2015年学好物理不难

学好物理并不难1

文〃面向太阳

经常听到一些人说物理不好学，也有很多老师说物理不好教。社

会上更有一些人误听物理不好学而选择学习文科。其实物理这门学科

很有意思的，物理学发展到今天已经是一个完备的学科，有自己的一

套专业术语，有自己的一套符号语言，有自己的一套思维方法。因此

要想学好物理，能走进物理的神秘殿堂，首先应该知道物理学科术语,

学科符号，学科思维方法。

所谓的学科术语就是这门学科的专业语言，在本学科有其独体意

义。同样是一个词语在物理学科和其他的学科就可能意思不同，比如

说“有摩擦”在物理学科中通常是指两个接触的物体之间接触面是不

光滑的。而在日常生活中可能是指两个人之间有矛盾。字母R在物理

电学中通常指电阻，在数学中通常代表半径，在汉语拼音中就是一个

生母。常常听到有些人说，开始还对物理课比较感兴趣可是到了后来

听不懂课了。什么原因呢？我想可能是你的学科术语或者学科符号语

言出现了问题，当然就学习不明白了啊。因此学习物理的时候要注意

学习，物理概念，物理现象，物理规律。如果物理概念不明确那就不

能学好物理的，当你明确了物理概念，知道了物理规律，进而用物理

规律来解释物理现象那就有意思了。

我有个想法，试图用一些比较简单的语言说说高中物理那些概

念，那些规律和那些现象，希望我能坚持下啊。

呵呵

学好物理并不难2

文〃面向太阳

高中物理力学部分主要分这样儿块内容，运动学、静力学、动力

学等。其中运动学就是研究物体运动的规律。基本是这样的思路，生

活中有那些常见的运动，这些运动有什么样的规律，怎样用学科语言

来说明这样规律。

研究物体运动的规律，有一个很重要的事必须说的清楚才可以。

你说一个物体在动，你以哪个物体为参照啊，如果你不指明，那就容

易出现问题。比如说同一个人（小张），小朋友甲称他为二舅，小朋

友乙喊他三姨夫，这是怎么回事啊？这里有个参照的问题。因此说物

体动还是没有动，应看相对哪个物体来说的。简单点讲，当研究物体

运动的时候，应该选定一个大家都能认可的假定不动的物体作为参

照，这个假定不动的物体就是我们物理课上说的参照物。应该说研究

物体运动时必须先选定参照物，否则说物体运动是没有意义的。在通

常的情况下，我们都选择地球为参照物。这里有个问题先说一下啊，

有人说我从家里走到了学校，能不能说我不动，学校走到我们家里了

哪？其实这样说也没有错误，只不过别扭而已，不符合我们通常选择

参照物的方式。

中国人研究问题一般都是定性的居多，外国人研究问题定量的居

多。例如中国的菜谱外国人看不懂。比如说“姜末”少许，外国人就

糊涂了，这个少许是多少啊？一两还是一钱啊！呵呵，估计神仙也说

不明白。说研究物体的运动要选择参照物，否则就会出现公说公有理

婆说婆有理的现象。可是光有参照物不行啊，假如说我以“大商”为

参照物，被研究的小汽车如果相对大商的位置发生了变化，我们就说

小汽车相对“大商”做了机械运动，简称运动。但是运动了多远哪？

为了准确地说明小汽车距离大商多远，我们还得建立一个坐标系，“大

商”在坐标系的原点最好（不在原点也可以的），那样物体距离“大

商”在什么位置就都明确了。其实也不用这样，只要我们知道“大商”

