区分物理量的决定式、量度式、定义式
2019-07-16冯艳
物理量的决定式反映的是“决定某物理量产生与变化的是哪些因素以及该物理量跟这些因素之间的定量关系”。从公式的形式上看,它是“知因求果”的物理公式。例如,在物体的运动状态变化过程中,合外力F是使物体运动状态发生变化,即产生加速度a的外因;质量m是反映物体保持原来运动状态的一种特性——惯性,这种特性是有限的不是无限的,所以它的运动状态是可变的,因此m是物体产生加速度的内因。另外,F、m之间不存在因果关系,它们是两个各自独立的因素,或者说是两个独立的变量。加速度a是这连个独立变量的函数,所以加速度的决定式是a=F/m。此式反映了客观物理过程的因果关系:“物体的加速度跟物体所受的外力的合力F成正比,跟物体的质量m成反比。”再如导体电阻的决定式是R=ρl/S。
决定式左侧的物理量是某个物理过程的结果;右侧是决定物理量的因素,是决定该物理量产生和变化的原因。由此可见,物理量的决定式说明该物理量“取决于什么”。
物理量的量度式表示“该物理量的值可以应用这个公式进行量度,但不是由这个公式决定的”。从公式的形式上看,它是“知果求因”的物理公式。
量度式与测量该物理量的一个实验相联系,它是测定性实验的理论根据;应用量度式可以从实验上测定物质的特性、物體的特性、物体间的相互作用等。
例如导体电阻的量度式R=U/I是伏安法测定电阻的理论依据,但它不是导体电阻的决定式,不能说“导体的电阻R跟外加电压U成正比,跟导体内通过的电流I成反比”。
牛顿第二定律的变形式F=m是力F的量度式,它是通过力的一种效果(产生加速度a)来量度力的大小的。力的大小不是由物体的质量m和加速度a决定的,F是跟m、a无关;不能说“物体所受的外力的合力F跟物体的质量m成正比,跟物体的加速度a成正比”。不同性质的力有不同的决定式,如地球表面附近的重力的决定式是G=mg;弹簧的弹力的决定式是F=k;滑动摩擦力的决定式是F=μFN等。
一般说来,量度式的左侧不是结果,而是物理现象中的原因之一;量度式的右侧既有结果又有原因。量度式的右侧诸量不是独立变量。例如,m=F/a。a跟F之间有因果关系,它是物体质量的量度式。物体质量的决定式是m=ρV。
由此可见,量度式说明该物理量在量值上“等于什么”。
而物理量的定义式是根据物理量的文字或语言表述写成的数学表达式。
如,由加速度的文字表述“加速度是表示速度改变快慢的物理量,它等于速度的改变跟发生这一改变所用时间的比值”,可得加速度的定义式是a=νt-ν0/t。由动量的文字表述“运动物体的质量和速度的乘积叫做动量”,可得动量的定义式是p=mv。物理量的定义式说明该物理量“是什么”。
一般而言,物理量的定义式与决定式、量度式之间没有固定的联系。但有的定义式就是决定式。例如,动量的定义式p=mv是决定式,也是量度式。
例如,根据R=U/I式,我们量度一个导体的电阻,可以用电压表和电流表分别测出导体两端的电压V和其中的电流I,从而量度出导体的电阻R.当然,我们也可以用惠斯通电桥,还可以用欧姆表来直接测出导体的电阻.量度仪器多种多样,构造原理也各不相同,但是它们在量度某一物理量时,都是不违背其定义式的.物理量的定义揭示了这个物理量所反映客观事物的根本特征,定义式创造了该物理量参与有关实际计算的条件.但物理量的定义或定义式并不能使我们认识到决定该物理量量值大小的条件是什么,而这又是很重要的.根据物理量的定义式,结合其他理论,利用数学可以推求出物理量大小的条件公式。
作者简介:冯艳(1983-),女,汉族,山西长治人,中教一级,本科,研究方向:高中物理。