淺談高中物理中的正負(fù)號(hào)問(wèn)題

李文福

摘 要：在高中物理學(xué)科中，一些物理規(guī)律和物理量中往往會(huì)出現(xiàn)數(shù)學(xué)學(xué)科中的正負(fù)號(hào)，但是它們的內(nèi)涵與數(shù)學(xué)學(xué)科中的正負(fù)號(hào)是有一定差異的，是針對(duì)具體的物理規(guī)律而使用的一種學(xué)科式的表現(xiàn)形式。因此，針對(duì)學(xué)生可能出現(xiàn)的把數(shù)學(xué)中的正負(fù)號(hào)和物理中的正負(fù)號(hào)混淆的問(wèn)題，非常有必要把這部分知識(shí)進(jìn)行針對(duì)性的學(xué)習(xí)，來(lái)有效解決學(xué)生出現(xiàn)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：正負(fù)號(hào)；物理量；正確理解運(yùn)用

中圖分類號(hào)：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9132（2018）04-0130-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.04.078

在高中物理學(xué)科中，一些物理規(guī)律和物理量中往往會(huì)出現(xiàn)數(shù)學(xué)學(xué)科中的正負(fù)號(hào)，但是它們的內(nèi)涵與數(shù)學(xué)學(xué)科中的正負(fù)號(hào)是有一定差異的，它們有的是和數(shù)學(xué)中的有理數(shù)的正負(fù)是一致的，而有些表示物理量的性質(zhì)、方向，較為復(fù)雜，所以不能夠簡(jiǎn)單地像理解數(shù)學(xué)中的正負(fù)來(lái)分析高中物理學(xué)科中的正負(fù)號(hào)，否則容易出現(xiàn)問(wèn)題。為了更好的防止學(xué)生出現(xiàn)問(wèn)題，我把常見(jiàn)的正負(fù)號(hào)應(yīng)用問(wèn)題，進(jìn)行了簡(jiǎn)要的歸納。

一、圖像的正負(fù)

物理規(guī)律是物理學(xué)理論體系中的核心內(nèi)容，一般用數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)，其實(shí)質(zhì)是運(yùn)用函數(shù)關(guān)系式來(lái)呈現(xiàn)物理規(guī)律。例如最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，在速度時(shí)間圖像中，如果畫(huà)出的線是一條直線，且與x軸平行，則此物體做的是勻速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度大小不變，如果圖像在x軸上方，則是物體沿正方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，反之在x軸下方，則是沿負(fù)方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)；如果畫(huà)出的線是一條直線，圖像呈上升趨勢(shì)，且圖像在x軸上方，表示此物體做的是沿正方向的加速直線運(yùn)動(dòng)，反之物體則是沿負(fù)方向做加速直線運(yùn)動(dòng)。在物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如果畫(huà)出的線是一條曲線，且圖像在x軸上方，則表示此物體的速度大小在不斷變化，但方向不一定變。方向的判定要看圖像是在x軸上方還是下方。還有，速度時(shí)間圖像所圍成的面積表示物體在這一段時(shí)間內(nèi)所通過(guò)的路程，正的表示和正方向相同，負(fù)的表示和正方向相反，總位移為正負(fù)的代數(shù)和。

二、矢量的正負(fù)號(hào)表示方向

矢量的正負(fù)號(hào)只表示方向，如位移、速度、加速度、力場(chǎng)強(qiáng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、沖量、動(dòng)量等。如果是規(guī)定了正方向，負(fù)號(hào)表示和正方向相反。例如，物體受兩個(gè)力F1=2N，F(xiàn)2=-3N。說(shuō)明F1方向與規(guī)定正方向相同，大小為2N，而F2方向與規(guī)定方向相反，大小為3N，特別應(yīng)注意，不存在F1>F2（即正數(shù)大于負(fù)數(shù)）的意思。

具體解題方法如下：在同一直線上，規(guī)定一個(gè)正方向?yàn)檎担缓笥?jì)算，得出結(jié)果如果是負(fù)值就說(shuō)明是反方向的。也就是說(shuō)：1.在計(jì)算前要先規(guī)定好正方向；2.按照規(guī)定好的方向給參與計(jì)算的物理量（已知量）標(biāo)好正負(fù)號(hào)；3.計(jì)算；4.看結(jié)果，正值代表正方向，負(fù)值代表反方向。

