厚德 勵學 敦行

注（zhù）意物理定律、公式（shì）的適用條（tiáo）件和應用範（fàn）圍

物（wù）理定律和公式一般都是在一定的（de）理想化模型下建立（lì）或推導出來的，都隻在一定條件下和一定（dìng）範圍內才適用，因此應用物理定律（lǜ）和公（gōng）式（shì）來分析、解決實際問（wèn）題時，必須注意其適用（yòng）條件和應用範圍。然而，這點（diǎn）卻往往被學生所忽視，他們（men）在各種練習中常常不加分析地從題給數據出發，亂套（tào）亂（luàn）用物理公式來求答案，有的還對物理定律和公式盲目地作不合理（lǐ）的外推，得出錯誤的結論。為了克（kè）服學生亂套亂用（yòng）物（wù）理公式的毛病，使他們能正確、靈活運用（yòng）物理定律、公式來分析、解決實際問題，91视频网站在物理教學中注意了如下幾個方麵。

一、闡明物理公式的類型、適用條（tiáo）件和應用範圍

　　中學物理中常見的物理公式有如下三種類型，它們各有其適用條件和應用範圍。

　　（一）實驗公式。物理學是一門以實驗為基礎的學科，對一些實驗得到的（de）規律性結論常用公式的形式表達（dá）出來，這（zhè）類（lèi）物理公式叫做實驗公式。例如，玻（bō）意耳一馬略特定律 、查理定律 、蓋.呂薩克定律 和庫（kù）侖定律 ，應該指出實驗是通（tōng）過實驗和分析總結（jié）出來的（de）。教師在進行教學時要（yào）抓住這一（yī）特點，突出公式（shì）的適用條件。例（lì）如，講解玻意（yì）耳一馬略特定律時（shí），在演示實驗的過程中，就要突出實驗裝置本身和實驗過程所反映的這一定律的適用條件，把物理定律和它的適用條件融合為有機的整體，從而使學（xué）生弄清這一定（dìng）律必須是一定質量的氣體（理（lǐ）想氣體（tǐ））在等溫條件下的變化才適用，即實驗公式隻適用（yòng）於得到結論的範圍（wéi）。

　　一些通過實驗總結出來的物理定（dìng）律，其（qí）適用範圍絕不能盲目外推到極端。例如真空中庫（kù）侖定律（lǜ）的公式 等，隻適用於真空中兩個相對靜（jìng）止的點電荷，但這些學生往往從“純數學（xué）化”觀念來看待物理公式，對點電荷的物理涵義缺乏正確（què）的理解，以致得出當 時， 的謬誤（wù）。之所以產生這種謬誤。1．由於把r不合理地外推到趨近於零；2。沒有真（zhēn）正理解點電荷的涵義。因為當 時，兩（liǎng）電荷Q₁和Q₂已經足夠大，不能再把它們看成點電荷（hé）了，而應看成是（shì）帶電體。這時Q₁、Q₂的相互作用很複雜，庫侖定律描述不了它們（men）之間的相互作用，因而庫侖（lún）定律就不（bú）適（shì）用了。又如，對查理定律 和蓋·呂薩克定律 有些（xiē）學生也由（yóu）於不合理外推到溫度達到絕對（duì）零度，得出氣體的壓強與體積都等於零的謬誤。產生錯誤的（de）原因，在於沒有真（zhēn）正理解氣體的溫（wēn）度根本不可能達到絕對零度。按照分子運動論，氣體分子無規則（zé）的熱運動永遠（yuǎn）不會停（tíng）止。那麽氣體分子對器（qì）壁總有碰撞，因而總有壓強；另外，氣體分子有一定體積，無論氣體被冷卻到什麽程（chéng）度，氣（qì）體分子本身的體積（jī）也不可能等於零。因此，在教學中應該使學生弄清氣體三定律和理想氣體的狀態方程，是對一（yī）定質量的理想氣體在（zài）常溫常壓或高溫低（dī）壓下而言（yán）的，不要盲目外推到低溫或高壓以致產生差錯。