在坐标系中的位置，小汽车开始在坐标系中的位置，一段时间以后在

该坐标系中的位置，同样能知道小汽车相对“大商”运动了多远。

你明白了“参照物”和“坐标系”这两个物理概念了吗？

学好物理并不难3

文〃面向太阳

如果知道物体运动规律，那么预测物体的位置就不是一件困难

的事情。神州飞船返回地球的时候，我们之所以到指定的地点能找到

返回舱，就是因为我们知道返回舱的运动规律，通过计算就能知道返

回舱落在何处，给搜救的工作带来了方便。

在研究神州飞船返回舱回收的时候，我们把返回舱当成一个有

质量的点来研究它的运动规律就非常的方便。在物理学中如果不计物

体的儿何形状，把物体当成一个有质量的点来看的时候，这个点就称

为质点。在物理学中经常忽略被研究对象的次要因素，只考虑主要的

因素，这样就把所研究的物体抽象为一个理想的模型，简称物理模型。

例如高中物理中经常用到的质点，点电荷，理想气体，等温过程等等。

能否把被研究的物体看成质点的条件不是看这个物体的大小，而是看

这个物体的几何形状在所研究的问题中到底是不是主要的方面。比如

说当研究地球自转的时候把地球看成一个点就不行了，这样就体现不

出地球上一年四季的变化。当研究地球绕太阳的公转的轨迹的时候，

把地球看当成一个点来看就没有什么问题。

学好物理并不难4

文〃面向太阳

今天说说位移这个概念吧。在日常生活中大家对于路程这个概念还是比较

熟悉的。位移和路程不同，路程就是运动物体所经过轨迹的长度，位移是运动物

体从开始那点到结束那点之间的直线距离。引入位移这个概念有个好处，我举个

例子来说明吧，比如说从北京到上广州有很多的路线可走，走不同的路线物体的

路程是不同的，但是这个物体的位移是相同的。这样表示物体位置变化的多少就

很方便了。位移不但有大小还有方向，这样确定物体的位置就非常的方便。知道

位移的大小就知道了物体相对开始的位置多远，知道了方向就知道了物体具体在

什么位置了。因此引入位移这个概念能够非常的方便的确定物体的位置。

位移这个物理量运算满足平行四边形定则是矢量，因此这个物理量有大小有

方向。对于矢量和标量同学们感到非常的不适应。其实很简单的事情。矢量和标

量满足的运算规则不同，矢量运算要遵守平行四边形定则，标量要遵守代数运算

规则。就好比打篮球的用篮球裁判的规则，踢足球的用足球的裁判规则一样，这

两个运动的裁判是不能滥用的，否则就出现了错误。因此在学一个物体量的时候,

首先应该明确是矢量还是标量，等到了大学以后还要学习张量这样的物理量，当

然了也有张量的运算规则。

位移是个矢量，路程是个标量，因此位移和路程不能相等。

记住了位移有大小有方向啊！是个矢量。

学好物理并不难5

文〃面向太阳

物体运动有快有慢，人们一般是这样来比较物体运动的快慢，选

取相同的时间内比较物体运动距离的长短，如果时间相同距离长的那

么这个物体就运动的快一些。还有一种方法是在距离相同的情况下看

那个运动的时间较短，时间短的那个物体运动的快一些，这样方式在

100米短跑时就是按照这样的方法进行比较的。但是有个问题，如果

距离不同时间也不同那怎样比较那个物体运动快慢呢？，这时人们自

然想到比较两个物体单位时间内的距离，单位时间内距离大的物体运

动就快一些。这样就通过距离与时间的比值来描述物体运动的快慢。

在物理学中把物体运动的位移与时间比值定义为物体的速度。（这

里的定义方式是一个近似的处理）速度是个矢量，运算满足平行四变

形定则，速度的方向就是物体运动的方向。这样引入速度的办法在物

理学中称为比值法定义物理量。速度是运动物体本身的固有属性与物

体位移的大小及运动的时间是没有关系的。速度大只是表示物体运动

的快而不能说物体的位移就一定大，还与物体运动的时间有关系，如

果时间很短位移同样也是比较小的。

学好物理并不难6

文〃面向太阳

有了速度的概念来谈运动还是不太完善的，不同的物体运动快慢

不同，同一个物体速度也经常是变化的，那么怎样描述物体的速度的

变化哪？其实这个说起来是比较简单的事情。找到两个速度的差值就

可以知道速度的变化了。可是有的时候仅知道速度的变化多少是不行

的，因为经历的时间不同啊！这样比较起来还是有些不方便。其实我

们采用引进速度的办法就可以了，把物体速度的变化与用的时间的比

值，这样通过这个比值就能看出那个物体运动比较快了。我们给这个

比值命个名称为加速度。通过上面这些内容我们就能知道加速度的物

理意义了，加速度大不是说物体运动的快而是说物体速度变化的快。

通常我们说这个孩子长的快和这个孩子长的高不是一个概念，长得快

的孩子可能本身并不很高。长的很高的孩子也可能长的不怎么快。物

体运动的快指的是速度大，物体速度变化的快指的是加速度大。

学好物理并不难7

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前面我把运动学部分高中常用的儿个概念说了一说，就是参考系、

坐标系、位置、位移、路程、速度、加速度。当然了还有很多概念我

没有说，或者这些概念我说的也不是很仔细。但是没有这些概念，下

面再谈物体运动的事恐怕就说不明白了。学习一门学科的时候，首相

应该知道这们学科入门的基本概念，否则你就听不懂这个学科说的是

什么，也就不能用这个学科的语言来思考问题。对于一个不知道这些

概念的人，当你和他谈论物体运动规律的时候他就会云山雾罩，不知

所云。当然就更不会用这个学科的规律来解决问题了。我们发现很多

学生开始学习这个科目很好，但是过一段时间以后，就逐渐的跟不上

了，其中有一个原因就是他对这个学科的语言不能理解。例如在语文

课上老师让同学们分析某个句子的成分，可是这个孩子对“句子成分”

