物理学中的正负号

物理学中的正负号（精选5篇）

物理学中的正负号 篇1

中学物理学中具有“+”“﹣”号的物理量种类繁多, 内涵丰富.物理和数学联系紧密, 往往有许多知识胶合在一起.数学中的正负号大致表示运算符和数字的大小, 对比数学, 物理中的正负号的涵义却要复杂得多.在物理中, 有许多概念、规律、原理、公式等都要借助于正负号来表示, 如果不能正确领会正负号在不同情形中的涵义, 混淆是非, 张冠李戴, 就会出现差错.所以, 为了能准确理解物理概念, 掌握物理规律, 就必须首先把物理量中出现的正负号进行透彻地认识.

一、常见几种不同意义的正负号

1. 表示方向的正负号

此类物理量的正负号是用以表示物理量方向与指定物理量正方向相同或相反, 并不表示物理量的大小.例如物体受两个力F1=2N, F2=-3N.说明F1方向与规定正方向相同, 大小为2N, 而F2方向与规定方向相反, 大小为3N, 特别应注意, 不存在F1>F2 (即正数大于负数) 的意思.中学物理课中所学矢量如:位移、速度、加速度、力、动量、冲量等的正负号都属于这种类型.

2. 表示大小意义的正负号

此类物理量的正负表示比零值大或小的意义, 即等同于数学代数课中的正数大于负数的意思.例如:电场中两点A、B的电势为UA=3V, UB=-4V, 表示A点电势比零电势点高3伏, B点电势比零电势点低4V, 即UA>UB.中学物理中所学习的重力势能、电势能、分子势能、电势、摄氏温标等物理量都属于这种类型.

3. 表示特殊意义的正负号

此类物理量的正负号是我们人为或习惯赋予的, 用来表示相反的物理现象、性质、过程.既不表示方向, 也不表示大小的含义, 常见的有下面几种:

1) 正电荷、负电荷是表示两种性质相反的电荷.

2) 力做正功, 表示力对物体运动起推动作用;力做负功表示力对物体运动起阻碍作用;

3) 热力学第一定律ΔU=W+Q中, 对于Q的正负意义, 我们用“正”表示吸热, 用“负”表示放热.对于W的正负意义, 如外界对气体做功, W取“正”;气体对外界做功, W取“负”;

4) 几何光学的成像公式, 对V值规定为实正虚负, 表示两种相反的成像现象;对f值, 规定为凸正凹负, 表示当使用凸透镜时, f为正值, 使用凹透镜时, f为负值 (高考不要求) .

二、实际解题时正负号的处理方法

物理量的正负号表示的物理意义差别较大, 当物理量引入公式运算时, 有的需要带符号代入公式, 有的不必带符号.对此加以归纳总结, 有利于物理量正负号的正确运用, 常见的有下列几种处理方法.

1.中学物理中, 所应用公式有涉及加减计算的, 一般都应带符号计算.如运动学中三个公式:Vt=V0+at, , V2t-V20=2aS, 牛顿第二定律, 动量定理, 动量守恒定律, 动能定理等等.

2. 有些公式只有物理量的乘除运算, 而不包含加减运算, 运算结果的大小不受各量正负的影响, 可以按绝对值带入运算.如E=F/q;f=qvB;F=BIL;W=qU;C=Q/U等等.结果的正负依据相应规则判断即可.

3. 如果在具体解决问题时, 碰到有些物理量的方向难以确定, 即难以确定其正负值时, 可假设物理量为正值带入计算, 最终以计算结果再作结论.

例轻杆AB长1m, 两端各连接质量1kg的小球, 杆可绕距B端0.2m处的O点在竖直平面内转动, 设A球转到最低点时速度为4m/s, 则此时轻杆对O轴的作用力为多大?

