浅谈高中物理中的正负号问题

李文福

摘 要：在高中物理学科中，一些物理规律和物理量中往往会出现数学学科中的正负号，但是它们的内涵与数学学科中的正负号是有一定差异的，是针对具体的物理规律而使用的一种学科式的表现形式。因此，针对学生可能出现的把数学中的正负号和物理中的正负号混淆的问题，非常有必要把这部分知识进行针对性的学习，来有效解决学生出现的问题。

关键词：正负号；物理量；正确理解运用

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2018）04-0130-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.04.078

在高中物理学科中，一些物理规律和物理量中往往会出现数学学科中的正负号，但是它们的内涵与数学学科中的正负号是有一定差异的，它们有的是和数学中的有理数的正负是一致的，而有些表示物理量的性质、方向，较为复杂，所以不能够简单地像理解数学中的正负来分析高中物理学科中的正负号，否则容易出现问题。为了更好的防止学生出现问题，我把常见的正负号应用问题，进行了简要的归纳。

一、图像的正负

物理规律是物理学理论体系中的核心内容，一般用数学关系表达，其实质是运用函数关系式来呈现物理规律。例如最常见的运动问题，在速度时间图像中，如果画出的线是一条直线，且与x轴平行，则此物体做的是匀速直线运动，运动过程中速度大小不变，如果图像在x轴上方，则是物体沿正方向做匀速直线运动，反之在x轴下方，则是沿负方向做匀速直线运动；如果画出的线是一条直线，图像呈上升趋势，且图像在x轴上方，表示此物体做的是沿正方向的加速直线运动，反之物体则是沿负方向做加速直线运动。在物体运动过程中如果画出的线是一条曲线，且图像在x轴上方，则表示此物体的速度大小在不断变化，但方向不一定变。方向的判定要看图像是在x轴上方还是下方。还有，速度时间图像所围成的面积表示物体在这一段时间内所通过的路程，正的表示和正方向相同，负的表示和正方向相反，总位移为正负的代数和。

二、矢量的正负号表示方向

矢量的正负号只表示方向，如位移、速度、加速度、力场强、磁感应强度、冲量、动量等。如果是规定了正方向，负号表示和正方向相反。例如，物体受两个力F1=2N，F2=-3N。说明F1方向与规定正方向相同，大小为2N，而F2方向与规定方向相反，大小为3N，特别应注意，不存在F1>F2（即正数大于负数）的意思。

具体解题方法如下：在同一直线上，规定一个正方向为正值，然后计算，得出结果如果是负值就说明是反方向的。也就是说：1.在计算前要先规定好正方向；2.按照规定好的方向给参与计算的物理量（已知量）标好正负号；3.计算；4.看结果，正值代表正方向，负值代表反方向。

三、表示物理量的大小

在数学中，正数大于负数是正确的，而在物理中，这句话就不一定正确了。那么，在中学物理中，究竟应该如何比较“正、负数”的大小呢？现归为以下两类：1.正数大于负数；2正、负号表示相对性的正负数。一些物理量如高度、重力势能、弹性势能，电势、电势能，温度等，其值的大小一般是相对参考点而言的，以参考点的值为零，它们值的正负表示相对参考点值的高低。例如，势能有正负，但要确定重力势能的大小，首先要确定参考平面，选取不同的参考平面，同一物体的重力势能值也不同；对于确定的参考平面，重力势能的正负也反映了重力势能的大小，而讨论势能变化时的正负号就代表了增加或减少的量。同样，电势能也应首先确定零势能的位置，在确定零电势的位置后，正负也反映了电势能的高低.

例如，在x轴上有两点电荷M和N，M和N之间各点对应的电势高低如图中曲线所示，P是M和N的中点，下图是什么意思？为什么两点电荷都是带负电的？P点电场强度为什么等于零？沿MN的中垂线上相对P对称的两点之间移动一正电荷，为什么电场力不做功？

首先，M和N必定是带等量的负电荷，这个图像说明的是，两个带等量的负电荷之间各位置的电势差关系。还有为什么是带负电荷，是因为电势差是负值，Wnm=ψm-ψn。至于P点电场强度为零，那更加容易理解了，因为它们都带等量的电荷，都是负电荷，那么每个点在P产生的场强大小是一样的，而方向相反，所以就抵消了，最终就为零了（重要的一点是MNP三点在一条直线上）。

至于沿MN的中垂线上相对P对称的两点之间移动一正电荷，为什么电场力不做功，是因为，无论是正电荷还是负电荷，它们在沿MN的中垂线上相对P对称的两点之间移动，电场力做功之和是等于零的，因为在P点的上面和下面，電场力的方向是相反的，而且是相对P点对称，电场力的变化也一样，在上面做负功，到下面就做正功，所以做功和就为零了，也就相当于没做功了。

四、即不表示大小也不表示方向

在研究物理问题时，常常会遇到某些物理量具有性质完全相反的情况，为反映它们的不同，就在这些量前面加正、负号予以区别。例如，在电荷前面加正、负是区别电荷的两种电性；在热量前面加正、负号是区别物体是吸热还是放热，正负号在这些量当中既不表示大小也不表示方向。又如AB两点之间的电势差UAB，正号表示A点电势高于B点电势，负号表示B点电势高于A点电势，并不表示电势差的大小。磁通量的正负表示磁感线从上往下穿，或从下往上穿。不表示磁通量的方向和大小，磁通量为标量但它的正负不表示大小。

参考文献：

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[2] 张惠萍.中学物理的正负号运用分析[J].中学生数理化（教与学教研版），2007（9）.

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