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教好物理概念必须做到“五明确一加深”

彭小明/李爱华

【专题名称】中学物理教与学
【专 题 号】G36
【复印期号】2010年02期
【原文出处】《中学教学参考（理科）》(南宁)2009年10期第66～67页
【作者简介】彭小明，李爱华，江苏阜宁县明达中学(224400)。

    物理概念是物理知识的最基本的内容，学好物理概念对掌握和应用物理定律极为重要。物理概念是反映自然界中的物体和物理现象的最一般的本质特征的一种思维形式，用名词或词组来表示。例如，力学中的力、机械运动、速度、路程、压力、浮力等；热学中的热量、温度等；电学中的电荷、电流、摩擦起电、电路、磁场等；光学中的光线、反射、折射等，可以说物理知识就是物理概念的有机结合，没有概念就没有物理学。笔者认为，物理概念教学中应做到“五明确一加深”。
    一、明确物理概念是怎么引入的
    1.要知道为什么引入物理概念
    如速度的概念是为了研究物体运动的快慢而引入的，压强的概念是为了研究压力作用效果而引入的，电路是为了研究电流输送而引入的，等等。知道引入概念的原因是理解和掌握概念的第一步。
    2.要清楚物理概念是怎样引入的
    物理概念是通过观察实验和实践需要而引入的，不是人脑中固有的。因此，掌握物理概念要同实践同具体的物理现象联系起来。例如，掌握参照物的概念，要同地面、车站、码头、月台等联系起来；掌握物态变化要同水的沸腾和凝固联系起来；掌握光的反射要同生活中照镜子联系起来等。任何概念的引入都是一个由感性认识上升到理性认识的过程，是培养思维能力、学习思维方法的过程。
    二、明确物理概念的特征
    1.具有方向特征的概念
    某些物理概念，如力、速度、电流、磁场等，其特征是既有大小（或强弱）又有方向，即它们具有代数性质和几何性质的物理概念。
    2.具有统计特征的概念
    在中学物理中，某些概念如气体分子的平均速度等其特征是具有统计性的物理概念。
    3.具有相对性特征的概念
    某些物理概念的意义中具有规定的参照对象，这些物理概念就具有相对性特征。如速度、功、动能、势能等都是具有相对性特征的物理概念。
    4.具有边缘特征的概念
    在物理学中，有许多概念的意义中均有一个界限，超过这个界限或不足这个程度，将有不同的物理现象和结果，我们把这类概念称为具有边缘特征的概念。如熔点、沸点、最大电流、最大电阻、最大功率等概念都具有边缘特征。对于这类概念，我们应着重于与概念相应物理量的取值范围、有关物理现象发生或消失的条件的讨论。
    三、明确物理概念的本质
    概念是反映事物的本质状况的，所以要从本质上理解和掌握物理概念，避免形式上了解和机械背诵定义。如电阻的定义是：一切导体都有阻碍电流的作用，这种作用的大小叫做电阻。电阻的本质特征是导体本身所固有的阻碍电流的性质。因此电阻与是否通电无关，也与通过电流的大小无关，它不依赖于外界条件。加上电压通过电流只是把导体电阻表现出来。这样才能正确理解欧姆定律变形式R=U/I及焦耳定律变形式这两个公式。
    四、明确概念间的联系和区别
    物质的运动形式都是互相依存的，同时又有本质上的区别。因此原则上说，有些不同物理概念之间会有一定的联系，同时又有根本上的区别。为了弄清物理概念间的联系和区别，必须从概念的物理意义、概念所反映的客观对象、概念的数学描述等三方面加以讨论，下面举例说明。
    (1)重力和质量：它们是两个不同的物理量。由于我们在日常生活中常常将两者混为一谈，出于经验往往以多重代表质量的多少，例如买一条鱼，买的是鱼本身，但提在手中掂一掂，首先要感觉这条鱼多重，由重量来判断鱼的价值。两个概念相互混用，致使在物理学习中也经常把两个概念相混淆。它们的联系是：重力与质量成正比，G=mg，g=9.8 N/kg。区别是：
    ①概念不同：重力是由于地球吸引而使物体受到的力；质量是指物体所含物质的多少。
    ②物理量符号不同：重力的符号为G；质量的符号为m。
