淺談物理概念和物理量的區(qū)別

楊清源

在已發(fā)表的文獻(xiàn)中，關(guān)于物理概念教學(xué)的文章很多，但在這些已發(fā)表的文獻(xiàn)中，許多作者并沒(méi)有區(qū)分好物理概念和物理量，混淆了兩者的界限，其中尤以同名的物理概念和物理量為重，常見(jiàn)表述為“定量的物理概念，即物理量”或者“物理量就是定量的物理概念”.

其實(shí)，物理概念和物理量是有本質(zhì)區(qū)別的：物理概念是物理量的前提，也是物理量的基礎(chǔ)，物理量從屬于與之相應(yīng)的同名物理概念，沒(méi)有物理概念，就談不上物理量；物理量通常都有與其對(duì)應(yīng)的同名物理概念，但物理概念不一定有與其對(duì)應(yīng)的同名物理量，即使同名，兩者也有很多不同，物理概念比物理量具有更加豐富的含義.下面從兩個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明.

1 廣義的物理概念和物理量的區(qū)別

1.1 定義不同

物理概念是一類(lèi)物理現(xiàn)象的共同特征和本質(zhì)屬性在人腦中概括和抽象的反映，是對(duì)物理現(xiàn)象和物理過(guò)程的抽象化和概括化的思維形式.物理概念所反映的不再是個(gè)別的物理現(xiàn)象，也不再是具體的物理過(guò)程或物理狀態(tài)，而是物理世界中具有本質(zhì)屬性的物理客體、物理過(guò)程和物理狀態(tài)的抽象與概括，故稱(chēng)為“概—念”.

量是對(duì)事物在數(shù)值上的具體表征與量度.物理量就是物理學(xué)中量度物質(zhì)屬性或描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化過(guò)程的量.對(duì)于有單位的物理量，必須要同時(shí)用數(shù)字和單位來(lái)描述，否則不能產(chǎn)生任何物理意義.

由于其定義不同，其含義自然不同，物理概念和物理量是從不同角度對(duì)物理現(xiàn)象、物理事實(shí)或物理過(guò)程的描述.

1.2 引入目的不同

一般地說(shuō)，只要抽象出物理現(xiàn)象的本質(zhì)屬性及其共同特征之后，并對(duì)其加以概括，也就形成了物理概念，它是對(duì)特征的獨(dú)特組合而形成的知識(shí)單元.根據(jù)物理現(xiàn)象本質(zhì)屬性和共同特征的不同，物理概念可以分為兩種：一種是只有質(zhì)的規(guī)定性的概念，如機(jī)械運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、干涉、偏振等；另一種是既有質(zhì)的規(guī)定性、又有量的規(guī)定性的概念，如速度、加速度、電場(chǎng)強(qiáng)度、電阻、電動(dòng)勢(shì)等.

對(duì)于第二種概念，除了表述其質(zhì)的屬性外，還要清楚表示其量的屬性，如何表示呢？這就促使人們對(duì)其抽象與概括的對(duì)象給以量度和具體數(shù)值上的表示，由此，物理量才得以引入，并且它與相應(yīng)的物理概念同名.由此可知，物理量的引入，要以已確立的同名物理概念作為它引入的基礎(chǔ)，其目的只是定量化同名物理概念在量方面的屬性，所以說(shuō)，物理量從屬于物理概念.物理量通常有與其對(duì)應(yīng)的同名物理概念，但物理概念不一定有與其對(duì)應(yīng)的同名物理量，物理概念的范圍比物理量更廣.

當(dāng)然，由于量的本身包含有數(shù)和度的雙重含義，作為每一物理量的引入，也就對(duì)相應(yīng)物理概念的抽象與概括的對(duì)象，給予了具體數(shù)值上的定量表征與量度，當(dāng)然也就使相應(yīng)物理概念更加具有科學(xué)性，物理量是對(duì)物理概念必要的補(bǔ)充和定量化.