这个词不知道其内涵或者是不知道怎样的分析主语、谓语、宾语，那

这个学生根本就不会这个老师让他做什么事情或怎样的去做。如果你

给学生讲课，不能知道学生对这部分知识用到的学科语言或者词汇的

理解的情况，很可能你的课堂就是低效率的。

对于物理概念的学习和教学，我们要注意这个概念的来龙去脉，

就是为什么要引入这个概念，不引入这个概念会这样，在实际的问题

中我们是怎样引入这个概念，这个概念的那些地方和原来的概念相近

和相同，那些地方不同，适用范围如何。这个概念在日常生活中是否

有实物对照，学生接触过这个实物没有。例如给小学生讲授面的时候,

我们可以举一个桌面、操场平面的例子，这样是不行的，还应举一个

我们常见的窗户上的玻璃啊，竖直的墙壁啊等，你只举水平的面不可

以的，学生可能认为面都是水平的，因此你还的举竖直的面。这样是

不是就可以了哪？还是不行的，你还的举球面，因为面不都是平的啊，

还有曲面啊。当你举曲面这个例子的时候，你就的拿个篮球给学生看

看，这样学生有了感性的经验，这样才能理解面这个概念。因此说在

学生头脑中建立一个概念不是一个点，应该是个过程，不是静态的是

发展的，不是孤立的是联系的。哈哈，说个了哲学的事情。通过学生

不断的改变原有的概念而建立新的概念。这个过程其实就是建构的过

程。特别是对那些不断发展的概念，要想在学生的头脑中建立起来这

个概念就要不断的进行更新和建构。

学习概念的过程是个知识不断完善的过程，教师教授概念的时候

一定要注意学生原有个概念得基础，和学生对新的概念的建构的过

程。

哎，跑偏了，哈哈。

学好物理并不难8

文〃面向太阳

上面说了些物理的概念，今天和各位说说物体运动的规律吧。

其实现实世界中物体运动的规律非常的复杂，研究起来非常的不方

便。物理学上研究问题有个简单的方法，就是尽可能的研究最简单的

物理现象，但是生活中没有啊？这个好办，我们经常把生活中的物理

现象进行简化，去掉次要的方面抓住主要的方面，抽象出最本质的因

素来，其实这就是一个模型化的过程，也就是物理学上经常说的建立

物理模型。

比如说我们常说的自由落体运动吧，其实就是日常生活中的落

体运动的一个简化处理。苹果从树上掉小来的时候，要受到重力和空

气的阻力的做用，在下落速度比较小的时候阻力与重力相比是比较小

的，应该是次要的方面。我们就假定这个时候苹果不受到阻力作用，

只受到重力的作用。苹果开始下落时候的速度等于零，因此我们把只

在重力作用下且初速度等于零的运动称为自由落体运动。其实成为自

由落体还是其他的名字那根本是没有什么关系的，但是一旦大家建构

了这样的名字，那么你就应该知道这个自由落体的含义，否则再说这

种运动的时候就是难以理解的一个事情。

我说来说去还是说你要想学好物理就要理解前人已经建构过的物理

概念和物理的思维体系。否则你就不可能走进物理的世界，更不肯可

能看到物理世界的美妙。当你看到自由落体运动的时候你就应该知道

这个运动是物体只在重力的作用下且初速度等于零的运动，这样运动

是匀变速运动的一个特例，那就一定满足匀变速运动的规律。

学好物理并不难9

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说起运动规律吧，最简单的要算直线运动中的匀速直线了。其

实匀速直线运动就是速度不变化的运动，因为速度是个矢量所以速度

不变化就是大小和方向都不变化的运动。

通常高中阶段说运动的规律就是说运动物体的速度与时间之间有什

么的关系。物体的位移与时间之间有什么样的关系。匀速直线运动速

度与时间的关系当然是不变化了，速度对时间来说就是个常函数，位

移对时间是正比例变化的函数关系，是一个一次函数的关系。如果函

数的角度来说吧，这里的时间就是自变量，速度和位移就是因变量。

其实也可以用图像来描述这些关系的，如果以时间为横轴速度为纵轴

这就是速度时间图像简称速度图像，如果横轴是时间，纵轴是位移这

就是位移时间图像简称位移图像。在速度图像中匀速直线运动的图线

是一条平行横轴的直线。位移图像是一条倾斜的直线，直线的斜率表

示物体速度的大小和方向。这样描述运动规律的方法高中阶段基本上

就是这样的两个方法了。就是用函数和图像的方法。

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经常听到大家谈论物体运动的规律，可是有些人不知道运动规

律指的是什么？不知道高中典型的运动规律有哪些。高中阶段经常研

究的物体运动规律通常指物体的速度和时间的关系，物体的位移和时

间的关系，这两个是最基本的物体运动规律。当然了有些物体的速度

和时间的关系是非常复杂的关系，自然界中大部分物体的速度和时间

的规律很能写成函数的形式。在高中阶段所研究的物体运动通常进行

了简化，其中比较重要的一个运动就是物体的加速度不变的运动，我

们简称匀变速运动。其中对于匀变速直线运动速度和时间之间满足一

次函数的关系，通常说速度与时间是线性的关系。而位移和时间的关

系是二次函数的关系。

高中常见的运动有匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、

匀速圆周运动、简谐运动。匀速直线运动的物体没有加速度，匀变速

直线运动物体加速度等于不为零的定值，平抛运动是加速度不变化的

曲线运动，匀速圆周运动是加速度大小不变的运动，简谐运动是加速

度大小和方向都变化的运动，但是加速度与速度在一条直线上。

高中阶段要熟练掌握的是匀变速直线运动、平抛运动、匀速圆

周运动。这三个运动是非常的典型的运动形式。对于平抛运动要学会

分解为两个直线运动进行研究它的运动规律，对于匀速圆周运动要知

道描述匀速圆周运动的物理量，还要知道这些物理量和向心力之间的

关系。

学好物理并不难11

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今天我想说说大家都知道的一个概念“力”。力在我日常生活

中经常的遇到，我们经常说你的用力啊！等等。其实物理学中力的概

念和日常生活中涉及到的力还是不同的。

早在两千多年以前，著名的哲学家亚里士多德对力有个说明，他

通过观察给力一个诠释，他说“力是使物体发生运动的原因”。他这

个对力的诠释是从生活中大量的观察得到的结论。我们应该辩证的看

待亚里士多德对力的理解。因为在当时的条件下能通过观察得出这样

的结论已经是很了不起的事情了。这个想法给人们的影响太深入，因

为他接近我们生活现象。可是伽利略通过自己的研究对力有了深入的

理解，他认为物体的运动与力没有关系，但是运动发生变化和力有关

系。简单点说可以这样的理解，物体的运动不需要力来维持，但是物

体从静止到运动或者从运动到静止是需要力来作用的。也就是说力是

物体运动状态发生变化的原因。今天我们知道力是物体间的相互作

用，是使物体产生加速度的原因。

对力这个概念的理解是不断深入的，物体间相互作用的时候，使

一些物理量发生了变化，我们说物体间发生作用的时候有些物理量发

生了传递，例如甲球与乙球在水平面上相互发生碰撞的时候，甲球的

速度减小，乙球的速度增加。但是甲球速度减少的量一般是不等于乙

球速度增加的量。甲球减少的机械能也不一定等于乙球增加的机械

能，但是在变化中有没有不变话的量哪？有的就是动量不变化，甲球

减少的动量一定等于乙球增加的动量。其实在两个小球碰撞的过程中

两个小球通过碰撞传递的是动量，那么力就是这个过程中所传递的动

量对时间的变化率，如果这个比值大就是相互作用的力大，如果这个

比值小就是相互之间作用力小。写成表达式就是两个物体间的作用力

等于动量对时间的变化率。

力是一个矢量，运算满足平行四边形定则。在高中阶段我们研究

一个力的时候，通常研究力的三要素、力的运算、力的瞬时作用效果、

力的时间积累效果、力的空间积累效果。

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重力在日常生活中太常见了，三岁的孩童都能说出重力来。但是

