初中物理教学中几类重要物理概念及公式解读

○ 通渭县义岗川学校

物理是一门以实验为基础，研究物质结构、相互作用以及运动规律的自然科学，是一门逻辑推理与实际生活相结合的学科。物理源于生活而又指导生活，它不是简单的数学逻辑，每一个概念都是对特定生活现象的物理总结，每一个公式都是物理规律的量化结果。在物理学中，包括了对众多自然现象和规律的解释，对于初中生而言，面临众多的概念和公式，很多学生就会望而生畏，对于公式的应用就更加棘手。这种情况主要是由于学生把物理公式当作数学公式去死记硬背而脱离了具体的物理概念和物理模型。因此，在物理学习中透彻地理解物理概念和公式，掌握正确的学习方法尤为重要。本文通过总结归纳初中物理中几类重要的概念和公式，将量化的公式和抽象的概念与实际生活结合起来，使学生能够更好地理解其物理含义，从而进一步提高学生的逻辑思维能力和对物理学科的整体认知能力。

一、平衡力和相互作用力

平衡力和相互作用力是学生在学习过程中经常会混淆的两个概念。提到平衡力，首先要知道什么是平衡状态。平衡状态是指物体处于静止或在任一方向上做匀速直线运动的状态。物体在两个力的作用下，保持平衡状态，称为二力平衡，这样的一对力叫作平衡力。平衡力的条件是：a.大小相等；b.方向相反且共线；c.作用在同一个物体上。根据平衡力的定义和条件，判断两个力是否为平衡力有两种方法：一是看是否满足平衡力的三个条件；二是看物体在两个力的作用下，是否处于平衡状态。而相互作用力是指一个物体对另一个物体施加了力，受力物体反过来肯定会给施力物体一个反作用力。这样的一对力，必然是同时产生，同时消失。相互作用力的条件是：a.大小相等；b.方向相反且共线，c.作用在不同的物体上。

平衡力与相互作用力的主要区别是：平衡力作用在同一个物体上，可以是不同性质的力。比如，放在桌面上的物体，处于平衡状态时，重力和桌面的支持力是一对平衡力，重力是地球对物体的吸引力，桌面的支持力是由于物体对桌面的挤压，使得桌面发生形变而产生的弹力。而相互作用力作用在不同的物体中，必须是同性质的力，比如物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力，其本质都是弹力，并且两个物体既是施力物体，也是受力物体。

二、能量和功

1.能量及能量守恒定律。能量是一个普适概念，从广义上理解，能量就是一件事物使其他事物发生改变的性质。在物理教学中，能量的定义是：物体能够对外做功，就表示该物体具有能量，描述的是物体做功的能力。比如，高空的物体下落，将地面砸了一个坑，物体对地面做了功，因此，说明高空的物体具有能量。高速运动的物体与静止的物体发生碰撞，使静止的物体运动，也是对其做了功，所以运动的物体具有能量。能量的单位是焦耳，能量的种类很多，表现形式不一，有内能、动能、势能等。能量守恒定律是自然界中最普遍的定律之一，表述为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能量的总量保持不变。

2.功。初中范围内所接触到的功，一般指的是机械功。如果一个物体受到力的作用，并在力的方向上发生位移，则表示该力对物体做了功，功表示的是力对位移的空间累积作用，功的单位也是焦耳。从功的定义可以得出力做功的条件：a.力不为零，b.物体在力的方向上发生位移。功的计算公式W=FS，力F的单位为N，位移S的单位为m，功的单位为J，即1J＝1N·m。

3.能量与功的关系。在能量的学习过程中，提到的能量守恒定律是自然界中最重要的定律之一，它指出系统中能量总量虽然保持不变，但存在能量的转移和转化，而能量要发生转移和转化，必须要经历一定的物理过程。同时能量的转移和转化也需要一个量化的表达。系统能量发生转移和转化的形式有两种，分别为热传递和做功，其中热传递对应的是能量的转移，即热量会自发地从高温物体传到低温物体，而做功对应的是能量的转化，即通过做功，能使物体的能量从一种形式转化为另一种形式。因此，做功是能量转化的量度，外力对系统做了多少功，系统就有多少能量发生转化。比如，用手推动桌面上的物体，推力对物体做了功，物体的动能增大，通过推力的做功，将人的内能转化成了木块的动能。下落的物体动能增大，通过重力的做功，将物体的重力势能转换为动能。地面上运动的物体慢慢静止的过程中，通过摩擦力做功，将物体的动能转化成了热能。

