初高中物理教学在核心素养培养上的衔接

郑俊光

(广东省潮州市潮安区庵埠中学 515638)

核心素养是学生成长为有文化教养的合格公民而必备的品格和关键能力.物理学科的核心素养包括物理概念、科学思维、实验探究、科学态度与责任.学生在中学阶段课堂上学物理.不是让他成为物理学家，而更应关注的是，学生毕业后，作为一个公民,学过物理和没学过物理有什么差异，物理能留给他终身受用的东西是什么，这就是中学物理教学需要培养的核心素养.下面通过对初高中物理中常出现的物理量正、负号的剖析、对比及用法的探讨，来探究如何处理好初高中物理教学的衔接，提升中学生物理学科的核心素养.

物理观念是物理概念和规律在头脑中的提炼和升华.从教材内容看高中很多知识是初中的拓展与延伸，内容的深度和广度上都存在较高的台阶.初高中物理中出现有正、负号的物理量不少，用法也各不相同，以物理量的正、负号用法为例，在教学中可通过对比，梳理相关知识点，对物理量的正、负号及用法做以下的剖析：

中学物理中的正、负符号，可以表示标量，也可以表示矢量，还可以表示物理量的性质.如果搞不清他们的含意，解题时虽然思路正确，但由于不加区分地乱用正、负号，计算结果经常出错，应引起重视.

常见物理量的正、负，可分为“性质符号”和“量质符号”，下面分别进行讨论.

一、性质符号

表征物质属性、基本结构的物理量，它带有的正、负号我们把它叫做性质符号.如：电量的正、负，粒子的正、负等，表明是正电荷还是负电荷.力矩的正、负，表示力产生的力矩是使物体转动状态沿逆时针方向变化，还是沿顺时针方向变化.正力矩使物体的转动状态沿逆时针方向变化，负力矩使物体的转动状态沿顺时针方向变化.电源的正、负极，表征极性的电势高、低.电源供电时，电流由正极“流出”，“负极”流入.如果可以充电，电流方向相反.直流电表(电流表、电压表、万用表)接线柱的正、负：一般情况下，电流应由正接线柱“流入”,由负接线柱“流出”.二极管的正、负极表示：如果二极管所加电压正极“高”、负极“低”时，二极管处于“导通”状态，所加电压相反，二极管处于“截止”状态.透镜焦距的正负：表明是凸透镜还是凹透镜，镜对平行光线会聚或发散情况.像距的正负：表明是实像还是虚像.利用成像公式计算时应带上符号运算.

二、量质符号

研究物体运动规律时，描述物体状态，运动过程的物理量所带的正、负号，我们把它叫量质符号.这些物理量又分为矢量和标量.

1.矢量的正、负号

矢量是有大小和方向的物理量，一般大小由它绝对值的大小表示；方向由它与已知方向的夹角表示.矢量可进行合成与分解运算，实质是一种等效替换，计算运用平行四边形定则.特殊的矢量：是在一直线上的矢量，此时它们只有两个方向，可用正、负号表示方向.先在直线上选定一个方向为正方向，凡与此选定正方向相同的矢量为正，反之为负.不在同一直线上的矢量，可以利用“正交分解法”.把它们分解在已选定正方向相互垂直的直角坐标系中，这样就转化为两直线上带有正、负号的矢量了.带正、负号的矢量则可进行代数运算，使复杂的问题变得简单.

利用正、负号表示矢量方向的物理量有：力、位移、速度、加速度、冲量、动量、电场强度、磁感强度等.对这些矢量的正、负号的意义要理解好，稍有疏忽混淆，便产生误解.如：两个负加速度a1=-3m/s2和a2=-8m/s2相比较，试问它们哪个负加速度大？错解：根据有理数大小的比较，两个负数比较则绝对值小的负数大，-3>-8,所以a1>a2.

分析加速度的正负号不表示代数量.加速度是矢量，它们的正负号表示空间的方向，它们的大小应以其绝对值的大小为依据.所以应是a2>a1.矢量正负除表示方向外，有的还具有增量含意.如：冲量：它的方向由力的方向决定，冲量为正，表示受冲量物体的动量在选定方向上增加；冲量为负，表示物体动量在选定方向上减少.

