高中物理中的正負號

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高中物理 來源: 高中學習網(wǎng)


高中物理中,很多物理量和物理規(guī)律中都涉及到+、-號,理解它們在各種情況下的不同應用,是我們掌握物理概念、規(guī)律和科學方法的一個重要步驟。本文高中物理中常見的+、-號應用問題,作一簡要的歸納,如下:

一、表示物理的方向

在進行一條直線上的矢量運算時,由于矢量方向只有與直線同向或反向兩種可能,所以,若沿矢量能在直線選一正方向,規(guī)定矢量與其同向取正值,反向取負值,則矢量值的正負即表不其方向,它們的運算也簡化為代數(shù)運算。如以初速VO=15m/s豎直上拋的物體,取向上為正,g=10m/s2,則拋出后任意時刻t的速度Vt=V0+(-g)t=15-10t。t=1s時,Vt=5m/s時,表示物體向下運動。

一些標量如正弦式電流,在變化過程中也只有兩個可能的方向,若取線圈在勻速磁場中繞垂直于磁場的軸從中性面開始轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的電流方向為正方向,則電路中感應電流瞬時值i=Ims的ωt為正時表示i沿正方向流動為負時,表示i沿負方向流動。

這里應說明的是,上述表示是相對的,當所選正方向改變時,物理量中表示方向的正負將隨之改變時,物理量中表示方向的正負將隨之改變;同時,這種表示中的正負量值也具有表示量的大小的含義。

二、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(但兩值之差與所選參考點無關)。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)。如熱力學溫算,由于其零點取在低溫的極限值,所以,用熱學溫算表示的溫度均為正值。

三、區(qū)別物理量的不同性質(zhì)

在研究物理問題時,常常會遇到某些物理量具有性質(zhì)完全相反的情況,為反映它們的不同,就在這些量前面加正、負號予以區(qū)別。如:在功的前面加正、負號是區(qū)別功力對物體做功還是阻力對物體做功;在熱量前面加正、負號是區(qū)別物體是吸熱還是放熱,在電荷前面加正、負是區(qū)別電荷的兩種電性;在像距、焦距前面加正、負號是區(qū)別它們的實、虛等等。

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=EK2-Ek1中,EK2-Ek1為正表示物體動能增加,EK2-Ek1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末-P初,取P初的方向為正方向,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、表示物理規(guī)律中各量的關系

在一些物理過程中,各物理量具有確定的Rr和方向關系,如物體多到外力作用時其加速度方向與外力方向時刻相同,物體相互作用時作用力和反作用方向時刻相反,……。對應規(guī)律表達式中的+、-號即是為反映這種關系而引入的。如簡諧運動中回復力的表達式F=-kx中,負號表示回復力方向與物體離開平衡位置位移的方向時刻相反。顯然,這里的負號不表示位移方向與所選正方向相反。

在一般情況下,物理規(guī)律表示式中的“+、-”號是反映各量運算關系的符號,它們既不表示量的大小,也不表示量的方向。如,原子進行定態(tài)躍遷時對應光子的能量為hr=E初-E終,這里的“-”號表示E初-E終為原子在兩定態(tài)間的能量差,不表示原子躍遷后能量為負值;在動量守恒定律P1+P2=P'1+P'2中,“+”號表示等式兩端分別為兩物體作用過程初、末狀態(tài)的動量矢量和,不表示P2和P'2的方向。

六、表示量值的范圍

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。

綜上所述,物理中“+、-”的含義要比其在數(shù)學中豐富得多。因此,學習中正確理解這些問題是正確的掌握和應用物理知識的基礎,是提高物理成績的重要步驟。


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