1.3 功能不同

物理概念是物理規(guī)律和理論的基礎(chǔ)，因?yàn)槲锢硪?guī)律揭示了物理概念之間的相互聯(lián)系和制約關(guān)系.例如，如果學(xué)生對(duì)力、質(zhì)量、加速度這幾個(gè)概念不清楚，那就無(wú)法掌握和理解牛頓第二定律，更談不上能正確應(yīng)用.可以說(shuō)，如果沒(méi)有一系列概念作為基礎(chǔ)，就無(wú)法形成物理學(xué)體系.再如，如果沒(méi)有電路、電流、電壓、電阻、磁感應(yīng)強(qiáng)度、電磁感應(yīng)等一系列概念，就無(wú)法形成電磁學(xué)體系；如果沒(méi)有光源、光線、實(shí)像、虛像等一系列概念，也就無(wú)法形成光學(xué)體系.

所以，物理概念是組成物理的基本元素，物理概念的學(xué)習(xí)在整個(gè)物理學(xué)習(xí)中處于核心的地位.

物理量給了相應(yīng)物理概念在量值方面的含義，在一定條件下，物理量之間可進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，這為定義新的物理量提供了可能.由于每個(gè)物理量都有相應(yīng)的符號(hào)，也使得物理表述更加簡(jiǎn)潔、美觀，而且物理規(guī)律的定量表述，也使得物理學(xué)成為了一門(mén)定量的學(xué)科，使物理學(xué)的結(jié)論可以隨時(shí)加以嚴(yán)格檢驗(yàn)，這有利于人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然，把握規(guī)律.物理概念和規(guī)律的定性表述與精確的數(shù)學(xué)定量表述相結(jié)合，構(gòu)成物理學(xué)科的突出特點(diǎn)之一.

1.4 分類(lèi)不同

物理量有基本物理量和導(dǎo)出物理量之分，但是物理概念卻只有廣義上的基礎(chǔ)概念，沒(méi)有基本概念一說(shuō).

1960年10月第11屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)確定了國(guó)際通用的國(guó)際單位制，簡(jiǎn)稱(chēng)SI制.在國(guó)際單位制中，總共選定了七個(gè)物理量做為基本物理量（其單位相應(yīng)作為基本單位），其余物理量是導(dǎo)出物理量，相應(yīng)單位為導(dǎo)出單位.導(dǎo)出物理量是借助其它兩個(gè)或兩個(gè)以上物理量來(lái)定義的，它需要用一定的物理公式（數(shù)學(xué)表達(dá)式）來(lái)表達(dá).

然而，雖然物理概念只有廣義上的基礎(chǔ)概念，沒(méi)有基本概念的說(shuō)法，但卻有層次之分（說(shuō)明：概念的其他分類(lèi)方法，此文不做說(shuō)明）.概念之間可能是上位概念和下位概念的關(guān)系，也可能是并列關(guān)系，還可能是包含關(guān)系.明確概念之間的層次關(guān)系，我們才能更好的理解概念，這一點(diǎn)可以畫(huà)概念圖.比如，如果把能量當(dāng)成是上位概念，那么它包括的勢(shì)能，動(dòng)能，內(nèi)能等等就是其下位的概念，而勢(shì)能中又包括重力勢(shì)能，電勢(shì)能，分子勢(shì)能等更為具體的概念.理解物理概念的層次后，才能正確區(qū)分類(lèi)似能量守恒和機(jī)械能守恒這些容易混淆的規(guī)律，學(xué)生在運(yùn)用這些規(guī)律時(shí)候，才能不出問(wèn)題或少出問(wèn)題.

2 同名的物理概念和物理量的區(qū)別

物理量與物理概念有時(shí)還具有著完全相同的命名，彼此相應(yīng)，物理量與相應(yīng)物理概念在表征與反映對(duì)象上具有同一性，在外觀表現(xiàn)形式上具有對(duì)應(yīng)性，但是，它們?cè)谖锢硪饬x以及含義上存在著本質(zhì)的區(qū)別，這決定了它們?cè)诙x的方式方法上和在發(fā)揮的作用上存在著明顯的各異性，這也是教師最容易混淆的地方.