　　（二）定義公式。

　　引用新物理量自然要給它下定義，由此把該物理量所反映的客（kè）觀事物的本質屬（shǔ）性或物質的（de）運動規律揭示出來。定義（yì）一個物理量要符合下述兩個要求：1．定義的結（jié）果能從量的方麵反映出事物的物理性質或（huò）特征，即定（dìng）義的結（jié）果應該跟引用（yòng）該量的目（mù）的一致起來；2．定（dìng）義本身符合事物的客觀實際，即定義所得到的量值受客觀事物的本質屬性或物（wù）質（zhì）的運（yùn）動規律所製約。在大多數情況（kuàng）下，物理量的定義還用數學形式表達出來，這就是物理（lǐ）量的定義公（gōng）式。例如電場強（qiáng）度是描述電場的力的性質的物理量；電勢是表征電場的能的性質的物理量。用（yòng）數學（xué）工具對（duì）這些概（gài）念進（jìn）行準確地描述，於（yú）是得到 、 這些公式都是定義公式，也是量度公式（shì）。一般情況下定義公（gōng）式的（de）適用範（fàn）圍就是在（zài）研究物（wù）質的本質屬性或物質（zhì）的（de）運（yùn）動（dòng）規律時所設的條件（jiàn）範圍，但絕（jué）大多數定義公（gōng）式都是普遍（biàn）適用的。

　　（三）誘導公式。有的物理公式是由一些已知的物（wù）理公式經過一定形式的數學變換或推導而得到的，這類公式叫做誘導（dǎo）公式或（huò）導出公式。例如，點電荷的電場強度的公式： 應該指（zhǐ）出：誘導公式（shì）的適用範圍，一般受（shòu）用來推導的各物理公（gōng）式的適用範圍的共同（tóng）限製。上述推導過程中使用了電（diàn）場強度的定義公式（shì）和庫侖定律，由於庫侖定律（lǜ）隻能用來計算（suàn）相（xiàng）對靜（jìng）止的點電荷（hé）。間的（de）相互作用力，因此 誘導公式也隻適用於計算真空中靜止的點電荷的電場強度。又如，勻強電場（chǎng）中的電場強度的公式： 根據上述同樣的道理， 這（zhè）一誘導公式“隻適（shì）用於計算勻強電場中的電場強度，而且d必須是A、B兩點沿電力線方向的距離。

　　綜上所述 、 、 ，這（zhè）三個公式的適用範圍分（fèn）別是，1． 是定義公式，它對任何靜電場都是普（pǔ）遍適用的；2． 能用來計算真空中（zhōng）點電荷的電（diàn）場強度；3． 隻能用來計算勻強電場中的電場強度。這裏要強調條件是物理公式成（chéng）立的（de）重要依據，脫離物理公式存在的條件，去討論公式中的各量之間的（de）關係，那是沒有意義的。

　　應該指出，上述三類公式的區分並不是絕對的。有些定律表麵（miàn）看來可以（yǐ）由其他定律推導出來（lái），但實（shí）際上也（yě）是實驗定律（lǜ）。例（lì）如，動量守恒（héng）定律在力學中雖然可以由牛頓第（dì）二、第三定律推導出來；而且可（kě）以根據牛頓第二定律和動量守恒定律推導出牛頓第三定律。但事實上，動（dòng）量守恒定律跟牛頓運動定律一樣也是以實驗為基礎，通過對實驗（yàn）的分析、歸納推理而總結出來的。也就（jiù）是說，牛頓運動定律和動量守恒定律都是實驗定律，它（tā）們（men）是互相獨立的（de）物理定律，而且動量守恒定律的（de）適用範（fàn）圍遠遠超出了牛頓力學的適用（yòng）範圍。牛頓運動定律隻適用於經典力學的範圍，對（duì）微觀粒（lì）子的運動和高速運動的物體不適用。而動量守恒定律仍可（kě）應用。因此在教學中既要（yào）掌握物理規律的一般性，也要注意它（tā）們的特殊性。