想把重力产生的道理，说的非常的明白真的不是一个简单的事情。我

们常说重力是由于地球的吸引而产生的，但不是地球对物体吸引的那

个力，地球对物体吸引的那个力称为引力，通过万有引力公式能计算

出来。在地球上的物体所受到重力的方向通常和地球对物体的引力不

在一条直线上，他们之间有个夹角，但是不大。因此有时在要求不是

很精确的时候可以认为二者在数值相同。

那么重力到底为什么和地球对物体的引力不同哪？下面我就试着说

说，看看能不能说的明白些。其实最主要的愿因是地球本身绕自己的

周自转的原因，因为地球自转所以地球不是一个严格的惯性参照系，

在地球表面的物体随地球自转的时候要受到惯性离心力的作用，这个

惯性离心力和地球对物体引力的合力就是我们通常所说的重力。当忽

略地球自转的时候当然就没有惯性离心力了，这个时候重力就等于地

球对物体的引力。因为地球自转的角速度非常的小，因此有时可以忽

略地球自转带来的效果。如果物体离开地球的表面不受地球自转的影

响时，我们通常所说物体的重力就是地球对物体的万有引力。

学好物理并不难13

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对于弹力估计大家不会陌生的，当物体发生弹性形变的时候就

要对使其发生形变的物体产生一个力的作用，这个力我们称之为弹

力。

形变顾名思义就是儿何形状发生变化，有的物体受到外力以后

儿何形状发生变化，当外力撤出以后他的儿何形变能恢复到原样，这

样的几何形变称之为弹性形变。弹性形变很常见的。做个实验吧，你

用手按一下自己的脸，就会发现脸部的形状发生了变化，当你手指拿

开的时候，脸的形状回复到了原样，这样的形变就称为弹性形变，这

个例子可以明白吧。呵呵，否则谁还敢洗脸啊！有些时候物体发生的

形变当外力去掉以后不能恢复到原样，这样的形变就称为塑性形变，

还是举个例子吧，包包子的时候我们要把包子捏出褶，这个时候发生

的就是塑性形变，否则包子那能有褶啊，对吧。

高中阶段我们判断两个物体间是否有弹力的存在，首先看看是不

是接触，然后看是不是有弹性形变产生，这两个条件缺一不可。其实

弹力的产生比较复杂，通常高中阶段只研究弹簧弹力与那些因素有

关。这个规律比较简单就是常说的胡克定律。

高中阶段对于弹簧要注意这些事情：

1、轻弹簧上各点受力大小相等

2、弹簧在弹性限度内产生的弹力大小具有对称性

3、弹簧产生的弹力等于形变量与劲度系数的乘积与原来是否有力

无关

4、弹簧产生的弹力不能突变

5、弹簧的弹性势能和本身的进劲度系数及形变量大小有关

学好物理并不难14

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不光滑的物体之间有摩擦力的作用，但对摩擦力的本质到目前

为止还是说法没有统一，就是有不同的理论观点。我们通常说不光滑

的物体间的摩擦力大，那么是不是越光滑的物体间摩擦力就越小哪？

其实不是的，完全光滑的物体间的摩擦力可能更大。

在高中阶段经常接触到的摩擦力分为两类，滑动摩擦力和静摩擦

力。区分是那种摩擦力不是看物体是否运动，而是看和其接触的物体

间是否有相对的运动，如果有相对运动那么物体间的摩擦力就是滑动

摩擦力，没有相对运动时物体间的摩擦力就是静摩擦力。例如把手掌

按在桌面上向前使劲的推手掌，当手掌相对桌面发生了相对滑动时一，

这时的摩擦力就是滑动摩擦力，如果手掌相对桌面没有运动那么这个

摩擦力就是静摩擦力。

比较难以判断的就是摩擦力的方向，这里只要抓住“相对”两个

字就可以了。滑动摩擦力的方向与物体间的相对运动方向相反，静摩

擦力的方向和物体间相对运动趋势的方向相反，你可以继续体会刚才

手掌按桌面的例子。学习时一定要注意摩擦力的方向和物体的运动方

向是没有关系的。再举个例子吧，你把自己的双手合十放在下胸前，

相互挤压的同时两只手分别的向上和向下用力，假设左手向下右手向

上用力，那么右手受的摩擦力的方向向下而左手受到的摩擦力向上。

如果这个时候你向前方走去，你的双手相对地面是运动的，但是此时

两手之间的摩擦力是静摩擦力，方向与运动的方向是垂直的。所以说

判断摩擦力是静的还是动的不是看物体的运动而是看与其有摩擦力

的物体间的相对运动和相对运动趋势来判断，摩擦力方向不是和物体

的运动方向相反而是和相对运动的方向相反。再举一个小例子吧，假

如你用手握住一个啤酒瓶子，这个时候摩擦力的方向和重力的方向相

反，就是向上的。如果手握住瓶子向上运动，摩擦力的方向与瓶子运

动的方向相同，如果手和瓶子向下运动，摩擦力的方向就和物体的运

动方向相反，如果手和瓶子水平运动摩擦力的方向就和瓶子的运动方

向垂直（这里都是匀速直线运动）。怎样，好判断吧！

对于滑动摩擦力的大小与物体间的正压力有关，等于摩擦因数和

物体间的正压力的乘积。可是静摩擦力的大小与物体产生相对运动趋

势的外力大小有关，一般由物体的运动状态和牛顿运动来求解，静摩

擦力的大小有个范围一般是大于零小于最大静摩擦力，最大静摩擦力

与正压力和物体间的静摩擦因数有关。高中阶段通常认为最大静摩擦

力等于物体的滑动摩擦力的大小。

学好物理并不难15

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经常遇到轻绳、轻杆、轻弹簧受到弹力的问题，我在这里说说这

个经常给大家带来麻烦的模型受力特点吧。先说“轻”啊，物理题中

经常的看到“小”“轻”“光滑”的字眼，“小”就是体积不计，可

视为质点的模型，“轻”就是质量不计，“光滑”就是没有摩擦。那

么轻绳、轻杆、轻弹簧就是不计质量的意思。

对绳、杆、弹簧拴接的物体而言，轻绳只能产生沿绳方向的拉力

不能产生支持力，方向指向绳收缩的方向。轻杆和弹簧对物体可以是

拉力也可是支持力。轻绳和轻杆对物体的作用力可以发生突变，但是

轻弹簧对物体的作用力不能发生突变。轻弹簧对物体作用力的大小与

形变成线性变化且关于原点成对称的特点。

绳上产生的力只能沿着绳的方向，杆上产生的力不一定沿杆的方向，

高中阶段只研究沿弹簧拉伸和压缩时产生的弹力。轻绳上的力（张力）

处处相等，当轻杆在两端受力时，如果杆静止那么这个两个力一定沿

杆的方向，称为二力杆件问题。如果受到三个力杆处于静止，这三个

力如果不平行，那么一定共点共面，称为三力汇交原理。

学好物理并不难16

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力的合成与分解很多同学感觉难学，究其根本就是不明白力的合

