上回我们讲得两个物理量定义第三个物理方法,叫做比值定义法。我们谈到比值定义法最初意思就是两个物理量都在变化,可能一个物理随着一个物理在反生改变,因此这两个物理量比值确实不变,因此很多特性量第一都是采用这种方法。后来,人们把跟这些特性有着非常相似,也采用比值定义法。
由于比值定义法,出现物理学中的定义式,定义式仅仅反映某个物理量的基本定义,而不反映某物理量的决定性因素。关系式是直接反映某物理量决定性因素的数学表达式。我们看看初中物理的定义式,比如匀速直线运动的V=S/t
,密度公式也是ρ=m/V,以及R=U/I等等,他们都是一种定义式,被定义物理量与另外两个参与定义物理无关。而欧姆定律I=U/R,电流和电压、电阻有关,这种看着跟定义式一样,其实它是一个决定式,他是一个物理规律的表达式。
进入,我们看看另一种更复杂的比值定义法。这个九年级物理有一个很经典物理量,对了,就是比热容。
我们知道,不同物体的吸热或放热能力是不同的。书上在引入比热容时候,探究两个问题,第一个就是一个物体吸收热量多少与那些因素有关?当然,与三个因素有关:物质的种类、物体的质量和升高了温度。通过我们实验,我们得到两个结论:
同一种物质,升高相同多的温度,质量越大,物体吸收热量就越多。同样的,同一种物质,在质量相同条件下,物体温度升高得越高,物体吸收热量就越多。这里单独把物质种类弄成另一个实验。
探究不同物质的吸热能力,有了刚才实验,我们就知道既然物体吸收热量与三个因素有关,我们必须控制变量。在探究物质吸热能力时,我们控制变量是两种物质的质量一定,记住,这一点很重要,我们在后面回答问题时,不论它质量是不是相等,我们在回答问题时都想假定不变,因为我们在研究这个问题之前必须控制质量不变。同时,我们还有控制加热方式也相同,目的是为了相同时间内相同加热方式,这样放出热量相同,让两个物体吸收热量相同目的。当然加热方式也有两种:功率相同电加热器和完全相同酒精灯。当然采用功率相同电加热器好一些,因为是在内部加热,可以确保两种物质吸收热量完全相同。
要比较物质吸热能力有两种方法:在质量相同条件下,吸收相同的热量,不同物质温度升高快慢不同(温度升高快的吸热能力弱,比热容就少)。第二方法:在质量相同条件下,不同物质升高相同多的温度,必须吸收热量多少,当然是看加热时间长短。(吸收热量多的吸热能力强,当然比热容就大)。
书中就是采用这样两种方法,比较物体吸热能力。两个结论:在质量相同条件不同物质,吸收热量相同热量,不同物质温度升高快慢不同。在质量相同的条件下,升高相同温度,不同物质吸热能力就不同。于是,我们自然想到,在质量相同和升高相同的温度下,同一种物质吸收热量是相同的。于是,我们已经有了一定经验,既然质量相同、升高温度相同的某种物质吸收热量是相通,不同物质是不一样的。自然而然,这也是一种物质特性,满足比值定义法条件,不过不是三个物理关系,而是四个。当然同样的,还是可以采取比值定义法来定义比热容。
新教材刚好就是采用比值定义法,比热容定义是:某种物质的物体吸收热量与它的质量和升高温度积的比。它的定义式为c=Q/(m*t)。比热容c于Q和m、t无关。
反映某种物质吸收或释放热量的一种本领,是物质固有属性。比热容越,说明该物质吸收或释放热量的本领越强。比热容由物质本身决定,与质量、体积、密度无关。也就是说,任何物质只要状态和种类不变化,比热容就不会变。
比如,水的比热容是4.2x103J/kg0C,当水的质量减半或体积增大一倍了,水的比热容还是不变。但是当水结成冰时,状态发生了变化,比热容就会减小。
跟比热容一样物质特别量,在初中应该就是它,所以这种比值定义法让很多同学觉得特别难理解,其实采用除法,把物体吸收热量转化为质量和升高温度相同条件,这样,就只反映物质吸热能力。
其实,初中还有两个物理量,一个是电阻率。因为电阻是物体特性,而电阻率就是导体材料属性。就像质量是物体特性,密度是物质特性一样。某种物质所制成的原件(常温下20°C)的电阻与横截面积的乘积与长度的比值叫做这种物质的电阻率。如果L表示长度,S表示截面积,R为阻值,电阻率定义为:ρ=R*S/L。
电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种物质所制成的原件(常温下20°C)的电阻与横截面积的乘积与长度的比值叫做这种物质的电阻率。电阻率与导体的长度、横截面积等因素无关,是导体材料本身的电学性质,由导体的材料决定,且与温度有关。
还有一个太阳能吸收辐射热的功率问题,不同的物体吸收太阳辐射的能力不同。因为吸收能量于时间和接受面积的比,也是一个跟比热容相似的物理量,所以也跟压强和功率一样,随然不是特性量,但是与我们采用比值定义法有相似思想,所以采用类比,我们依然采用比值定义法。P=’W/(s*t),所以吸收太阳辐射能公式为W=pst。
当然,我们读到高中后,比值定义法会体会更清楚。特别是比值定义法用来定义速度和加速度,同时我们对于定义式和决定式理解更透彻。
2018年9月15日根据王卫名师工作室要求写于宜昌市尚书巷弄石斋