三、表示物理量的大小

在數(shù)學(xué)中，正數(shù)大于負(fù)數(shù)是正確的，而在物理中，這句話就不一定正確了。那么，在中學(xué)物理中，究竟應(yīng)該如何比較“正、負(fù)數(shù)”的大小呢？現(xiàn)歸為以下兩類：1.正數(shù)大于負(fù)數(shù)；2正、負(fù)號(hào)表示相對(duì)性的正負(fù)數(shù)。一些物理量如高度、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能，電勢(shì)、電勢(shì)能，溫度等，其值的大小一般是相對(duì)參考點(diǎn)而言的，以參考點(diǎn)的值為零，它們值的正負(fù)表示相對(duì)參考點(diǎn)值的高低。例如，勢(shì)能有正負(fù)，但要確定重力勢(shì)能的大小，首先要確定參考平面，選取不同的參考平面，同一物體的重力勢(shì)能值也不同；對(duì)于確定的參考平面，重力勢(shì)能的正負(fù)也反映了重力勢(shì)能的大小，而討論勢(shì)能變化時(shí)的正負(fù)號(hào)就代表了增加或減少的量。同樣，電勢(shì)能也應(yīng)首先確定零勢(shì)能的位置，在確定零電勢(shì)的位置后，正負(fù)也反映了電勢(shì)能的高低.

例如，在x軸上有兩點(diǎn)電荷M和N，M和N之間各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電勢(shì)高低如圖中曲線所示，P是M和N的中點(diǎn)，下圖是什么意思？為什么兩點(diǎn)電荷都是帶負(fù)電的？P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度為什么等于零？沿MN的中垂線上相對(duì)P對(duì)稱的兩點(diǎn)之間移動(dòng)一正電荷，為什么電場(chǎng)力不做功？

首先，M和N必定是帶等量的負(fù)電荷，這個(gè)圖像說(shuō)明的是，兩個(gè)帶等量的負(fù)電荷之間各位置的電勢(shì)差關(guān)系。還有為什么是帶負(fù)電荷，是因?yàn)殡妱?shì)差是負(fù)值，Wnm=ψm-ψn。至于P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度為零，那更加容易理解了，因?yàn)樗鼈兌紟У攘康碾姾桑际秦?fù)電荷，那么每個(gè)點(diǎn)在P產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小是一樣的，而方向相反，所以就抵消了，最終就為零了（重要的一點(diǎn)是MNP三點(diǎn)在一條直線上）。

至于沿MN的中垂線上相對(duì)P對(duì)稱的兩點(diǎn)之間移動(dòng)一正電荷，為什么電場(chǎng)力不做功，是因?yàn)椋瑹o(wú)論是正電荷還是負(fù)電荷，它們?cè)谘豈N的中垂線上相對(duì)P對(duì)稱的兩點(diǎn)之間移動(dòng)，電場(chǎng)力做功之和是等于零的，因?yàn)樵赑點(diǎn)的上面和下面，電場(chǎng)力的方向是相反的，而且是相對(duì)P點(diǎn)對(duì)稱，電場(chǎng)力的變化也一樣，在上面做負(fù)功，到下面就做正功，所以做功和就為零了，也就相當(dāng)于沒(méi)做功了。

四、即不表示大小也不表示方向

在研究物理問(wèn)題時(shí)，常常會(huì)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(fù)號(hào)予以區(qū)別。例如，在電荷前面加正、負(fù)是區(qū)別電荷的兩種電性；在熱量前面加正、負(fù)號(hào)是區(qū)別物體是吸熱還是放熱，正負(fù)號(hào)在這些量當(dāng)中既不表示大小也不表示方向。又如AB兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差UAB，正號(hào)表示A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)，負(fù)號(hào)表示B點(diǎn)電勢(shì)高于A點(diǎn)電勢(shì)，并不表示電勢(shì)差的大小。磁通量的正負(fù)表示磁感線從上往下穿，或從下往上穿。不表示磁通量的方向和大小，磁通量為標(biāo)量但它的正負(fù)不表示大小。

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