二、用發展的觀點闡明物理定律和公（gōng）式的適（shì）用範圍

　　客觀世（shì）界是絕對真理，而人類的認識隻能是相對真理。因此，教學中必（bì）須注意以發展的（de）觀點來闡明物理定（dìng）律和公式，引導學生在知識的不斷深化過（guò）程中，更好地理解物理（lǐ）定（dìng）律（lǜ）和公式的適用（yòng）範（fàn）圍。例如，教學質量（liàng）守恒（héng）定律（lǜ）時，必須區分低速下還是高速下的質量守恒。1．在低速下，是靜止質量守恒，不考慮質能關（guān）係。即在低速下，兩樣東西並在一起，合成（chéng）的質量（liàng）就（jiù）等於原來質量之和，不管發（fā）生什麽變化（huà），最後的質量也是不變的（de）。2．在高速下（xià），則要根據相對（duì）論考慮動質量以及質能關係。像（xiàng）在高能核反（fǎn）應中，將發生質量虧損，這時，就必須根據愛因斯坦的質能方程，由 去核實質量守恒（héng），結果質量仍然遵從守恒定（dìng）律。又如，教學能的轉化和守恒定律時，91视频网站結合教學內容（róng），讓學生認識到能量是物體（或物體係（xì））運動狀態的量度，物質運動的（de）形式是多種多樣的，因此（cǐ）能量的形式也是多種多樣的。每（měi）種形式的能都是跟物質（zhì）的某（mǒu）種形式的（de）運動相對應的，能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它隻（zhī）能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一（yī）個（gè）物體（tǐ）轉移（yí）到別的物體，在（zài）轉化或轉移過程（chéng）中總能量保持不變。能的轉化和守恒（héng）定（dìng）律反映了物質的運（yùn）動不斷（duàn）地（dì）由一種形式轉化（huà）為其他形式這一客觀規（guī）律。從這個意（yì）義上說，能的轉化和守恒定律（lǜ）是絕對真理（lǐ）。然而在認識發展的長河中，它也是相對真理。由於物質的無限多（duō）樣性，物質層次的無限可分性，物質運動形式的無限多樣性，因此，與之相對（duì）應的各種能（néng）量的形式及其轉化還有待於被發現。從（cóng）能量守恒定（dìng）律發現至今，已經又發現了許多當時所不知道的物質存在形式和（hé）能量形式，大大豐富和發展了能的（de）轉化（huà）和守（shǒu）恒定律的內容，今（jīn）後（hòu）還必（bì）將發現新（xīn）的物質形式和對應的新（xīn）的能量形式。從這個意義上說，能的轉化和守恒定律是還有待於進一步充實和完善的相對真理。

三、靈活運用物理定律和公（gōng）式的適用條件

　　強調物理定（dìng）律、公式的適用條件的同時（shí），要引導學生不要孤立地、片麵（miàn）地看問題，而（ér）應該與“科學抽（chōu）象”的思維方法聯係起來，或者采（cǎi）用“轉化”的方法（fǎ），抓住（zhù）事物的相互聯係來靈（líng）活地分析、解決有關的問題。

　　（一）對適用條件（jiàn）隱蔽的物理定律和公（gōng）式，要闡明其來龍去脈，並設計有針（zhēn）對性的課堂練習，引導學生真正領會其適用條件，並（bìng）據以分（fèn）析、解（jiě）決有關的問題。

　　例如，對阿基米德定律 ，要使學生從理論上懂得物體（tǐ）在液體中受到的浮力是怎（zěn）樣產生的—一（yī）物體（tǐ）在（zài）液體中受到的（de）向上的壓力比向下的壓力大，而這個壓力的差就是（shì）液（yè）體對物體的浮力，這樣他們（men）才能真（zhēn）正領會（huì）這個定律（lǜ）的適用條件，從而避免不考慮浮力產生的殺件（jiàn）而盲目地套用公式 ；例如下麵這（zhè）道課堂練習題：“河旁有一木樁，露出地向的體積為 。當漲潮時，河水把木樁全（quán）都淹沒，求此時水對木樁（zhuāng）的浮力是多（duō）人？由於在題給的情況下，木樁並沒有受（shòu）到水對它向上的壓力，所以水對木（mù）樁的浮力為零。這時 這個公式就不能應用。

