浅谈中学物理中的比值定义法

物理学的发展伴随着概念的发展或引出概念。日常生活中许多最基本概念的意义与人们的认识不同。费恩曼曾讲过一个笑话：一位女士超速行驶被警察拦下。“太太，您刚才的车速是60英里每小时。”“不可能的，我才开了7分钟，怎么可能开60英里呢？”“我的意思是：如果你继续像刚才那样开车，在下一个小时里您将驶过60英里。”“我再行驶10英里就到家了，根本不用再开60英里。”

这位女士的错误在于对“速度”这个用比值定义的物理概念的误解。基本概念不那么容易地被人领会，但运用数学语言可以最好地加以表述。我们将物体走过的位移与物体走过这段位移所用时间的比值叫做速度，定义式为：。我们将这种定义法叫做比值定义法。

中学物理中用比值定义法定义的物理量有：密度，电场强度，电容，电动势，速度，加速度，角速度，功率。这种定义概念的方法更能科学的说明其包含的意义，下面我们以速度为例说明比值定义的特点。

（1）速度是抽象的，我们不能直接测出其大小，必须用其与某一可测物理量的关系来计算得到。实验当中我们通过打点计时器和尺子测物体运动的时间和位移，并通过定义式计算物体运动速度。生活中我们看到汽车上的速度计是利用离心力的原理，速度越高作用于弹簧的离心力越大，指针偏移越多。

（2）速度定义式说明了它的本质：单位时间内物体走过的位移。因为定义式的这个特点使得它具有普适性。而关于速度的其它公式，则是由定义式和另外附加条件推导出来的。这也是该式是定义式的原因。例如2ax=v2-v02，这个公式只是表明了速度与位移的关系，而且这个公式是由速度定义式、以及加速度a不变联合推导出来的，因此它只适用于匀加速直线运动，对于曲线运动和加速度不恒定的直线运动不在适用。

（3）速度是人们为了准确地描述物体运动快慢而定义出的物理量，它与物体走过的位移不成正比，与物体运动的时间也没有反比关系。因此我们不能将速度的定义式看做纯粹的数学公式。文章开头的女士正是因为没有明白速度的物理意义而认为自己没有违章。

（4）速度的方向与定义式中分子上位移的方向相同。例如某人在第一秒内向东走10米，第二秒内向西走5米，两秒内向东走了5米。第一秒内人的速度方向是向东，第二秒内速度方向是向西，这两秒的时间内速度方向是向东。刚好一一对应。

由比值定义法定义速度的特点可以看到比值定义法定义物理量有以下特点：

（1）物理概念具有抽象性；

（2）物理的定义式说明物理概念的本质；

（3）物理的定义式具有普适性；

（4）每个物理量都有其特定的物理意义，其大小不由定义它们的物理量决定；

（5）被定义的物理量方向性与定义式中分子上的物理量方向性相同。在这里我们要注意的是：①在验证电荷为正电荷时电场强度的方向与检验电荷的受力方向相同；但当验证电荷为负电荷时，其受力方向与电场强度方向相反。②如果定义式中分子上是标量，则被定义的物理量也是标量。