成与分解目的是什么。简单点说就是为了计算力的需要化繁为简。举

一个例子来说吧，我有两张五元的钱币，可以用一张10元的钱币代

替。为什么可以这样哪？原因是他们在商品交换中起到作用是等值

的。一个物体上受到两个力同时作用可不可以用一个力来代替哪？也

是可以的。问题是如何求这个力哪？能不能像刚才举的钱的那个例子

一样，把这两个作用在物体上力的值相加就是这个可以代替的力呢？

物理课上老师会说这绝对是不行的。因为力是矢量，矢量运算的时候

要按照矢量的法则进行运算。说的通俗一点力的合成就是把儿个力加

起来求这几个力的和的运算的过程。但是加的过程不能把力的值直接

的相加，必须按照矢量的运算法则相加。

通过上面的解释，对于力的分解估计你也能很快就理解了。还举

钱的例子吧，你可以把一张面值10元的纸币到银行或者朋友处换成

面值两张五元的纸币，从道理上说一张面值10元的纸币换成两张纸

币的组合有无数种组合，但是在实际中只有一种情况，就是两张面值

五元的纸币，没有面值是3元和7元的纸币。把一个力分解成两个力

的分解方式也有无数种组合，但是在实际的问题中要按照实际的作用

效果进行分解。当然了力的分解也应遵守矢量的分解法则，因为力是

个矢量。这里所说的法则就是平行四边形法则或者三角形法则。

学好物理并不难17

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牛顿的运动三条定律和万有引力定律是经典力学的四条基本定

律，也可以说是经典力学的框架。经典力学的物理规律都可以从牛顿

三定律推导出来。

对于牛顿第一定律很多人不是很重视，认为他的地位不是十分的

重要，甚至有的学习者认为牛顿第一定律就是牛顿第二定律的特殊情

况，就是物体不受力的情况下物体的运动规律。这种看法是错误的，

因为牛顿第一定律和第二定律及第三定律处于同等的重要地位。

对于物体的运动和力的关系，在很久以前以亚里士多德为代表的

人认为，物体的运动需要力来维持，物体不受力的作用就不能运动，

大约在17世纪30年代的时候伽利略对这个观点提出了质疑，他通过

理想实验和演绎推理分析得出物体的运动不需要力来维持，可是物体

的运动状态发生变化却需要力的作用。他经过分析得出物体不受力的

时候将保持原来的运动状态不变化。大约在伽利略去世100年以后，

牛顿在伽利略的基础之上完成了牛顿第一定律，内容是“不受力的物

体将保持静止或者是匀速直线运动的状态，直到有外力改变这中运动

状态为止”。也可以这样的说：“任何物体，只要没有外界因素的作

用，便会永远保持静止或者匀速直线运动的状态”。

牛顿第一定律告诉我们物体总有保持静止或者匀速运动的这个

性质称为惯性，这里第一次给出了惯性的概念，并进一步告诉我们惯

性是物体本身的固有属性，与某一个具体的物体无关，因此牛顿第一

定律又称为惯性定律。

人们谈论物体运动的时候离不开参考系，惯性定律在有的参考系

中是不成立的，但是实验表明，在某个参考系中，只要有某个物体满

足惯性定律，那么所有的其他物体在这个参考系中都服从惯性定律。

因此我们可以给出惯性参考系的定义：对某一个特定的物体惯性定律

成立的参考系，为惯性参考系。相对一个惯性系做匀速直线运动的一

切参考系都是惯性系。也就是说对于物理学规律来说，一切惯性系都

是等价的。不可能在惯性系统内部进行任何的物理实验来确定该系统

做匀速直线运动的速度。

学好物理并不难18

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物体在不受力的情况下保持匀速直线运动或者静止状态，物体所

受的合力不为零的时候运动状态就要发生改变。通过研究发现运动状

态改变的快慢与物体受到的合力大小及物体本身的质量有关系。用加

速度来描述运动状态改变的快慢，这样就会得到物体的加速度与物体

所受的合外力成正比与物体的质量成变比，加速度的方向和物体的和

外力的方向相同。

牛顿第二定律使我们认识到了决定物体运动规律的内在本质是

力，物体不同初始运动条件加上物体的受力就决定了物体运动的规

律。例如同样是只受重力作用的物体，如果初速度等于零那么物体就

做自由落体运动，如果物体有水平的初速度那么物体就做平抛运动，

如果物体有竖直向上的初速度那么物体就做竖直上抛运动。如果物体

的初速度不水平也不竖直那么物体就做斜抛运动。

牛顿第二定律把力和运动联系了起来，可以说加速度这个物理量

是联系力和运动的桥梁。通过牛顿第二定律我们对运动学量加速度有

了深入的理解，物体产生加速度的本质是物体受到了力的作用，而速

度变化的快慢只是运动状态变化的一种表现方式。

应用牛顿定律处理物理问题的时候要注意一下儿点:

