○ 通渭縣義崗川學(xué)校

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、相互作用以及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué)，是一門邏輯推理與實(shí)際生活相結(jié)合的學(xué)科。物理源于生活而又指導(dǎo)生活，它不是簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)邏輯，每一個(gè)概念都是對(duì)特定生活現(xiàn)象的物理總結(jié)，每一個(gè)公式都是物理規(guī)律的量化結(jié)果。在物理學(xué)中，包括了對(duì)眾多自然現(xiàn)象和規(guī)律的解釋，對(duì)于初中生而言，面臨眾多的概念和公式，很多學(xué)生就會(huì)望而生畏，對(duì)于公式的應(yīng)用就更加棘手。這種情況主要是由于學(xué)生把物理公式當(dāng)作數(shù)學(xué)公式去死記硬背而脫離了具體的物理概念和物理模型。因此，在物理學(xué)習(xí)中透徹地理解物理概念和公式，掌握正確的學(xué)習(xí)方法尤為重要。本文通過(guò)總結(jié)歸納初中物理中幾類重要的概念和公式，將量化的公式和抽象的概念與實(shí)際生活結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生能夠更好地理解其物理含義，從而進(jìn)一步提高學(xué)生的邏輯思維能力和對(duì)物理學(xué)科的整體認(rèn)知能力。

一、平衡力和相互作用力

平衡力和相互作用力是學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)混淆的兩個(gè)概念。提到平衡力，首先要知道什么是平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)是指物體處于靜止或在任一方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。物體在兩個(gè)力的作用下，保持平衡狀態(tài)，稱為二力平衡，這樣的一對(duì)力叫作平衡力。平衡力的條件是：a.大小相等；b.方向相反且共線；c.作用在同一個(gè)物體上。根據(jù)平衡力的定義和條件，判斷兩個(gè)力是否為平衡力有兩種方法：一是看是否滿足平衡力的三個(gè)條件；二是看物體在兩個(gè)力的作用下，是否處于平衡狀態(tài)。而相互作用力是指一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體施加了力，受力物體反過(guò)來(lái)肯定會(huì)給施力物體一個(gè)反作用力。這樣的一對(duì)力，必然是同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)消失。相互作用力的條件是：a.大小相等；b.方向相反且共線，c.作用在不同的物體上。

平衡力與相互作用力的主要區(qū)別是：平衡力作用在同一個(gè)物體上，可以是不同性質(zhì)的力。比如，放在桌面上的物體，處于平衡狀態(tài)時(shí)，重力和桌面的支持力是一對(duì)平衡力，重力是地球?qū)ξ矬w的吸引力，桌面的支持力是由于物體對(duì)桌面的擠壓，使得桌面發(fā)生形變而產(chǎn)生的彈力。而相互作用力作用在不同的物體中，必須是同性質(zhì)的力，比如物體對(duì)桌面的壓力和桌面對(duì)物體的支持力，其本質(zhì)都是彈力，并且兩個(gè)物體既是施力物體，也是受力物體。

二、能量和功

1.能量及能量守恒定律。能量是一個(gè)普適概念，從廣義上理解，能量就是一件事物使其他事物發(fā)生改變的性質(zhì)。在物理教學(xué)中，能量的定義是：物體能夠?qū)ν庾龉?，就表示該物體具有能量，描述的是物體做功的能力。比如，高空的物體下落，將地面砸了一個(gè)坑，物體對(duì)地面做了功，因此，說(shuō)明高空的物體具有能量。高速運(yùn)動(dòng)的物體與靜止的物體發(fā)生碰撞，使靜止的物體運(yùn)動(dòng)，也是對(duì)其做了功，所以運(yùn)動(dòng)的物體具有能量。能量的單位是焦耳，能量的種類很多，表現(xiàn)形式不一，有內(nèi)能、動(dòng)能、勢(shì)能等。能量守恒定律是自然界中最普遍的定律之一，表述為：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而能量的總量保持不變。

