從物理量單位中“理”出成果

胡蓉

（陜西省城固縣第二中學(xué)，陜西 城固 723200）

在平時物理教學(xué)中，當(dāng)我們每給學(xué)生引入一個新的物理量時，都會強(qiáng)調(diào)這個物理量的單位。物理量的單位代表了這個量的物理意義，它也是物理量與數(shù)學(xué)量的本質(zhì)區(qū)別。如果學(xué)生在解答物理問題時僅僅給出它的大小弄錯或隨意丟棄物理單位將無法正確的描述出這個物理量，在解答中是不允許的。因此物理量單位的重要程度是必須要嚴(yán)格強(qiáng)調(diào)的，描述一個完整的物理量既要表示它的大小還要確定它的單位。

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出：認(rèn)識單位制在物理學(xué)中的重要意義，知道國際單位制中的力學(xué)單位。因此在高中物理教學(xué)過程中不但要注重講解物理概念、定律、物理公式的同時也要加強(qiáng)對物理單位的講解。當(dāng)我們教給學(xué)生多個物理量并充分深刻認(rèn)識到它的單位后，也可以逆向從單位中得出一些物理量的邏輯關(guān)系或小學(xué)科間的聯(lián)系；或者幫助我們從一個基本物理量出發(fā)梳理多個與之相關(guān)物理量的意義，這樣有助于我們將一些零散的物理量（知識點）編織成一個完整的知識體系，以解決一些復(fù)雜問題；甚至還可以利用單位鍛煉學(xué)生從對這個物理量由哪些相關(guān)量決定的猜想到反推出此物理量公式的思維能力。

一、從單位“理”出物理量的邏輯關(guān)系建立學(xué)科聯(lián)系

（一）利用單位分析物理量間的邏輯關(guān)系

在講述功和能的關(guān)系時，學(xué)生往往不易理解兩個明明表示不同的物理量在能量轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化過程中卻可能存在等量關(guān)系。我們可以借助單位來讓學(xué)生理解這兩個物理量。

做功基本計算公式為W=F·S從單位角度看有：1J=1N·m而牛頓第二定律知：F=ma即從單位看1N=1Kgm/s2，故1J=1Kg·m/s2·m= 1Kgm2/s2。如果物體受力做功轉(zhuǎn)化為動能：即從單位看我們發(fā)現(xiàn)做功的單位化簡為國際單位制與動能的單位化簡為國際單位制二者是完全相同的，即功和能量是表示一個物理意義，可以引導(dǎo)學(xué)生這樣理解：“外力對物體做功，物體能量增加。做功是一個過程量，其結(jié)果物體能量發(fā)生變化?！边@樣可以使學(xué)生更好的理解這兩個物理量的邏輯關(guān)系。

（二）高中物理可大致分為“力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)及原子物理學(xué)”六大部分，在教學(xué)過程中這六部分基本是單獨教學(xué)自成一體的，但在實際中有不可分割的聯(lián)系，這種聯(lián)系在高中物理綜合應(yīng)用中尤為突出，其亦可以從物理量單位中建立。

例如：在初中物理中講重力與質(zhì)量的關(guān)系時有一個基本的計算公式：G=mg此處的g僅表示常量，其單位是N/Kg。而在高中物理中牛頓第二定律規(guī)定：使質(zhì)量為1Kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的力規(guī)定為1N。即：1N= 1Kg·m/s2，所以g= 9.8N/Kg=9.8m/s2。N：為力學(xué)單位，表示力的大小。m/s2：為加速度單位。由單位的等量關(guān)系可將力學(xué)與運(yùn)動學(xué)建立聯(lián)系。再如在電場中電場強(qiáng)度E的單位是N/C，那么很明顯力學(xué)和電學(xué)之間可以建立聯(lián)系。

二、從表示基本物理量的單位來“理”出與之相關(guān)物理量的聯(lián)系，建立知識體系

在靜電學(xué)部分我們從最開始的物體帶電，它所攜帶的電荷（帶電量）到后面我們講電流、電場強(qiáng)度、庫侖定律、電勢差、點電荷在電場力下做的功及電容。這六個物理量基本涵蓋了靜電學(xué)的所有知識，這些物理量在學(xué)習(xí)之時看似零散，知識點多但它們都是因為由帶電體產(chǎn)生的，它們與物體的帶電量Q有密不可分的聯(lián)系。我們可以借助Q的單位庫侖（C）著手利用單位來梳理它們之間的聯(lián)系。

電流I的單位（A）1A=1C/S，它表示單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面積的電荷量是1C；

電場強(qiáng)度E單位為（N/C），它表示帶電量是1C的點電荷在電場中某點受到的靜電力為1N，那么此點的電場強(qiáng)度為1N/C。

電勢差U單位（v）1V= 1N/C·m，它表示在1N/C的勻強(qiáng)電場內(nèi)，沿電場線方向移動1m，其兩端間的電勢差為1V。

點電荷在電場力下做的功電功WAB單位為（J）1J=1C·V，它表示帶電量為1C的點電荷在電場中從A移動B（AB間的電勢差為1V）電場力做功為1J。

經(jīng)過這樣的梳理可以幫助學(xué)生對靜電學(xué)部分所學(xué)知識進(jìn)行串聯(lián)，更加清晰地反映出各物理量所表示的物理意義。運(yùn)用同樣的方法可以在每個章節(jié)或某個小學(xué)科學(xué)完后進(jìn)行物理量的梳理，這樣在應(yīng)用中不會混淆各物理量，有助于學(xué)生建立知識體系，在以后的綜合應(yīng)用中將更加得心應(yīng)手。

三、利用單位制“理”出物理學(xué)公式

在教學(xué)中我們也可引導(dǎo)學(xué)生利用物理學(xué)公式兩端表示量單位一致的原則，對新的物理量進(jìn)行大膽的猜想再推證進(jìn)而反推出物理公式，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的求真欲，探索欲，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

例如：在學(xué)習(xí)圓周運(yùn)動中的向心力時，向心力公式是教材中直接給出的，這樣顯得沒有說服力，學(xué)生也是死記硬背，沒有自己的思考，所以在此處教學(xué)中我會引導(dǎo)學(xué)生自己推證。先鼓勵學(xué)生猜想向心力的大小可能與哪些物理量有關(guān)，經(jīng)過討論大致認(rèn)為可能與物體的質(zhì)量m，物體的運(yùn)動速度V和圓周運(yùn)動的軌道半徑r有關(guān)。到底有什么關(guān)系可以用單位一致來推證。

設(shè)決定向心力F大小是ma，Vb，rc即：F=k·ma·Vb·rc（k為比例系數(shù)）根據(jù)等式兩端單位一致可得又因為1N=1Kgm/s2故：。解得a=1；b=2；c=-1。即：F=k·m1·V2·r-1整理：告訴學(xué)生經(jīng)過實驗可得到k=1，則證得：經(jīng)過這樣的求證即鍛煉了學(xué)生逆向思維的能力又幫助學(xué)生“理”清了物理量之間的關(guān)系，其實這種方法可用于很多物理公式的推證中。

經(jīng)過我們對物理量單位的深入挖掘，在以后的教學(xué)活動中將更有助于我們將物理課體系化，網(wǎng)絡(luò)化，也將讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生更多的興趣，提高學(xué)習(xí)主動性，獲得更大的成就感。真正讓物理這門課“理”出聯(lián)系，“理”出體系，“理”出成果。