1、明确研究对象是什么

2、被研究的对象都受到那些力的作用

3、对物体（研究对象）受力分析

4、建立坐标系列方程求解。

学好物理并不难19

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力是物体间的相互作用，这种相互作用有什么样的关系呢？牛

顿第三定律给出了解释。就是物体之间的相互作用大小相等、方向相

反、作用力在一条直线上。给这种相互作用力一个名字吧，我们物理

学上称为作用力与反作用力。其实把哪个力称为作用力和反作用力是

没有关系的，如果一个称为作用力那么另一个就称为反作用力。

很多同学易于把作用力和反作用的力的关系与二力平衡之间的

关系混淆了。作用力和反作用力一定是同时产生同时消失，一定是同

一种性质的力，作用效果不能相互的低效。二力平衡的两个力可以单

独存在，可以不是同一个性质的力，作用在物体上的效果可以抵消。

如果把作用力和反作用力看成哲学上所说的矛盾那就比较好理解了，

因为矛盾双方是对立统一的关系。

学好物理并不难20

文〃面向太阳

当学习了运动学以后，人们可能产生这样一个想法，日心说

和地心说不就是参考系选择的不同吗？我们发现持有这样观点的

人很多。其实不只是参考系的不同，应该说从地心说到日心说的

转变是一次真正意义上的科学革命。因为随着地心说向日心说的

改变使人们的自然观也发生了重大的改变。

一、使人们认识到地球是个不断运动的天体，打破了古代那

种认为天体与地球截然不同的观念。地球在人们心目中的地位不

再那么神圣，也是一个运动的天体。动摇了上帝在人心中的地位,

坚定了唯物主义的思想。

二、使人们对于运动有了新的认识，人们认识到自然界中没

有绝对静止的物体，运动都是相对的，抛弃了绝对运动的概念而

引入了相对运动的概念。

三、宇宙的中心是可以转移的，从宇宙中心可以转移的观念

发展到宇宙没有中心的观念，目前认为即使封闭但弯曲的宇宙也

可以没有中心。

纵观科学发展的历程，每一次科学观念的转变都付出了巨大的代价，

同时也产生了一批伟大的人物。

学好物理并不难21

文〃面向太阳

哥白尼去世后的第三年，丹麦的天文学家第谷诞生了。他对哥

白尼的日心说持否定的态度，他认为地球太笨重了，不可能动起来。

太阳系中除了地球以外的星体都是围绕太阳做匀速圆周运动的，太阳

带领这些星体再绕地球做匀速圆周运动。第谷的伟大贡献是通过他对

天体运动的观察，使天体位置的测量精度由原来的河提高到了*

他精确测量了777颗星体的位置，并修订火星的测量数据，就是现在

用最先进的仪器观测到的数据仅仅是对第谷观测数据微小的修修补

补，因该说他的测量在天文学上开创了一个新的时代。

在第谷去世的一年半以前，开普勒开始和第谷一起工作学习。

开普勒数学基础很好，对于很多现象都想从理论的角度用数学方法进

行处理。他想把第谷的观测数据归纳成一个数学规律。因该说有数学

天才的开普勒和善于观测的第谷的相遇是天文学发展史上的完美结

合。可惜他们合作不到两年第谷就离开了人世。

开普勒坚信哥白尼的日心说，他把第谷以地球为中心而观测到

的天体位置的数据全部换算成以太阳为中心的数据，也就是说如果在

太阳上观测这些星体的运动那么数据应是多少。这个工作是艰苦的，

花费了他整整四年的时间。在他对火星的数据的换算中发现火星的轨

道和与第谷观测的数据差距达到了ioL他坚信第谷观测的结果。因

此他想到可能是火星绕太阳的轨道不是一个圆，这样对人们坚信星体

运动的轨道是个正圆的观念发起了挑战，同时提出火星绕太阳的轨道

是个椭圆，这样才能很好的与第谷观测到的数据相吻合。

开普勒先后用了10年的时间发现了太阳系星体绕太阳运动的三

条定律，我们现在称为开普勒三定律。开普勒三定律的发现不仅使人

们认识到太阳系星体运动具有规律性，也是人们认识到整个宇宙的运

动也应该是有规律的。更使人们认识到观测只是科学进程的一个开

端，但是观测得到的事实并不等于对大自然的理解。通过第谷和开普

勒的工作使我们认识到发现物理规律的一条道路就是通过科学的观

测，然后对数据进行科学的分析，归纳得出规律，然后再用这个规律

去解释或者预测新的现象。

开普勒和伽利略是好朋友，但是二人没有谋过面。开普勒不知道伽

利略的惯性定律，伽利略依然认为太阳系的星体是围绕太阳做匀速圆

周运动的。而天才物理学家牛顿把二者完美的进行了结合，从而发现

了万有引力定律。真正的实现了物理学史上的第一次大综合，即天地

大综合，使人们认识到天上和地上同样遵循相同的物理规律。

学好物理并不难22

文〃面向太阳

开普勒的三定律告诉人们整个太阳系的天体的运动是有一定

的规律的，在当时人们还不知道隐含在规律背后的本质是什么。几乎

在同一个时期伽利略发现了惯性定律（牛顿在伽利略的基础上得出了

牛顿第一定律）惯性定律告诉人们，物体不受力的时候将沿直线运动。

可是天阳系的天体绕太阳做的是曲线运动，这在当时是被大家公认的

事实。那么这些天体做曲线运动的“动力”是什么哪？在当时这是个

无法解释的问题，有人可能想到了上帝。牛顿在这个问题上做了深入

的思考，他想到物体要做曲线运动运动，那么运动状态就要发生变化,

物体运动状态发生变化就需要受到力的作用，因此从逻辑上来说做曲

线运动的行星要受到一个力的作用。牛顿根据运动学的知识结合开普

勒的第三定律得出，如果在太阳和行星之间存在力，那么这个力应该

与太阳和行星的质量乘积成正比与他们之间的距离的平方成反比，这

个关系就是我们现在所知道的万有引力定律。今天我们可能用不到5

分钟的时间就能记住这个关系式，但是牛顿思考这个关系式花费他整

整十年的时间。牛顿是一个天才这无可否认，但是我们更应看到牛顿

对真理追求的执着。今天很多人都羡慕牛顿的成果，但没有人体会到

牛顿为得到真理所付出的艰辛。

牛顿凭借自己的数学天才用不同的方法在椭圆轨道的情况也得

出了行星绕太阳运动之间的引力关系。后来他把这中关系推广到了月

球和地球之间，通过用观测到的数据结合计算得出很好的结论上的吻

合。于是他想到宇宙间所有的有质量物体间都因该存在相互吸引的

力，正是这个力使天体间保持一定的规律运动着，通过万有引力定律

和运动学的知识很容易得出开普勒的三定律。开普勒是通过分析归纳

大量的天文观测数据得出了开普勒三定律，牛顿通过万有引力定律结

合运动学的规律经过演绎推理的方法得到了开普勒运动的三定律。这

不但使开普勒的运动规律找到了理论上的依据，更进一步说明了万有

引力的正确性及合理性。但是我们更应看到实验和理论的结合，分析

归纳、演绎推理在物理学上研究问题的重要性。

夜晚我们仰望浩瀚的宇宙，群星不停的运动着着，可谓纷繁复杂

多姿多彩，可是支配他们运动的规律是那么的简洁，那么的完美，那

么的明了。有人问李政道先生，在中国做学生的时候，刚接触物理学

的时候，有什么东西给你的印象最深？李政道毫不迟疑的回答说，是

物理法则的普适性深深的打动了我。物理法则既适用于地球上你的卧

室里的现象，也适用于火星上的现象。这一思想对他来说是新颖的，

激发他的兴趣。

牛顿的万有引力定律堪称物理学中普适性的经典楷模，赢得了后

世无数科学家的赞赏，鼓励了一代又一代有才华的青年走上了献身物

理学研究的道路。

学好物理并不难23

文〃面向太阳

万有引力的发现可谓物理学一件大事，正如美国一个文学家所说:

