物理世界的“正”与“负”

物理世界的“正”与“负”

张鸣鹤

吉林省集安市第一中学 吉林 集安 134299

摘要：高中物理的计算结果经常会出现正数和负数。这两类数值对于不同的物理量有着不同的含义。笔者以标量和矢量归类探讨物理数据正值和负值的含义。

关键词：正值；负值；矢量；标量；意义

在高中物理学习中，经常会遇到很多正数和负数，而这些数据在物理世界中，因归属于不同物理量而具备了不同的含义，所以这些数值的“正”与“负”远远比正、负数的含义要复杂的多。这里通过对比标量和矢量的正、负值含义进行说明。

一.标量中的正值与负值

（1）以重力势能为例

1.由E_p=mgh可知，选取好零势能面，物体重力势能的正值E_p＞0即h＞0，代表着物体的位置在零势能面以上；物体重力势能的负值E_p＜0即h＜0，代表着物体的位置在零势能面以下；且物体位置越高重力势能越大。这里的正值与负值能反馈物体具有重力势能的多与少，大小关系类比于数学中的正、负数。

2.当物体位置发生变化引起势能改变，由ΔE_p=mgh_末-mgh_初可知，当物体位置高度下降h_末＜h_初即ΔE_p＜0，重力势能变化量为负值代表着物体重力势能减少；当物体位置高度上升h_末＞h_初即ΔE_p＞0，重力势能变化量为正值代表着物体重力势能增加。这里的正值与负值代表着在某一过程中物体具有的重力势能是增加还是减少。

多数标量中的正值和负值属于这一情况。

（2）以功为例

由W=FLcosθ可知，当0＜θ＜90⁰即W＞0，此时F与L夹角为锐角，代表着此力对物体的运动起到促进作用，是动力做正功；当90⁰＜θ＜180⁰即W＜0，此时F与L夹角为钝角，代表着此力对物体的运动起到阻碍作用，是阻力做负功。这里的正值与负值代表着力对物体的做功情况，是正功还是负功。

（3）以磁通量为例

由Φ=BScosθ可知，选取好研究的平面，当0＜θ＜90⁰即Φ＞0，此时B与S正面夹角为锐角，代表着磁感线从正面穿入；当90⁰＜θ＜180⁰即Φ＜0，此时B与S正面夹角为钝角，代表着磁感线从反面穿入。这里的正值与负值代表着磁感线从正面穿入还是从背面穿入。

（4）以温度为例

温度的正、负值代表温度的高、低。

二.矢量中的正值与负值

以速度为例

（1）直线运动中，由V=ΔX/Δt可知，规定好正方向，当V＞0即ΔX＞0，此阶段物体的平均速度与位移方向相同,即与规定正方向同向；当V＜0即ΔX＜0，此阶段物体的平均速度仍与位移方向相同,只是二者均与规定正方向反向。这里的正值与负值代表着平均速度的方向。

（2）当物体速度发生变化时，由ΔV=V_末-V_初可知，当ΔV＞0时，速度变化量方向与规定正方向相同，若以V_初方向为正方向，不难得出物体速度增加；当ΔV＜0时，速度变化量方向与规定正方向相反，若以V_初方向为正方向，不难得出物体速度减少；这里的正值与负值代表着速度变化量的方向。

矢量中的正值和负值属于这一情况。

三.总结

在物理世界中，所得数据的“正”和“负”并非千篇一律的代表着结果的大小。当物理量是矢量时，所得数据的正值与负值代表着矢量的方向；当物理量是标量时，所得数据的正值与负值有时代表大小，有时代表正功、负功，有时又反馈正面、背面。即物理世界中的“正”和“负”因物理量的不同而有着不同含义，要具体问题具体分析，因物理量而异。