物理量的決定式反映的是“決定某物理量產(chǎn)生與變化的是哪些因素以及該物理量跟這些因素之間的定量關系”。從公式的形式上看,它是“知因求果”的物理公式。例如,在物體的運動狀態(tài)變化過程中,合外力F是使物體運動狀態(tài)發(fā)生變化,即產(chǎn)生加速度a的外因;質量m是反映物體保持原來運動狀態(tài)的一種特性——慣性,這種特性是有限的不是無限的,所以它的運動狀態(tài)是可變的,因此m是物體產(chǎn)生加速度的內(nèi)因。另外,F(xiàn)、m之間不存在因果關系,它們是兩個各自獨立的因素,或者說是兩個獨立的變量。加速度a是這連個獨立變量的函數(shù),所以加速度的決定式是a=F/m。此式反映了客觀物理過程的因果關系:“物體的加速度跟物體所受的外力的合力F成正比,跟物體的質量m成反比。”再如導體電阻的決定式是R=ρl/S。
決定式左側的物理量是某個物理過程的結果;右側是決定物理量的因素,是決定該物理量產(chǎn)生和變化的原因。由此可見,物理量的決定式說明該物理量“取決于什么”。
物理量的量度式表示“該物理量的值可以應用這個公式進行量度,但不是由這個公式?jīng)Q定的”。從公式的形式上看,它是“知果求因”的物理公式。
量度式與測量該物理量的一個實驗相聯(lián)系,它是測定性實驗的理論根據(jù);應用量度式可以從實驗上測定物質的特性、物體的特性、物體間的相互作用等。
例如導體電阻的量度式R=U/I是伏安法測定電阻的理論依據(jù),但它不是導體電阻的決定式,不能說“導體的電阻R跟外加電壓U成正比,跟導體內(nèi)通過的電流I成反比”。
牛頓第二定律的變形式F=m是力F的量度式,它是通過力的一種效果(產(chǎn)生加速度a)來量度力的大小的。力的大小不是由物體的質量m和加速度a決定的,F(xiàn)是跟m、a無關;不能說“物體所受的外力的合力F跟物體的質量m成正比,跟物體的加速度a成正比”。不同性質的力有不同的決定式,如地球表面附近的重力的決定式是G=mg;彈簧的彈力的決定式是F=k;滑動摩擦力的決定式是F=μFN等。
一般說來,量度式的左側不是結果,而是物理現(xiàn)象中的原因之一;量度式的右側既有結果又有原因。量度式的右側諸量不是獨立變量。例如,m=F/a。a跟F之間有因果關系,它是物體質量的量度式。物體質量的決定式是m=ρV。
由此可見,量度式說明該物理量在量值上“等于什么”。
而物理量的定義式是根據(jù)物理量的文字或語言表述寫成的數(shù)學表達式。
如,由加速度的文字表述“加速度是表示速度改變快慢的物理量,它等于速度的改變跟發(fā)生這一改變所用時間的比值”,可得加速度的定義式是a=νt-ν0/t。由動量的文字表述“運動物體的質量和速度的乘積叫做動量”,可得動量的定義式是p=mv。物理量的定義式說明該物理量“是什么”。
一般而言,物理量的定義式與決定式、量度式之間沒有固定的聯(lián)系。但有的定義式就是決定式。例如,動量的定義式p=mv是決定式,也是量度式。
例如,根據(jù)R=U/I式,我們量度一個導體的電阻,可以用電壓表和電流表分別測出導體兩端的電壓V和其中的電流I,從而量度出導體的電阻R.當然,我們也可以用惠斯通電橋,還可以用歐姆表來直接測出導體的電阻.量度儀器多種多樣,構造原理也各不相同,但是它們在量度某一物理量時,都是不違背其定義式的.物理量的定義揭示了這個物理量所反映客觀事物的根本特征,定義式創(chuàng)造了該物理量參與有關實際計算的條件.但物理量的定義或定義式并不能使我們認識到?jīng)Q定該物理量量值大小的條件是什么,而這又是很重要的.根據(jù)物理量的定義式,結合其他理論,利用數(shù)學可以推求出物理量大小的條件公式。
作者簡介:馮艷(1983-),女,漢族,山西長治人,中教一級,本科,研究方向:高中物理。