分析:解题时必须先分析A、B两球的受力情况, 其中B球可能受到杆的拉力, 也可能受到杆的支持力, 在这种情况下, 不妨设B球受到杆的拉力, 即与重力同方向, 然后按规定符号带入运算, 这并不影响解题结果. (详解略)

三、学生对物理量的正负在认识上和运用上常见的错误

1. 忽视了矢量的方向.

矢量是有方向的物理量, 许多实际问题中, 命题者有意只提供矢量的大小, 而方向不明确, 学生在解答时经常只注意某一方向, 而忽视了另一种方向可能性, 造成解答不完整或错误.

例一物体做匀变速直线运动, 某时刻速度大小为4m/s, 1秒后速度大小变为10m/s, 在这1秒内该物体的 ( )

(A) 位移的大小可能小于4m

(B) 位移的大小可能大于10m

(C) 加速度的大小可能小于4m/s2

(D) 加速度的大小可能大于10m/s2

2. 正负号的物理意义与数学概念混淆.

由于代数学知识的干扰, 在学生头脑中已形成“正数大于负数”这一思维定势, 所以经常会出现如下错误, 如对加速度的下列三个值a1=4m/s2, a2=-2m/s2, a3=-7m/s2, 有相当一部份学生会认为a1>a2>a3, 不能正确地比较其大小.

3. 对物理学中“增量”的误解.

物理学中常用“增量”表示物理量的变化, 如速度增量, 动能增量, 内能增量等等.但学生常常把增量与正值联系在一起, 错误地认为增量一定是正值, 是增加量.对于增量为负值的情况, 思维上总是不顺畅.

4. 公式中的加减号与物理量的正负号混淆.

在应用公式Ft=mvt-mv0中, 当mv0为负值时, 有的学生误认为公式中的减号就是该mv0的负号, 所以不再用负值代入, 造成错误.

物理学中的正负号 篇2

3 研究正负形海报设计的意义

第一，研究过程中选择了总结多篇论文对正负形在海报设计中运用的观点，来论证研究和创作正负形海报有相当大的现实意义。

第二，对鲁宾《阴阳花瓶》、德雷维斯《安托尼和克雷欧佩特拉》、福田繁雄《京王百货宣传海报》进行全新的说明，为后续的正负形海报创作提供一些参考和论证。

第三，对“创意海洋”主题进行海报创作，呈现给人们污染环境后的画面，呼吁大家要好好保护我们的海洋，为我国未来的海洋和海报文化做出贡献。

4 正负形海报设计案例分析

鲁宾的《阴阳花瓶》最早表现正负形原理。我们在画面里看到的空间是人还是杯子，关键取决于我们的注意力停留在图形还是背景上，或者是对画面的整体看还是局部看。画面里杯子的部分是白色，如果把视觉集中在黑色负形上，两边黑色部分是相对的两张脸，而白色则为“底”，成为空“间”，图与底随时可以转换，都是图形。鲁宾《阴阳花瓶》对平面视觉设计领域研究正负形和正负形在海报设计中的运用具有重要的启发和借鉴意义。

《京王百货宣传海报》是福田繁雄于1975年为日本京王百货公司设计的`宣传海报，在海报中福田就开始利用“图”、“底”间的互生互存的关系来探究视错觉原理。作品中巧妙利用黑白、正负形成男女的腿，上下重复并置，黑色“底”上白色的女性美腿与白色“底”上黑色男性西装裤腿，用这些具象的元素，使它们共用轮廓线，图与底视觉进行换位，共生共存，巧妙地结合在一起，创造出简洁而有趣的效果。这幅作品带给观者丰富的视觉体验，增加了海报设计的互动性与感染力。

德雷维斯基・雷克斯创作的爱情剧《安托尼和克雷欧佩特拉》海报中，我被大师那种巧用正负形艺术手法所触动。在女性与蛇之间采用正负形，一线两用，将基督文化中蛇与女性的关系表现得非常的巧妙，当我们把视觉放在白色的女性体态时，我们清楚地看到了柔美的女性形象，当我们停留在红色线条时，一条蛇在画面中缓缓游走，红色的分割线是人体不可缺失的一部分。正负形的互相借用，能使画面产生更为强烈的艺术感染力。