2.功。初中范圍內(nèi)所接觸到的功，一般指的是機(jī)械功。如果一個(gè)物體受到力的作用，并在力的方向上發(fā)生位移，則表示該力對(duì)物體做了功，功表示的是力對(duì)位移的空間累積作用，功的單位也是焦耳。從功的定義可以得出力做功的條件：a.力不為零，b.物體在力的方向上發(fā)生位移。功的計(jì)算公式W=FS，力F的單位為N，位移S的單位為m，功的單位為J，即1J＝1N·m。

3.能量與功的關(guān)系。在能量的學(xué)習(xí)過(guò)程中，提到的能量守恒定律是自然界中最重要的定律之一，它指出系統(tǒng)中能量總量雖然保持不變，但存在能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，而能量要發(fā)生轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，必須要經(jīng)歷一定的物理過(guò)程。同時(shí)能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化也需要一個(gè)量化的表達(dá)。系統(tǒng)能量發(fā)生轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的形式有兩種，分別為熱傳遞和做功，其中熱傳遞對(duì)應(yīng)的是能量的轉(zhuǎn)移，即熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，而做功對(duì)應(yīng)的是能量的轉(zhuǎn)化，即通過(guò)做功，能使物體的能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。因此，做功是能量轉(zhuǎn)化的量度，外力對(duì)系統(tǒng)做了多少功，系統(tǒng)就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化。比如，用手推動(dòng)桌面上的物體，推力對(duì)物體做了功，物體的動(dòng)能增大，通過(guò)推力的做功，將人的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成了木塊的動(dòng)能。下落的物體動(dòng)能增大，通過(guò)重力的做功，將物體的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。地面上運(yùn)動(dòng)的物體慢慢靜止的過(guò)程中，通過(guò)摩擦力做功，將物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了熱能。

【例題】水平桌面上有一斜面，質(zhì)量為1kg，木塊以2m/s的速度從底部沖上斜面，最后靜止在斜面上，這個(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法不正確的是（）

A.木塊在上升的過(guò)程中，重力做功，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了重力勢(shì)能

B.木塊在上升的過(guò)程中，摩擦力做功，使物體的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了熱能

C.木塊在上升的過(guò)程中，斜面對(duì)木塊有支持力，并對(duì)物體做了功

D.根據(jù)能量守恒定律，整個(gè)過(guò)程中，物體的動(dòng)能完全轉(zhuǎn)化成了熱能和勢(shì)能

解析：木塊在上升的過(guò)程中，由于受到摩擦力和重力的作用，重力和摩擦力對(duì)木塊做了功，使得物體的動(dòng)能減小，最后靜止時(shí)，動(dòng)能為零，全部轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能和摩擦產(chǎn)生的熱能，而支持力與木塊的運(yùn)動(dòng)方向垂直，在支持力的方向上，木塊沒有發(fā)生位移，因此支持力不做功。整個(gè)過(guò)程中，根據(jù)能量守恒定律，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能和重力勢(shì)能。

三、電學(xué)部分

在初中電學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)于電阻的計(jì)算式以及歐姆定律和焦耳定律的理解容易產(chǎn)生混淆。初中電學(xué)中，主要涉及的幾個(gè)物理量有電壓、電流、電阻、電功、焦耳熱等，這里主要對(duì)電阻、歐姆定律以及焦耳定律進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1.電阻。電阻是表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用大小的物理量，電阻越大，對(duì)電流的阻礙作用越大，反映了導(dǎo)體的導(dǎo)電性越差。電阻越小，對(duì)電流的阻礙作用越小，同時(shí)也反映了導(dǎo)體的導(dǎo)電性越好。電阻是導(dǎo)體自身的基本屬性，跟導(dǎo)體兩端是否有電壓以及電流無(wú)關(guān)，它只跟導(dǎo)體的長(zhǎng)度，橫截面積以及材料的性質(zhì)有關(guān)。從電阻的決定式，可以看出，電阻跟導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比，跟橫截面成反比。ρ是導(dǎo)體的電阻率，是由導(dǎo)體材料的性質(zhì)決定的。

