于振涛:浅谈高中物理公式中系数不同的原因论文

于振涛:浅谈高中物理公式中系数不同的原因论文

摘 要:科学快速的发展到今天,形成了很多学科分支,如原子物理学、固体物理学、原子核物理学、天体物理学、粒子物理学等等,其中包括大到宇宙天体、小到基本微粒的非常广阔的领域。但是物理学的这些分支,仔细研究由物理学不同领域的实验所确定的这些理论常数值,能系统考查物理学中一些基本理论的统一性和正确性。由于近些年应用了高稳定激光、约瑟夫森效应、X射线干涉术、量子霍尔效应等许多新方法,这些新的技术使基本物理常数测量的精确程度有所提高,许多物理常数的测量精确度已经达10-6的数量级,甚至更高的可达10-8-10-10的数量级。常数的精确值每增加一位,有可能就会发现物理学中前所未知的矛盾,也可能会发现解决目前所存在的某个矛盾的线索。

关键词:物理公式;线索;领域

我们目前高中物理学习过程中,很多时候通过控制变量法探究物理量间的关系,不论是力学的牛顿第二运动定律、万有引力定律还是电磁学板块方面的库仑定律、法拉第电磁感应定律,探究的思路差不多,得出的结论也类似,但是物理公式里面有几处比例系数不一样,为什么牛顿定律和电磁感应定律中的k可以取1,而万有引力定律中的G=6.67259×10-11N·m2/kg2,库仑定律中的k=9.0×109Nm2/C2,同样的思路得到的物理量间的系数取值不同,学生很困惑。仔细思考其原因,几处物理比例系数性质不同,因而,其处理的方法均不一样。从高中生的角度对高中物理学习中和处理方式简单总结。

在物理规律中,有很多是描述两个参量间的关系,其中一个参量与另外一个参量成比例,要写为方程就得乘比例系数。在不同情况下,比例系数的确立和决定因素一般不相同。从数学角度比例系数的基本意义就是所谓的在数学表达式之中,通过数学表达式的基本正比形式:y=kx,而k取不等于零的常数。再如形式为的函数关系,而k虽然是常数,但这样的函数关系为k不等于零的反比例函数,而常数k也是比例系数。只有确定了这些常数,就可以确定正比例函数表达式以及反比例函数表达式了。

而在物理学中比例系数可分为两大类:一类是人为规定,选取适当单位使其为没有单位的等于1的常数;另外一类是由于各参量的单位已经确定,不再调整单位。利用实验手段测量出来的且有单位的比例系数。

一、 关于第一种比例系数及处理方式

我们的物理学中很多定律、定理都是定量的描述物理量间的关系,其实物理量间的关系就是由比例系数决定,物理学中很多这样的关系式。这种比例系数就是成立等式,只是一种倍数的关系,没有深刻的物理意义。就像牛顿第二定律里面反映出了如此一个规定,如果质量m不变的情况下,加速度a与合外力F成正比关系;如果合外力F不变的情况下,那么加速度a与质量m成反比关系;如果外力F、质量m同时变化的情况下,这时加速度a,把它写为等式就是在这个表达之中,k是比例常数,其不具备非常深刻的物理意义,其存在不过是为了确保等式的成立的某倍数关系。

3.3.3 硫酸核糖霉素分子式中硫酸数目的计算19批次样品的硫酸盐含量(HPLC-ELSD法)均值为24.6%,硫酸盐 (SO4)的分子量96.06,核糖霉素(C17H34N4O10)的分子量 454.47,通过公式(a)计算,分子式 C17H34N4O10·n H2SO4(n<2)中 n 为 1.5436。因此,分子式中硫酸的数目约为1.5。

如此的比例常数可以通过式子内的物理量的单位这一方式进行处理,让其等于1,进一步将其化简成物理公式。由于牛顿时代力没有单位,就可以把k取1,这样就规定了力的单位,就是米、牛顿、千克,这部分均是物理量的国际单位。

②锚杆配件:采用高强度锚杆螺母为M24×3,配合高强度调心球垫和尼龙垫圈,采用拱型高强度托盘,承载能力不低于30 t。

二、 为什么同样系数的不能取值1呢?

(1)普遍性:万有引力存在于宇宙中任何两个有质量的物体之间(天体间、地面物体间、微观粒子间)。

那么这时候问题出现了,为什么上面的情况静电力常量k就不是1了,而是一个这么复杂的数据?这种比例系数是因为各个物理量都已经有了固定的单位,所以这种系数只能有特定的数值和单位的。如果库仑先来研究这个点电荷的问题,也可以先将k取值为1,那么力的单位就会发生变化,牛顿如果后来研究牛顿第二定律的话,在已经有了力的单位的情况下,在这个表达之中,k值就无法取1了。

然后抛出问题:

(1)保持小球的带电荷量不变,将悬点由P1依次移至P3,小球所受作用力大小如何变化?说明什么?