　　（二）某些物理公式，雖然（rán）適（shì）用條件彼此不同，但（dàn）在一定（dìng）條件下可以統一起來，化繁為簡。例如焦耳定律在（zài）純電阻電路中， 、 、 三個關（guān）係可以通（tōng）用可是在一般情（qíng）況下這三個（gè）關係式（shì）是（shì）不能通用的（de）。因為公式 是電路中所消（xiāo）耗的總電能，其中有一部分轉（zhuǎn）變（biàn）為內能，也可能有一部分轉變為其他形式（shì）的（de）能（如電（diàn）路（lù）中有直流電動機、電解槽、變壓器（qì），則部分電能就轉變為機械能、化學能、磁場能），因此，要計算（suàn）電流通（tōng）過電路時有多少電能轉變為熱時，就必須用Q＝UIt這一公式計算。它對一切電路部是適用的。

　　（三）運用“轉化”的方（fāng）法，抓住（zhù）事物（wù）的相（xiàng）互聯（lián）係；靈活運用物理定律的（de）適用條件。例如講解運動的合成和分解的適用場（chǎng）合時，為了（le）克服學生解題時不（bú）認真分析“適用條件”和孤立（lì）、片麵地對待“適用條件”的毛病，應該通（tōng）過課堂練習（xí），讓學生弄清運（yùn）動的合成（chéng）和分解跟相對運（yùn）動是密切不可分的。有些運動的合成和分（fèn）解的問題。實際上就是所（suǒ）選取參照物不同的問題。因此。研究運動（dòng）的（de）合成和分（fèn）解的問題時，必須（xū）正確選取參照物，離開參照（zhào）物的選定去討論合運動和分運動（dòng）是沒有意義的。所以處理問題的關鍵在“抓參（cān）照物的正確選取，把研究相對運動跟研究運動的合成和分解結合起來，使學生並明白。在選定參照（zhào）物後，隻有同一物體同時參與兩種或的種以上運動時，才能求其合運動（這也叫做合成、分解問題的同體性）；不同物體的兩個運動雖然是同時進（jìn）行的，也是不能合成的。但應該注意，有的問（wèn）題表麵看（kàn）來是（shì）兩個物體的同時（shí）運動，卻可（kě）轉化為同一物體同時參與兩種運動，這樣就符合了運動的合成的適用場（chǎng）合，就可以求其合成運動（dòng）。例如，“船在靜水中的速度（dù）V_船是2米／砂，水流速度V_水是1米／秒；問河岸上靜上的人看船順流（liú）時的速度是多大？即求船對岸的速度是多少（shǎo）？這個問（wèn）題雖（suī）然表麵看來，船進V_{船（chuán）}和水（shuǐ）速（sù）V_水是不同物體的兩個運動，卻可轉化（huà）為同一物體（船）同時參與（yǔ）兩種運動──以河岸為參照物，船在（zài）流水中同時參與兩種運動：1．船速即船的航行速度，也就是（shì）船在靜水中的（de）速度V_船＝2米／秒。2．由於（yú）水流前（qián）進時，船亦隨之前進、因此船隨水流前進的速度（對河岸而言），它的量值和方（fāng）向都跟水流速度（dù）相同，即2米／秒；所以可求其合速度V_船岸＝2米／秒十（shí）1米／秒二（èr）3米／秒；。這樣既引導學生養成分析問題的習慣，又對“運動（dòng）的合成和分解的適用場合獲得了（le）透徹的（de）理解。