例如，力是同名的物理概念和物理量.力作為物理量，定義為使1 kg的物體獲得1 m/s2的加速度所需要的力為1 N；現(xiàn)代物理學(xué)還把力定義為物體動(dòng)量的變化率；力是矢量；通常表述為拉力F=8 N，方向向東；力不是基本物理量等等.力作為物理概念，力的定義為物體對(duì)物體的作用；除了包含上述物理量的性質(zhì)外，還有其他特征：力有物質(zhì)性，也有相互性；它有大小、方向、和作用點(diǎn)三個(gè)要素；還有重力、彈力、摩擦力、電場(chǎng)力等具體的力；有瞬時(shí)效果，有時(shí)間積累效果，有空間積累效果等等，概念有更加豐富的內(nèi)涵和外延.

又如，功是高中的一個(gè)重要概念，也有相應(yīng)的同名物理量.作為物理量，其定義式為W=Fscosθ，我們可以理解功有零功正功和負(fù)功之分；功與參照系有關(guān)；此式適用恒力，若是變力要做相應(yīng)處理；功是標(biāo)量；其單位是焦耳，各力功相加就是合力功，等等.但如果將功作為物理概念，僅理解上述各方面還不夠！對(duì)于功的概念，只有在學(xué)生學(xué)習(xí)了功能關(guān)系或動(dòng)能定理之后，才能明白為什么要用力與位移的乘積來(lái)定義功；也只有當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律、熱力學(xué)第一定律，能量守恒定律之后，才能真正領(lǐng)會(huì)功這個(gè)概念的本質(zhì)：功是能量轉(zhuǎn)化的一種量度，一切做功過(guò)程都是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程.

再如，電阻既是一個(gè)概念，也是一個(gè)物理量.作為物理量，電阻的定義是R=UI，它提供了測(cè)量電阻的重要方法.作為概念，除了其大小，還要考慮電阻在電路中有哪些作用？電阻由什么決定？電阻的本質(zhì)是怎么產(chǎn)生的？……其他很多同名概念都有類(lèi)似特點(diǎn).

由此可見(jiàn)，同名的物理概念，比相應(yīng)的物理量更復(fù)雜，涉及面更廣，除了包含相應(yīng)物理量的信息外，還包含其他豐富的信息.

物理規(guī)律借助物理量可以以物理公式（數(shù)學(xué)表達(dá)式）形式呈現(xiàn)，這些物理公式表面上涉及的僅僅都是物理量，其實(shí)不然，它們是物理概念的相互聯(lián)系和制約關(guān)系.理解了物理概念，才能把握好這些物理公式和物理規(guī)律.所以，記住物理公式，是學(xué)好物理的必要條件，但還不充分，如果忽略了物理概念的理解，只重視物理量的學(xué)習(xí)，就會(huì)落入“物理只是背公式”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，學(xué)生也就會(huì)出現(xiàn)“公式都背了，考試還考不好”的情況.

總之，通過(guò)上述比較可知，物理概念和物理量有很多的不同之處，是不同的物理名詞.相對(duì)物理量而言，可以說(shuō)物理概念是上位的，概括性強(qiáng)，更加抽象，包含信息更加豐富，物理量只是對(duì)相應(yīng)同名物理概念的量的表述，物理概念除了量的性質(zhì)以外，還有其他很多質(zhì)的性質(zhì).

我們可以將物理概念比喻成一個(gè)外表抽象，內(nèi)涵復(fù)雜的“系統(tǒng)”，它包括物理概念的引入目的（或背景）、定義、物理意義、與其他概念之間的關(guān)系、以及其他性質(zhì)等諸多方面，如果概念有量的屬性，則還有相應(yīng)的同名物理量.

教師知道了兩者的區(qū)別，就不會(huì)將概念教學(xué)淪為物理量教學(xué)，更不會(huì)只是公式教學(xué)，這自然有助于學(xué)生對(duì)物理概念的學(xué)習(xí)，不僅知其然，更知其所以然，有助于能更好的從整體上、從本質(zhì)上把握物理概念.