    ③使用的单位不同：重力的单位是牛顿(N)；质量的单位是千克(kg)。
    ④方向性不同：重力的方向都是竖直向下；质量没有方向只有大小。
    ⑤性质不同：重力是地球施加给物体的力，重力的大小随所在位置的变化而变化；质量则是物质本身的属性，质量的大小不随温度、形状、状态及位置的改变而变化。
    ⑥测量工具不同：实验室中，重力的测量工具是弹簧测力计，质量的测量工具是天平。
    (2)压力和重力：它们是本质完全不同的两种力，它们之间既有一定的联系又有本质上的区别。
    ①产生原因不同：压力是物体之间在直接接触的过程中，由于发生了挤压作用而产生的力，而重力是由于物体受到地球的吸引而产生的力。
    ②力的方向不同：物体所受重力的方向是固定不变的，这个方向总是竖直向下的；而压力方向则始终与物体的受力面垂直，但不一定向下。只有在物体的受力面水平时，压力与重力的方向才相同。生活中通常只把向下的力称为压力，而物理学中只要垂直于物体表面的力都叫压力，如垂直向上作用在房顶上的力也是压力。
    ③力的大小影响因素不同：压力的大小取决于施力物体和受力物体之间的挤压程度，而重力的大小与物体的质量有关（成正比）。
    ④力的作用点不同：压力的作用点在受力物体接触表面上，而重力的作用点在物体的重心上。
    ⑤力的作用效果不同：压力的直接作用效果是使受力物体发生形变，所以常称为弹力，而重力的直接作用效果是可能改变物体的运动状态。
    (3)压力和压强：有压力必有压强，有压强必有压力。它们的区别是：
    ①物理意义不同：压力是物体间相互挤压作用而产生的，即表示整个接触面上挤压作用的强弱；而压强是描述压力产生效果大小的物理量，它表示物体单位受力面积上挤压作用的强弱。
    ②定义不同：压力是垂直作用在物体表面上的力；而压强是指物体单位面积上受到的压力大小。
    ③使用单位不同：压力的单位是牛顿(N)；压强的单位是帕斯卡(Pa)。
    ④决定因素不同：压力的大小与物体间相互挤压引起的形变程度有关，与接触面的大小无关；而压强的大小由压力的大小和受力面积的大小决定。
    总之，弄清了不同概念之间的联系和区别，也就能理解有关概念了。
    五、明确好概念的数学公式和图像的物理意义
    物理学与数学是不可分割地联系在一起的，伽利略曾说过：“自然界是用数学语言写文章的……没有数学工具，人类就连一个自然界的单词都无法理解。”今天，数学与物理之间的联系更加密切，正如德国杰出的物理学家冯·劳厄所说：“数学终于成了物理学家的思想工具，唯有它才能以最终的、精确的和便于讲授的形式表达自然规律，唯有它才可以应用于错综复杂的过程中。”当然，物理学提出的问题也不止一次地推动了数学的发展。
    但是，我们不要因为数学和物理学有如此密切的关系，就忽略了两者的区别，把概念的物理意义埋没于其数学表达式之中，这是学习物理时所禁忌的。对于一个物理概念，我们要重视它的数学表达式，更要重视它的物理意义。
    物理学中许多概念的数学形式是相同的，但它们的物理意义却完全不一样。如密度、压强、速度、电流、欧姆定律等概念的数学表达式分别为ρ=m/V;p=F/S;v=s/t;I=Q/t;I=U/R，它们都是利用了数学中“比”的形式。又如浮力、液体内部压强、功、电功、电功率、焦耳定律等概念的数学表达式分别为;p=ρgh;W=Fs:W=UIt;P=UI;，它们都是利用了数学中“积”的形式。
    然而，同样是“比”或“积”的数学形式，但物理意义全然不同。如密度(ρ=m/V)和压强(p=F/S)相比较来说，当分母V或S发生同样变化时，密度ρ并不随体积V的增大或减小而发生丝毫的变化；压强p却随接触面的增加或减小而减小或增大。因此，我们可以说压强与压力成正比，与接触面积成反比，但不能说密度跟质量成正比，跟体积成反比。可见，一定的数学形式只有赋予它物理含义，才有确定的物理意义。
    还有用数学图像来描述物理规律，它也是只有把它和相应概念的物理意义结合起来，才有具体的意义。在学习和研究物理过程中最忌单凭数学表达式的外部形式而忽略对有关物理过程的分析处理。