4. 万有引力公式的适用条件

在“面”层面综合交通系统框架完善的基础上,重点关注铁路“线”性空间释放后沿线带形走廊的交通局部织补,缝合原有割裂的城市功能与交通联系。一方面,结合用地功能布局,优化加密次支路网,加强与跨区干路网的衔接,提升沿铁路线地块轴向与纵向的道路交通可达性;其次,充分利用铁路线性走廊,将慢行空间由轴向铁路沿线向两侧延伸,串联街头公园、滨水绿廊等,丰富地区慢行网络空间;再次,结合公交走廊与枢纽的布局,进一步完善换乘公交场站、P+R停车等设施,加强公交系统与其他城市交通方式的衔接与转换,通过枢纽“锚固”周边地区的交通联系。

再比如我们在讲解万有引力时:

(1)小球受力大小逐渐减小,说明带电体间的作用力随距离的增大而减小。

(2)倾角与电荷量有关,电荷量越大倾角越大,电荷量越小,倾角越小。

3. 万有引力的特性

(1)内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。

(3)对于带烟囱的高塔型吸收塔,风荷载作用下顶部烟囱会产生较大位移,设计时注意把位移值设计在要求范围之内。

(2)公式:其中k=9.0×109N·m2/C2。

尽管如此,中国石油企业从未放弃伊朗这一重要油气资源地,并利用伊核协议签署后的缓和时期,抓住伊朗政府为重新吸引国际投资者而推出更有吸引力的石油合同这一有利时机,通过双边谈判再次进入伊朗。虽然新石油合同条款较为优惠,但重启制裁后带来的投资及回收问题难以解决,合同履约将面临诸多困难,这些问题甚至可能导致中国石油企业再次违约或退出项目。

1. 先构建情境,一个带正电的绝缘体,一个带正电的小球通过绝缘的细线,先后挂在铁架台上的P1、P2、P3三个位置,让学生观察细线与竖直方向的夹角的变化情况。

引导学生讨论、展示:

1. 万有引力定律的内容:

2. 表达式:

同时还建议把毕业实习安排在暑假至第七学期初。这一点与笔者当初的想法完全一致,因为暑假时间较长,期间没有各种考试和招聘,学生能够专心进行较长时间的实习。笔者负责华南理工大学食品质量与安全专业毕业实习已有十年时间,最近三年的毕业实习均是安排在暑假进行。但是,按照教学计划的要求,毕业实习是不能安排在暑假进行的,从今年起毕业实习回归到正常的第八学期初。原因很简单,教学必须按教学计划来进行。

5.企业与外部利益相关者的和谐是构建和谐企业的重点。企业与外部利益相关者的和谐的基础是建立企业与外部利益相关者的信任机制。

2. 库仑定律

比如我们探究两个点电荷间的作用力时:

(2)相互性:两个物体间相互作用的引力是一对作用力和反作用力,符合牛顿第三定律。

(3)宏观性:天体间万有引力很大,它是支配天体运动的原因。地面物体间、微观粒子间的万有引力很小,不足以影响物体的运动,故常忽略不计。

(2)若保持小球位置不变,仅改变小球的电荷量,倾角如何变化?这样的现象表明两带电体间的库仑力大小如何?

(1)两个质点间。

(2)两个质量分布均匀的球体间,其中r为两个球心间的距离。

(3)一个质量分布均匀的球体与球外一个质点间,r为球心到质点的距离。

5. 引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2

(1)物理意义:引力常量在数值上等于两个质量都是1kg的质点相距1m时的相互吸引力。

(2)引力常量测定的意义

卡文迪许利用扭秤装置通过改变小球的质量和距离,得到了G的数值及验证了万有引力定律的正确性。引力常量的确定使万有引力定律能够进行定量的计算,显示出真正的实用价值。

同样的问题,为什么上面的情况万有引力常量G就不是1了,而是6.67×10-11N·m2/kg2?同样道理这些物理量都已经有了固定的单位,所以这种系数只能有特定的数值和单位的。如果牛顿先来研究万有引力的问题,也可以先将G取值为1,那么力的单位就会发生变化,1N=kg2/m2,那么当后来研究牛顿第二定律的时候,在已经有了力的单位的情况下,在这个表达之中,k值就无法取1了。

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以上所探讨的这种现象,只是高中物理公式中的一部分,只是学生提出疑问比较多的地方。只要把这种现象产生的原因分析给学生听,学生自然会理解。

参考文献:

[1]聂玉昕.《中国大百科全书》74卷(第二版)物理学词条:基本物理常数:中国大百科全书出版社,2009(7):244-246.

[2]沈乃澂.《中国大百科全书》74卷(第一版)物理学词条:基本物理常数:中国大百科全书,1987.

[3]田卜爽.物理课程阶段性与学生认知发展关系的初探[D].山东师范大学,2013.

作者简介:

于振涛,江苏省南京市,江苏省江浦高级中学。

在高中数学教学中,问题设置是非常重要的部分,问题设置的精彩能够提高学生对数学的兴趣,学生也愿意积极主动进行思考,从而激发学生的潜能。而如果问题设置死板,学生在学习时,不但很难产生兴趣,长此以往思维也会死板,不但会对学生的成绩造成很大的影响,还会限制学生的思维,所以教师必须重视课堂问题设置。

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