2.歐姆定律。歐姆定律是一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律，德國(guó)物理學(xué)家歐姆于1826年提出了通電導(dǎo)體中電壓電流和電阻的數(shù)學(xué)關(guān)系，表述為在同一電路中，通過(guò)某段導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比，歐姆定律只適用于純電阻電路，純電阻是指通電情況下，電能全部轉(zhuǎn)化成熱能的導(dǎo)體。隨著電學(xué)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到歐姆定律的重要性，為了紀(jì)念歐姆對(duì)電磁學(xué)的貢獻(xiàn)，物理學(xué)界將電阻的單位命名為歐姆，以符號(hào)Ω表示。歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為，這是歐姆定律的標(biāo)準(zhǔn)形式，而U=IR，兩個(gè)表達(dá)式是歐姆定律的變形公式，只是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)變換，其本質(zhì)和歐姆定律完全不同。對(duì)于第二個(gè)計(jì)算式，類比于電阻的決定式，前者揭示了導(dǎo)體兩端電流、電壓和電阻之間的數(shù)值關(guān)系，而后者反映的是導(dǎo)體電阻大小的影響因素。我們可以說(shuō)，導(dǎo)體的電阻與其長(zhǎng)度成正比，與其橫截面積成反比，但不能說(shuō)與兩端的電壓成正比，與電流成反比。電阻的大小只與導(dǎo)體本身的性質(zhì)有關(guān)，與兩端是否有電壓、電流沒有關(guān)系。歐姆定律的變形式只是揭示了在通電電路中，三個(gè)物理量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系［1］。

3.電功與焦耳熱。電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，叫作電流的熱效應(yīng)，生活中常見的電熱器都是利用電流的熱效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生熱量。英國(guó)物理學(xué)家焦耳，在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上于1841年提出，電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體兩端電流的平方成正比，與導(dǎo)體的電阻成正比，與通電時(shí)間成正比。焦耳定律是一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律，對(duì)任何導(dǎo)體和電路都適用，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為Q=I2Rt。對(duì)于純電阻電路，結(jié)合歐姆定律，得到，同樣可以計(jì)算焦耳熱。電能可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，而實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化正是通過(guò)電流做功，電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。電流做功的大小與電壓、電流成正比，與通電時(shí)間成正比，電功的計(jì)算式W=UIt。當(dāng)電流單位是A，電壓?jiǎn)挝皇荲，時(shí)間單位是s，對(duì)應(yīng)電功的單位是J。在通電電路中，電功一定大于等于焦耳熱，因?yàn)殡娏髯隽硕嗌俟?，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，而焦耳熱只是多種其他形式能量中的一種，只有當(dāng)電能全部轉(zhuǎn)化為熱能時(shí)，焦耳熱與電功相等。比如，風(fēng)扇的工作，電能轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能和內(nèi)部的熱能，而電熱器的工作，則是將電能完全轉(zhuǎn)化成了熱能。因此，對(duì)于純電阻電路，電流所做的功等于焦耳熱，所以電功的計(jì)算除了定義式，還有與 W=Q=I2Rt［2］。

總之，物理是理論與實(shí)際緊密聯(lián)系的學(xué)科，物理的每一個(gè)概念和公式都來(lái)自生活，是對(duì)生活中物理現(xiàn)象和規(guī)律的總結(jié)和量化表達(dá)。對(duì)于初中生而言，他們對(duì)抽象概念和公式的理解是片面的、不透徹的，面對(duì)抽象的概念公式，學(xué)生很容易產(chǎn)生混淆，以致錯(cuò)誤地使用公式和概念［3］。因此，在公式概念的教學(xué)中要充分講解公式和概念的原始定義，結(jié)合生活中具體的實(shí)例，將抽象的物理概念和實(shí)際生活結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生感受到書本上的知識(shí)就在身邊，這樣學(xué)生對(duì)概念公式的理解自然就簡(jiǎn)單了。