“科学真是迷人，根据零星的事实，增添一点猜想，就能赢得那么多

的收获”。真的是这样的，在牛顿建立万有引力定律大约100年以后,

著名的物理学家卡文迪许在实验室里通过扭称巧妙的测量出了万有

引力常量，从而使牛顿的万有引力定律由一个比例式变成了等式。正

是因为有了这个常量，卡文迪许才能用简单的方法测量出了地球的质

量。我每想到此事，都会为二人的工作赞叹不已，物理真的太奇妙奇

妙了！

万有引力定律的发现不仅使人们能计算地球的质量也能计算出太

阳的质量。还通过这个公式科学家还发现了未知的新天体，海王星和

冥王星就是通过万有引力定律的计算后发现的。我们生活的宇宙中，

天体的数量之多是无法统计的，但是各自都能按照一定的规律永不停

息的运动着，这都是万有引力作用的结果。

万有引力的发现不仅揭开了宇宙天体运动的秘密面纱，更是使人

们认识到天地和谐统一本质，天上地下规律是完全相同的。今天人们

已经成功的登上了月球，嫦娥和玉兔业已成为人们心中的一个神话，

火星车不断传回火星的照片，不久的将来人们可能要登录火星，了解

那里的秘密。全球卫星定位系统的建立使神话中的千里眼和顺耳成为

了现实。所有这些事情都与万有引力定律分不开的。

科学是圣神的，物理学更是迷人的。学好物理会使你走入迷人的

世界。

学好物理并不难24

文〃面向太阳

很多学生对于万有引力的适用条件不是十分的理解，甚至非常

的模糊。万有引力定律适用于两个质点间的作用力。如果两个物体不

能视为质点，牛顿应用他发明的微积分的方法也能处理这样物体间的

作用力，不过非常的麻烦。对于公式中距离，我们发现有的学生理解

不是很好。一个是当两物体间的距离趋于无穷大的时候，学生不能理

解为什么力可以认为等于零。对于这个问题可以这样的理解，当两个

物体间的作用力小到一定程度的时候就可以忽略不计了，但是从公式

的角度讲是不能为零的，对于到底力小到多小就可以忽略不计呢？我

们说很难一个具体的尺度可以衡量。要具体情况具体分析，例如你有

十万元钱，当你在有亿万身价的富翁堆里你就是穷人，但是你在普通

人中就是个富者。力大力小这就看和谁比了，因此说具体情况具体分

析。另一个是当物体间的距离趋于零的时候，两个物体间的作用力是

不是无穷大呢？很多的学生单从公式的角度认为此时力是无穷大的，

这个又是不对的。我经常给学生举这样的例子，当你把两个手指头捏

到一起的时候能否分开？学生说能啊？，可是这时两指头之间的距离

等于零啊，两个手指头之间的作用力应是无穷大啊？其实这个时候两

个指头之间的作用力不能是无穷大的，此时不能把两个手指头看成质

点，这个时候公式不适用了，所以不能用这个公式来计算这种情况下

两个指头之间的作用力了。

学好物理并不难25

文〃面向太阳

自然界的中物体是不断变化的，这个变化不仅仅是指位置的变

化，也可能是其他的变化，比如说速度、加速度、动能、势能、动量

等等。物理学的任务之一就是从纷繁复杂的变化之中找到不变的规

律。例如一个小球从高处落下来，我们通过观察就能发现小球的速度

越来越大，同时也发现小球距离地面的高度越来越小。如果从光滑斜

面的低端向上运动的小球，我们发现速度越来越小，同时小球上升的

高度也越来越大，通过观察我们就会发现身边很多的物体都具有这样

的特点，当一个量减少的时候另一个量增多了。在举一个例子吧，当

你去商场的时候，在买东西的过程中你会发现自己的钱越来越少的同

时，购买到的商品是越来越多。这时人们可能就要提出这样的问题，

这些减少的量和增多的量之间有没有什么联系没有啊。是不是减少就

等于增加的啊？

其实稍有物理常识的人都应该知道在小球自由下落的过程中，由

于重力做功使小球的重力势能转化为小球的动能，因此小球的速度就

会越来越大，而动能和重力势能之间能发生转化的原因就是因为重力

对小球做功的结果。

今天我想说说高中物理中非常重要的功这个物理概念。力作用在

物体上，物体发生了一段位移，我们说这个力对物体做了功。做功的

两个要素是力和位移，二者缺一不可。但是有力和位移也不一定这个

力对物体就做了功。还要看力和位移之间的夹角，如果两者的夹角等

于直角那么这个力对物体也是不做功的。力对物体做功与我们平时说

是否干活不是一回事的。比如说我们提一桶水水平的走回教室的过程

中，这个时候向上的提拉水桶的力对水桶不做功的，但是我们可干活

了啊，呵呵。

对于功的意义可以这样的理解，功是能量转化的量度，功是能量

转化的桥梁。对于被研究的对象来说，如果有力对它做了功可以认为

有能量通过做功传递给这个物体，当研究对象克服某个力做功的过程

就是通过做功把其能量传给其他的物体。

对研究对象来说做正功的过程就是能量的输入，做负功就是能量

的输出的过程。

学好物理并不难26

文〃面向太阳

对于功公式的理解很多同学感觉到很迷惑，其实很简单的事。下

面我们先说说这个力吧，公式中的力要求是恒力，就是大小和方向都