通过分析以上案例得出结论，正负形海报能增加海报设计的互动性与感染力。作品里的图形都共用轮廓线，所有共用轮廓线都是曲线。曲线的基本属性是柔和，具有变化性、虚幻性、流动性和丰富性。在正负形海报中运用曲线可以变化出多种可能的图形，将正负图形巧妙地结合在一起。

5 《孕育》海报设计

随着沿海经济的迅猛发展，近海海域遭到越来越严重的污染，使海域环境质量明显下降，生态环境日趋恶化，并对生物资源和人体健康产生有害影响。海洋环境问题包括两个方面：一是海洋污染，即污染物进入海洋，超过海洋的自净能力;二是海洋生态破坏，即在各种人为因素和自然因素的影响下，海洋生态环境遭到破坏。面临海洋环境的严重污染，海洋资源过度开发利用的局面，根据自己的特长，以“创意海洋”为主题对《孕育》海报进行创作。

海洋不仅孕育了地球上的生命，也孕育了人类文明。海洋中蕴藏着丰富的自然资源，是人类21世纪实现可续发展的唯一资源。海洋孕育了我们，水是生命之源。以正负形的手法表现画面，第一张白色的为婴儿，黑色为海马;第二张白色的为妈妈的身体，黑色为海螺。画面里的黑白巧妙相融，寓意海洋与人类共生共存。正负形视觉冲击力强，不需要设计者费力思考添加装饰以烘托主题。所以画面采用黑白两色，添加了一些石油胡乱飞溅的效果，表现海洋的石油污染。污染了海洋，同时也污染了自己，作品中正负形相互映衬，含义清晰，简洁明了，主题鲜明。

6 结语

浅议高中物理教学中的正负号 篇3

一、用来表示方向的不同

高中物理教学中, 总共有两类物理量:矢量和标量, 力、速度、加速度、位移、动量等等矢量的方向可以用正负号来表示。比如规定以某一个位置为起点, 向右的位移为正, S1=4m, S2=-8m时, 我们就不能说S2>S1, 因为在这里正负号不是数量的标志, 而是方向的标志。负号只用来表示物体的位移是向左;而正号则表示物体的位移是向右。在计算竖直上抛的位移时可以用一个位移公式进行计算, 答案如果为-5m, 说明末位置在抛出点下方5米处。简谐振动F=-kx中负号表示回复力F的方向总是与位移x的方向相反。在教学中, 我们要特别向学生说明, 在S1=-8m/s和F=-kx这两个式子中, 负号虽然都表示方向, 但它们所表示的方向又有不同的含义。第一式中的负号表示该物理量的方向与规定的矢量方向相反;第二式中的负号则表示两个物理量的矢量方向总是相反。从物理方法上看, 位移、速度的方向可以任意规定, 而公式中的负号是不能规定的。

二、用来表示功能关系

功与能是高中两个很重要的标量, 也是物理教学中的重难点。做功伴随着能量的变化, 某力做功W=F.scosθ式中, 当θ<90°时, W为正, 力F对物体做正功;当θ>90°时, W为负, 力F对物体做负功或者物体克服力F做功为W。在这里, 功的正负既不是表示功的大小, 也绝非表示功有方向, 而只是说明力是动力还是阻力。更确切地说, 当力F做正功时, 表示能量从施力物体向受力物体转移, 而当力F做负功时, 表示能量从受力物体向施力物体转移。也就是能量的变化, 是依靠做功来实现, 功是能量转化的量度。

高中涉及到很多能量, 例如机械势能、电势能, 由于能量是物体的一个状态, 那么它们的正负号学生感到混乱。从功能关系看, 能是物体做功的本领。那么, 物体的“负势能”表示它没有做功本领吗?当然不是。我们以离地面高度3米处为零势能点, 那么一个离地面为2米高的铁钉的重力势能就为负值, 但它落下来的依然会做功。如果它以地面为零势能点, 它就具有正的重力势能, 这里的正负号表示该位置的势能比零势能大还是小而已。