　　（四）運用等效方法確立“研究對象”，或者將某些物理公（gōng）式經過（guò）數學演變後得出新的物理（lǐ）公式，使所研究的（de）問題符（fú）合某些物理定律的適用條（tiáo）件，從而靈活地運用這些（xiē）定律來解答問（wèn）題。例如理想氣體的狀態方（fāng）程 隻適用於一定質量（liàng）的理想氣體的（de）情況，即（jí）隻有在狀態變化過程中氣體質量保持不變的情（qíng）況下，這個公式才適用（yòng）。若兩個狀態氣體的質（zhì）量不同，就不能簡單地套用這個公式，必須把“研究對象”轉化為一定質量氣體後再（zài）用這個（gè）公式去解。通常是把“變質量”的氣態（tài）問題（tí）轉化為（wéi）“定（dìng）質量變體（tǐ）積”的（de）氣態問題，或選擇相（xiàng）關連的（de）局部的氣體作（zuò）為“研究（jiū）對象”來處理。應該（gāi）指出（chū）：氣態的實際問題有很多（duō）屬於變質量問題，如排氣、漏氣、抽（chōu）氣、進氣、打氣等等。關（guān）於排（漏）氣問題，可以設想把（bǎ）排（漏）出的氣體（tǐ）仍包（bāo）含在內的全部氣體作為“研究對象”，即“研究對象”的體積仍包括排（漏（lòu））出的氣體的體積。同樣，關於進（打）氣問題也可采用類似方法。例（lì）如：“有一筒準（zhǔn）備（bèi）作氣焊用的氧氣，筒內的（de）溫度是27℃，這（zhè）時簡內氧氣的壓強是40＊10⁵帕，那麽（me），從筒（tǒng）內（nèi）放出（chū）一半質量的氧（yǎng）氣以後，並使筒內剩餘氧氣的溫（wēn）度降低到12℃時，求這些剩餘氣（qì）體的壓強是多大？”在運用等效方法確立“研究對象”時，應設想（xiǎng）放出到筒外的一半質量的（de）氧（yǎng）氣和筒內的氧氣經曆同樣的變化，從而在確立“研究對象”時，把簡（jiǎn）內的氧氣和放出到筒外的氧氣合在一起（即把二者設想為經曆相同的變化過程）作為“研（yán）究對象”，這樣“研究對象”如就成（chéng）為（wéi）一定（dìng）質（zhì）量的（de）氧氣──如 ，得 。

　　另外理想氣體的狀態方程經（jīng）過數學演變 即氣態密度（dù）方程 後，就可適（shì）用於同一種氣體（理想（xiǎng）氣體）質量發生變化時的情況（不管質量有無改變均適用）。這就是說（shuō），經過數學演變後，不但公（gōng）式表達形式不同了，而且它所（suǒ）反映的物理意（yì）義（yì）也（yě）就不同了，因（yīn）而公式的適用（yòng）條件（jiàn）也隨（suí）著改變了。

　　（五）認真分析條件的轉（zhuǎn）化，正確運用相應的物（wù）理定（dìng）律來解答“變條（tiáo）件”的綜合題（tí）。在解答“變（biàn）條件”的綜合題時，要認真分析題目所反映（yìng）的整個物理過程（chéng）的不同階段（分（fèn）過程）及其條件的轉化，條件變化（huà）後（hòu），所適用的物理定律和公式也（yě）要隨之改變。例如“用衝擊（jī）擺測（cè）彈丸的速度（dù）”這一實驗（高中物理課本上冊P．336－P．339），要引（yǐn）導學（xué）生弄清這（zhè）道“變條件（jiàn）”綜合題所反映的整個物理過程，應分為兩個不同的運動階段來處（chù）理，並分別根據完全非彈性碰撞動量守恒（第一個運動階段）和沙箱（擺錘）。擺動過程機械能守恒（第二個運動階段）而得到了 這一關係式（式（shì）中L為擺長），從而問題就迎刃（rèn）而解了。通過這一“變條件”綜合題的分析，學（xué）生不但弄清了在解決碰撞問題時如何分別正確運用動量守（shǒu）恒定律和機械能守恒定律來（lái）分析和解決問題，而且更好地（dì）掌握了這兩（liǎng）個守恒定律各（gè）自的適用條件及其應用。