说，所有的导出物理量都是由基本物理量组成的。例如，在力学范畴内，所有的物理量都由长度、质量和时间这三个基本物理量组成。

三、定义是什么?

物理量的定义是准确反映其意义的恰当、简炼的文字叙述。教学时需字斟句酌，要求学生在理解其物理意义的前提下采用理解记忆，最好抓住关键字句用自己语言来准确叙述，切忌死记硬背。如功的定义为：力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦三者的乘积。比热的定义为：单位质量的某种物质，温度升高(或降低)1K时所吸收(或放出)的热量。电场强度的定义为：放入电场中某点的点电荷受到的电场力跟它的电量的比值，叫做该点的电场强度，简称场强。

物理量定义后要进一步揭示其本质特征，实现观念上的突破。如给出向心力的定义后，进一步指出向心力不是什么新的性质的力，而是重力、弹力、摩擦力等的一个或几个力的合力在法线方向上的分力。

四、定义式怎样写?

定义式是物理量的数学表达式，反映它跟其它物理量间的数量关系，可当作公式使用，要明确公式中各物理量的表示符号。如比热的定义式为c=Q/m·△t，功的定义式为W=Fscosθ，电场强度的定义式为E=F/q，磁感强度的定义式为B=F/IL。

五、定义式属于哪种?

物理量的定义式可分为两类：一类跟定义式中其它物理量之间没有比例关系，其定义式为量度式。另一类跟定义式中其它物理量存在比例关系，其定义式为决定式。如密度、比热、电场强度、电势、电容、磁感强度等的定义式为量度式，力矩的定义式M=FL为决定式。值得注意的是有些物理量的定义式虽为量度式，但从定义式出发可导出在特定条件下的决定式，如真空中点电荷周围的电场强度的决定式为E=kQ／r²，平行板电容器电容的决定式为C=εS／4πkd。

六、数值有无绝对含义?

大部分物理量的数值都是确定的，但保守力场中的势能及其与势能相关的各物理量的数值是相对的。如质量、比热、电场强度、电容等的数值是确定的。重力势能、分子势能、电势能、电势等的数值是相对的，随零势点的选择不同而异，在应用中主要用到的是它们的变化量，其数值是绝对的。要了解物理量的数值，就要掌握物理量数值的测量和测量方法或实验方法，掌握物理量的测量工具。

七、是矢量还是标量?

既有大小，又有方向，且符合平行四边形定则运算的物理量叫做矢量。只有大小，没有方向，符合代数运算法则的物理量叫做标量。如电场强度是矢量，其大小等于单位电量电荷在该点受到的电场力大小，方向与正电荷受力方向一致，所以电场强度亦可理解为单位正电荷所受到的电场力。当矢量在一条直线上时，在规定正方向后可用正、负号表示矢量的方向。比热、电势、电容等是标量，标量也可以有正、负，标量的正、负不表示方向，只表示比零值高还是低。电流强度、电动势等，虽然既有大小，又有方向，但它们可直接相加减，符合代数运算法则，也属于标量。

八、单位是什么?

根据使用方便、尽可能符合近代物理观念、并且有制成物质范型及复制的可能性原则制定出的基本物理量的单位，叫做基本单位。通过与基本物理量之间的关系来确定的其它物理量的计量单位，叫做导出单位。对导出单位，要弄清它是由哪些基本单位组合而成的。有些导出单位还有专门名称。各物理量除有国际制单位外，还有常用单位，要注意它们之间的换算关系。如在国际单位制中，比热的单位是J／kg·K，它与基本单位的组合关系为1J／kg·K=1m²／s²·K，常用单位有J／kg·℃，cal／g·℃等。电场强度的单位是N／C，它与基本单位的组合关系为1N／C=1m·kg／s³·A，常用单位还有V／m。

九、在具体事例中的含义

如铝的比热是8.79×10²J／kg·K，它表示质量为1kg的铝，温度升高(或降低)1K时，吸收(或放出)的热量是8.79×10²J。查表得铝的比热大于铁的比热，从而可得出相同质量、升高相同的温度，铝比铁吸收的热量

要多的结论。又如电场中某点的场强为1N／C，方向水平向右，它表示该点电场的强弱和方向。由此可知，电量为1c的正电荷在该点受到的电场力为1N，方向水平向右。电量为－2.0×10^-2C的负电荷在该点受到的电场力为2.0×10^-2N，方向水平向左。铅蓄电池的电动势是2V，表明在把化学能转化为电能时，在铅蓄电池内每移动1c电量，能提供2J的电能。铅蓄电池的电动势比干电池的电动势大，表明它把化学能转化为电能的本领比干电池的大。

十、物理量的内涵和外延

物理量的内涵是反映物理现象的本质属性，是该事物区别于它事物的本质特征。例如，电势是描述静电场能的性质的物理量，其大小可用公式U=ε/q来量度，它决定于电场本身的性质，而与检验电荷无关。电势同电势能、电场强度概念不同，电势能描述电荷在电场中所具有的势能，用公式ε=qU来量度，其大小既与电场有关，又与引入电场中的电荷电量有关。电场强度是反映静电场力的性质的物理量，用公式E=F／q来量度，电场强度的大小也只与电场本身有关，而与检验电荷无关。电势和电场强度是从不同角度描述电场性质的物理量，其反映电场的本质是不同的。

物理量的外延则是指所反映的物理现象本质属性的对象，即通常所说的运用条件和范围。例如，电势的概念只适用于静电场，而不适用于交变电场，其定义式U=ε／q中的q是引入静电场中的检验电荷的电量，而不适用于非检验电荷，公式中的ε是把检验电荷从电场中该点移到零势能位置电场力所做的功。由此可见，掌握物理量的外延就是理解其适用条件，定义式应用范围和公式中各个物理符号的具体物理意义和各量的单位。

物理量和其它易混淆的物理量之间的联系和区别，就是从物理量的内涵和外延来说明。明确了前面九个要点的具体内容，则不难说明跟易混淆的其它物理量之间的关系，分析时主要从前面的几个要点人手。如位移与路程、比热与热量、热能与温度，电场强度与电场力，电势与电势能，电场强度与电势等，它们各自间的区别就很容易分析了。

综前所述，物理量教学须从物理量的引人、形成的科学方法、定义、定义式、数值、测量及测量方法、运算法则、单位、内涵和外延、用途和适用范围、形成后能解决什么样的问题等，从不同的角度对物理量进行深化和扩展。