在正点电荷形成的电场中, 取无穷远为零电势点, 则其他位置电势处处为正, 因此由公式Eq=q·φ (Eq表示电势能, φ表示电势) 可知, 在这个电场中的负点电荷的电势能为负。要说明负电荷之所以具有负电势能, 可以用功能关系式W=△Ep来解释:把负电荷从电场中某一点移到无穷远的过程中, 电场力做负功, 负电荷的电势能不断增大, 增大到最大值为零, 因此它在这个电场中电势能不断增大, 增大到最大值为零, 因此它在这个电场中电势能为负。可以告诉学生的是, 负电势能表明负电荷这是出于一种状态, 即被场源电荷所束缚的状态。电势能越负, 表示受的束缚越强烈。要使负电荷脱离这种状态, 我们必须克服电场力做功, 才能把它移出电场;我们所做的功被负电荷获得, 增大了它的电势能;它的电势能增大至零, 意味它脱离了场源电荷的束缚。就像原子物理中用负值表示的氢原子各个能级, 反映了处于不同状态的氢原子中, 电子受原子核束缚的程度不同。比如, 第二能级为-3.4e V, 就意味着处于第二能级的氢原子, 必须获得3.4e V的能量才能电离, 前面提到的铁钉, 它具有负的重力势能, 也表示它处于一种状态, 即离地面高度为2米, 储存着某一数值的能量, 一旦下落, 这些能量将转化为动能并用来做功。

在高中物理教学中涉及到物理量增量的问题很多, 任何物理量的增量都可以表示为该量在变化过程中末量减去始量之差值, 且这个差值可正可负。在此, 正负号又有什么物理含义呢?例如有一个运动的物体, 若动能的增减量△Ek=Ek I-Ek0=5焦耳, 表示在这个变化过程中, 该物体的动能增加了5焦耳:若动能的增加量△Ek=Ek I-Ek0=-5焦耳, 则表示在这个变化过程中, 该物体的动能减少了5焦耳。例如电场力做正功, 电势能减少, 就表示成:W=-Ek

高一物理教学中的矢量正负问题 篇4

学生刚进入高中学习阶段, 要改变以往对自然直观的认识习惯, 逐步适应用抽象物理知识去分析探究问题。初中物理在计算方面没有矢量和标量的区别, 运用的是简单的数学运算;高中物理在计算方面多为定量和半定量计算, 不仅要求会解方程, 还要会用三角函数、几何知识、极限思想等数学知识或数学思想, 还要求学生会对这种既有大小又有方向, 还遵从特殊运算法则的矢量进行运算。

应注意到高一物理所学重点知识是直线运动规律及物体受力分析, 在整个高中阶段有很大一部分内容与直线运动有关。例如, 带电粒子在电场中的加速和减速运动。这就涉及力, 加速度、速度和力都有方向, 有时正、有时负, 解题时需弄清楚。实际上, 可用正交分解法把力分解到两个互相垂直的方向上, 然后综合加速度、速度等知识进行分析, 其中都涉及物理量的正负, 正负问题存在于各个章节中。

正负问题处理不好, 计算时就会出现“会而不对”“会而不全”的现象, 教师应该根据自己的教学经验和学生的实际逐步解决。

下面结合具体的例子来说明。

【例1】气球以10 m/s的速度匀速上升, 它上升到495 m高处时, 一重物从气球里掉落。问重物要经过多长时间落到地面?它到达地面时的速度是多少?