【例题】水平桌面上有一斜面，质量为1kg，木块以2m/s的速度从底部冲上斜面，最后静止在斜面上，这个过程中，下列说法不正确的是（）

A.木块在上升的过程中，重力做功，部分动能转化成了重力势能

B.木块在上升的过程中，摩擦力做功，使物体的部分动能转化成了热能

C.木块在上升的过程中，斜面对木块有支持力，并对物体做了功

D.根据能量守恒定律，整个过程中，物体的动能完全转化成了热能和势能

解析：木块在上升的过程中，由于受到摩擦力和重力的作用，重力和摩擦力对木块做了功，使得物体的动能减小，最后静止时，动能为零，全部转化为重力势能和摩擦产生的热能，而支持力与木块的运动方向垂直，在支持力的方向上，木块没有发生位移，因此支持力不做功。整个过程中，根据能量守恒定律，物体的动能转化为热能和重力势能。

三、电学部分

在初中电学学习过程中，学生对于电阻的计算式以及欧姆定律和焦耳定律的理解容易产生混淆。初中电学中，主要涉及的几个物理量有电压、电流、电阻、电功、焦耳热等，这里主要对电阻、欧姆定律以及焦耳定律进行详细阐述。

1.电阻。电阻是表示导体对电流阻碍作用大小的物理量，电阻越大，对电流的阻碍作用越大，反映了导体的导电性越差。电阻越小，对电流的阻碍作用越小，同时也反映了导体的导电性越好。电阻是导体自身的基本属性，跟导体两端是否有电压以及电流无关，它只跟导体的长度，横截面积以及材料的性质有关。从电阻的决定式，可以看出，电阻跟导体的长度成正比，跟横截面成反比。ρ是导体的电阻率，是由导体材料的性质决定的。

2.欧姆定律。欧姆定律是一个实验定律，德国物理学家欧姆于1826年提出了通电导体中电压电流和电阻的数学关系，表述为在同一电路中，通过某段导体的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，欧姆定律只适用于纯电阻电路，纯电阻是指通电情况下，电能全部转化成热能的导体。随着电学的发展，人们逐渐认识到欧姆定律的重要性，为了纪念欧姆对电磁学的贡献，物理学界将电阻的单位命名为欧姆，以符号Ω表示。欧姆定律的数学表达式为，这是欧姆定律的标准形式，而U=IR，两个表达式是欧姆定律的变形公式，只是一个简单的数学变换，其本质和欧姆定律完全不同。对于第二个计算式，类比于电阻的决定式，前者揭示了导体两端电流、电压和电阻之间的数值关系，而后者反映的是导体电阻大小的影响因素。我们可以说，导体的电阻与其长度成正比，与其横截面积成反比，但不能说与两端的电压成正比，与电流成反比。电阻的大小只与导体本身的性质有关，与两端是否有电压、电流没有关系。欧姆定律的变形式只是揭示了在通电电路中，三个物理量之间的数学关系［1］。

3.电功与焦耳热。电流通过导体时会产生热量，叫作电流的热效应，生活中常见的电热器都是利用电流的热效应来产生热量。英国物理学家焦耳，在大量实验的基础上于1841年提出，电流通过导体时产生的热量与导体两端电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。焦耳定律是一个实验定律，对任何导体和电路都适用，其数学表达式为Q=I2Rt。对于纯电阻电路，结合欧姆定律，得到，同样可以计算焦耳热。电能可以转化为其他形式的能量，而实现这种转化正是通过电流做功，电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量。电流做功的大小与电压、电流成正比，与通电时间成正比，电功的计算式W=UIt。当电流单位是A，电压单位是V，时间单位是s，对应电功的单位是J。在通电电路中，电功一定大于等于焦耳热，因为电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量，而焦耳热只是多种其他形式能量中的一种，只有当电能全部转化为热能时，焦耳热与电功相等。比如，风扇的工作，电能转化成了机械能和内部的热能，而电热器的工作，则是将电能完全转化成了热能。因此，对于纯电阻电路，电流所做的功等于焦耳热，所以电功的计算除了定义式，还有与 W=Q=I2Rt［2］。

总之，物理是理论与实际紧密联系的学科，物理的每一个概念和公式都来自生活，是对生活中物理现象和规律的总结和量化表达。对于初中生而言，他们对抽象概念和公式的理解是片面的、不透彻的，面对抽象的概念公式，学生很容易产生混淆，以致错误地使用公式和概念［3］。因此，在公式概念的教学中要充分讲解公式和概念的原始定义，结合生活中具体的实例，将抽象的物理概念和实际生活结合起来，让学生感受到书本上的知识就在身边，这样学生对概念公式的理解自然就简单了。