2.标量的正、负号

只有大小没有方向的量称为标量.在物理学中，不少物理量尽管没有方向，但却有正负之分，随物理量的不同，物理意义不同.功是能量变化的量度，功的正负的意义是说明谁对谁做功，正功为外力对物体做功，物体的能量增加，负功为物体对外界做功或物体克服外力做功，物体本身的能量减少.例如：在研究气体内能变化时，若气体被压缩，外界对气体做功为正，当气体与外界没有热交换时，气体内能增加；若气体膨胀，气体对外界做功，当气体不能从外界吸收热量时，气体内能减少，温度降低.

图1

势能的正负的意义是；比零势能多还是少.势能为正，比零多；势能为负，比零少.其正负无绝对意义，只有相对大小，零势能的位置是人为选定的，这里的零不等于没有势能，它比负势能还要多.例如：对于物体的重力势能，其正负表示比参考平面的势能高低，正号表示位置比参考平面高，势能比参考平面还多；负表示位置比参考平面低，势能比参考平面的势能还少.势能的大小与参考平面的高低有关，而参考平面是可以任意选取的；在比较物体的重力势能的大小时，只能选取同一参考平面，重力势能为正的比零大，零比负的大.如图1,水平地面上放一张桌子，三个质量相等的物体位于地面、桌面、桌面上方H处.若选取水平地面为参考平面，桌面的重力势能为正，上方H处的重力势能也为正，且比桌面的重力势能大；若选取桌面为参考平面，桌面的重力势能为零，上方H处的重力势能也为正，地面的重力势能为负， 正比负大；若选取桌子上方H处的为参考平面，下方的两个物体重力势能均为负.

图2

电势正负的意义同电势能.它反映该点电势是比零电势点高还是低.电势差Uab的正负：反映a、b两点间的电势高低，Uab>0时，Ua>Ub，Uab<0时，Ua

分子间由于存在相互的作用力，从而具有的与其相对位置有关的能叫做分子势能.其变化情况要看分子间作用力.分子间作用力分为斥力和引力.在平衡位置时相对平衡,小于平衡位置时表现为斥力,大于平衡位置时表现为引力.但无论何时,引力与斥力都是同时存在的.是内能的重要组成部分.分子势能大小随r的变化关系如图2所示，选取无穷远的分子势能为零，r0处的分子势能为负，且最小值，r变大或变小其分子势能都增加，在r0到无穷远处的分子势能一直是负的.

温度的正负是表明比零度高还是低，还应注意是什么温标.比如日常生产中我们常用摄氏温度表示物体的温度，温度可以为正，也可以为负，例如今天的气温为+26℃，又如今年冬天最低气温达-35℃.

标量的状态量值大小与零点选取有关，但两个状态间的量值变化情况与零点选取无关.某些物理量的增量的正负，表示是在增加还是减少.如△Ek、△Ep、△E等，这些量为正值，表示增加，负值表示减少，还有在热力学第一定律表达式△E=Q+W中，热量Q为正，表示物体吸热，Q为负则表示物体放热.

概括起来，取正负的标量大致可分为三类：

(1)正负不参与大小比较，只为说明一定的物理意义的标量.如：功的正负、焦距的正负、电量的正负、力矩的正负等.

(2)正负参与大小比较的标量.如势能(重力势能、弹性势能、电势能、分子势能等)、电势、温度等.这种物理量的正负号，在运算中一定要保持到底.如电子从电势为-10 V的A点运动到电势为+5 V的B点，电场力做的功为多少？将已知数据代入：Wab=qUab=q(Ua-Ub) 得Wab=1.6×10-19×(-10-5)J=2.4×10-18J.

(3)正负只起比较作用的标量.如电势差、电动势及某些量的增量，在计算中也不一定都带上正负号，如只研究电路中某两点电势差的大小，而不比较电势的高低时，可以不带正负号.

综上所述，通过对初高中物理中出现的物理量正、负号进行整理、对比，在课堂教学中，逐步介绍，阶段总结，达到使学生能掌握知识，提高学科素养的目的.其它初高中物理知识体系中出现的不少内容的衔接，也可以依此类推，使学生能较全面掌握中学物理必须弄清的物理概念及规律，通过中学阶段的学习，能准确地用学科语言表述教材或日常生活中出现的物理情景、物理问题以及解决问题的方法，从而提高中学生物理学科的核心素养.

参考文献：

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[3]曹义才.基于核心素养导向的初高中物理衔接教学建议[J].教学与管理,2016(09).