分析:因为重物的运动有上升和下降两个阶段, 运动方向会发生变化, 而全过程的加速度始终为重力加速度, 方向竖直向下, 故首先取向上 (即初速度的方向) 为正方向, 这样就有:v0=10 m/s, a=-g=-10 m/s2, 落地时位置在出发点的下方h=-495 m, 由得, 整理解得t=11 s。

由v=v0+at=10+ (-10) ×11m/s, 得v=-100 m/s, 在此应对负值的意义进行说明, 负号表示此时运动方向与规定的正方向相反, 是向下的。

学了牛顿运动定律后, 涉及用牛顿定律解决直线运动问题中的加速、减速或平衡问题。

当不涉及运动学公式时, 通常选加速度a的方向和垂直于a的方向为坐标轴的正方向;当需要综合应用牛顿定律和运动学公式解答问题时, 通常选初速度v0的方向和垂直于v0的方向为坐标轴正方向, 否则易造成“+”“-”号的混乱。

F, N, G等符号仅表示力的大小, 若力的方向与规定的正方向相反, 则在符号前加“-”;相同, 则可不加符号。这是因为高一数学中还没有涉及矢量, 这样做规避了等这些数学规范性很强的表示。这样, 重力与支持力平衡方程就应写为:G-N=0, 而不是。为规范解题过程, 举例说明如下。

【例2】以15 m/s的速度行驶的无轨电车, 在关闭电动机后, 经过10 s停了下来。电车的质量是4.0×103kg, 求电车所受的阻力。

分析:取初速度的方向为正方向, v0=15 m/s, v=0, t=10 s, 由, 计算得a=-1.5 m/s2。分析电车受力情况, 可知电车关闭发动机后, 电车所受的合外力为所受的阻力, 该力与运动方向相反, 故由牛顿第二定律得:F合=-f=ma, 代入数值解得f=-ma=-4.0×103× (-1.5) N=6.0×103N。

【例3】一小物块以10 m/s的速度冲上一倾角为30°的斜面, 物体与斜面的动摩擦因数为0.2, 计算该物块在斜面上能滑行多远?

分析:该题属于已知受力情况求运动情况的类型, 首先要对物体进行受力分析。

把重力沿斜面和垂直于斜面的方向分解, 有G1=Gsinθ, G2=Gcosθ。物体合力的方向沿斜面向下, 与初速度方向相反, 由于取初速度方向为正向, 故有F合=-f+ (-G1) =ma, 又由于滑动摩擦力f=μN, 结合垂直斜面方向N-G2=0, 代入θ=30°, μ=0.2, 解得a=-6.73 m/s2, 很容易理解加速度为负值的意义:加速度方向与运动方向相反, 物体做减速运动。接下来由v2-v02=2as计算滑行距离

经过一段时间的训练, 学生熟练掌握了矢量正负的处理方法, 这样就不至于因为正负处理不当而被扣分。

令人“恼火”的正负号 篇5

高中物理学习中, 有很多物理量有正负之分, 还有很多物理运算涉及正负, 需要区分正负并理解其对应的含义, 由于正负号在物理中特定的环境里常常表示出一定的特殊的物理意义, 这与数学中的“正负”和日常生活中的“正负”有时有着很大的区别。但是学生在学习过程中, 因为没能正确理解正负号在不同情况下的确切含义, 尤其是到了高中的最后阶段, 随着知识的积累, 往往会形成负迁移, 造成物理量的正负方面错误百出。有以下几种表现:

1. 将物理的正负简单理解为有理数的正负。

2. 对物理量的正负号含义认识不清造成错误。

3. 对物理概念的内涵不理解造成正负号的判断错误。

4. 随意赋于某物理量或某物理过程的正负。

因此, 在教学中有必要对有关正负号方面的知识进行归纳整理, 分析各物理量正负的物理意义, 比较其异同点。有利于加强物理知识的横向联系, 完善学生的知识结构。

一、矢量的正负号

矢量的运算服从平行四边形定则, 而中学物理中涉及到的往往是两个矢量在夹角0和180°的特殊情况, 这里正负号表示该矢量与选定的正方向相同或相反, 仅这一意义下, 正负号表示该矢量的方向, 而不是作为判断矢量大小的量度。如加速度, 它既有大小, 也有方向。在匀变速直线运动中, 加速度为正值, 表示加速度的方向跟速度的方向相同;加速度为负值, 表示加速度的方向与速度方向相反。可见这里的正负号表示方向, 而不表示大小。因此, 在比较大小时, 只需要看正负号后面数值的大小, 这种比较法与数学中负数大小的比较是截然不同的。同样, 在力矩中的“正负”也表示方向, 正力矩表示逆时针方向, 负力矩表示顺时针方向, 并且, 在牛顿第三定律的表示式“+F12=-F21”中, 这里的正负号仍然表示的是方向, 异号表示二者反向, 在简谐振动的表示式F=-kx中, 负号表示力的方向与位移方向相反。

二、标量的正负号

1. 在标量问题中表示相反的两种流向。如电流强度I的正负表示电流的方向, 正值表示电流方向与规定方向相同, 负值表示电流方向与规定方向相反;在电磁学中, 磁通量φ的正负表示磁感线穿过平面 (或曲面) 的方向关系, 平面 (或曲面) 均有一个法线方向n, 正值表示磁感线沿法线方向一侧穿过面, 负值表示沿法线反方向一侧穿过面。

2.表示相反的物理意义。功有正负之分, 正功表示力对物体起推动作用, 负功表示力对物体起阻碍作用, 也表示能量是输入还是输出。

3.表示相对的大小关系。在选定了零参考位置后, H、Ep、U、εp就会出现正负值, 正负值表示它们之间的大小关系, 如在重力势能或电势能中, 这里的正负与数学中的正负数具有相似的意义。正势能表示比零势能高, 负势能表示比零势能低。同时, 电势的正负也不具有方向性, 只表示该处的电势比零电势高还是低。

4.表示有无意义。在物理学中有些标量只存在正值。如质量、密度、时间、长度都只能大于零, 大于零表示有意义, 小于零则表示无意义。若计算的结果为负数, 就要分析其是增根应舍去。

5.表示分类。如正电荷与负电荷只表示相反的两类, 物体所带的正负电量越大, 表明物体所含的正负电荷数越多。

三、公式中的正负问题

1.表示增加或减少。动能增量ΔEk=Ek2-Ek1, 机械能增量ΔE=E2-E1, 势能的增量ΔEp=Ep2-Ep1, Δ>0, 说明该物理量增加, Δ<0, 说明该物理量减小, 如:在外力对物体做功中, 外力对物体做正功表示物体动能增加, 外力对物体做负功, 则表示动能减少。热力学第一定律W+Q=ΔE, 物体吸热, Q取正值, 物体放热, Q取负值;内能增加, ΔE取正值, 内能减少, ΔE取负值。教学中总结发现, 标量式的运算可以将每个量的正负号代入运算, 如动能定理W总=ΔEk, 静电场中εp=qφ, Uab=φ2-φ1, Wab=qUab等。

2.表示条件。如:在分子间的距离跟分子势能的关系中, 当r-r0>0时, 分子势能随分子距离增大而增大;当r-r0<0时, 分子势能随分子距离减少而增大。

3.表示范围。如:用示波器观察交流电的波形时, 电源电压在220 V±l%以内, y轴灵敏度为50 mV/格, 误差小于5%。

4.表示有无可能。如:在光电效应中, 当hγ-W>0时, 表示能发生光电效应, 而hγ-W<0表示不能发生光电效应。

5.表示特殊的物理意义, 透镜成像公式:1/u + 1/v = 1/f , 实物u取正值, 虚物u取负值;实像υ取正值, 虚像υ取负值;凸透镜取正值, 凹透镜取负值。

6.表示是否体现方向:有些公式意义本身不能体现出各物理量的方向关系, 而仅仅体现出大小的联系, 对此代入数据时必须取绝对值。如库仑定律, 其q1和q2的正负不能体现出F的方向。不少矢量公式同时体现出各矢量的大小和方向的关系。在一维运算中应根据所确定的正方向来确定各物理量的正负。