不能发生变化，如果是变力就不能用这个公式来进行计算功。公式中

的位移应该是物体相对地面的位移。高中阶段所研究的物体都可以看

成质点，所以没有必要区别是力的作用点的位移还是物体质心的位

移。还有就是正功和负功的判定，判断一个力做功的正功和负功通常

有三种办法。

1、看力和位移的夹角，夹角小于90度这个力做正功，夹角大于

90度这个力做负功，夹角等于90度这个力不做功。

2、看力和速度的夹角，方法同上。

3、从物体能量的变化来看，如果能量增多有力对物体做了正功,

如果能量减少有力对这个物体做了负功。

对于变力做功同学们也感觉很难处理，其实也不难，通常的情况

上就下面儿种方法。

1、化变力为恒力

2、应用动能定理

3、应用功能关系

4、应用功率与时间的成绩

5、应用力与位移的图像

以上是高中阶段求解变力做功的常用方法

学好物理并不难27

文〃面向太阳

动能定理是力学中一条很重要的定理，内容就是所研究对象

（物体）动能的变化与物体所受合外力功之间的关系。动能定理

研究的内容可以认为是一个过程量和两个状态量差值之间的关

系。这个内容在日常生活中有大量的事实相对应，例如：我们家

庭一个月内所使用的自来水就是一个过程量，而我们家的水表显

示的月初和月末的数字就是两个状态量，这样通过两个状态量的

差值就能知道这个过程量是多少。如果已知一个状态量和过程量

那么就能求出另一个状态量。应用在动能定理上来说就是知道了

研究对象的动能变化，就能求出这个过程中的功，如果知道了功

和一个状态的动能就能求出另一个状态的动能。在应用动能定理

解题的时候要注意以下儿个方面：

1、研究对象是那个物体必需明确

2、明确研究对象所对应的物理过程

3、选好过程的始末状态

4、分析在这个过程中有那些力做功求出合力的功

5、应用动能定理列出方程

学好物理并不难28

文〃面向太阳

重力是力学中常见的三种力之一，在地球表面附近我们近似

认为物体的重力不发生变化，即物体所受到的重力是个恒力。重

力对物体做功就是恒力对物体做功。通过研究发现重力对物体做

功与物体经过的路径没有关系，和物体初末位置有关。在物理学

中我们把做功与通过的路径没有关系和物体初末位置有关的力称

为保守力，把做功和路径有关系的力称为耗散力，因此重力是保

守力的一种。

功是一个过程量，应该等于两个状态量只差。做功的过程是

能量发生转化的过程，当然应该等于某种能量的两个状态的差值,

通过研究发现重力做功与重力势能的改变有关系，所以重力对物

体做功的过程就是物体重力势能改变的过程。

系统内物体之间有相互作用力且与相对位置有关系的能量称

为势能。

势能的大小与参考面的选取有关系，例如在桌面上有个物体,

如果选择桌面为零势面，那么这个物体的重力势能等于零，如果

选择地面为零势面物体的重力势能为正值，如果选取桌子上方某

一个位置为零势面，那么这个物体的重力势能为负值。势能的正

负只是表示比零势能大和小的事。

势能是系统共同所具有的，我们通常所说的物体的重力势能

其实是地球和物体这个体系间共同所具有的能量，但是通常只说

物体的重力势能。

重力对物体做正功的过程中，重力做功的值等于物体重力势

能的减少量，重力对物体做负功的值等于物体重力势能的增加量。

学好物理并不难29

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当物体发生弹性形变的时候，例如拉伸和压缩的弹簧，拉弯

的弓，正在支撑运动员上跳的撑杆等，都要恢复原状而对他接触

的物体产生弹力的作用，这个力我们称为弹力，弹力所作的功是

否也和那种势能有关系哪？

我们以一个常见的弹簧的拉升的过程来说明这个事情，用力

拉弹簧的一端使弹簧伸长，这个过程中我们知道这个拉力做了功,

我们又知道做功的过程是能量转化的过程，这个拉力作用在弹簧

上所以拉力做的功因该给了弹簧这个系统，弹簧这个系统能量应

该发生变化。在举一个常见的例子如果我们把一个弹簧压缩后放

在光滑的水平地面上一端固定在墙上，另一端连一个有质量的物

体，放开手后我们会发现物体被弹簧给推开了，这个过程中弹簧

的弹力对物理做了功，这说明压缩的弹簧系统具有做功的本领，

具有做功的本领我们就可以说这个系统具有能量，我们又发现弹

簧压缩或拉升的越厉害做功的本领就越强，说明所具有能量就越

多，其实也是告诉我们弹簧所具有的能量与弹簧的压缩或者拉伸

的长度有关系。我们把这个与弹簧形变有关系的能量称为弹性势

台匕

Bb。

除了重力势能和弹性势能之外，还有其他形式的势能。任何

形式的势能都是相应的物体系统由于其中各物体部分之间或物体

内的各部分之间存在相互作用力而具有的能，是由各物体间或物

体各部分之间的相对位置和相互作用力共同决定的。

以后我们还能提到构成物质的分子之间存在分子力而具有的势能称

为分子势能，电荷之间由于存在静电力而具有的势能称为点势能。

学好物理并不难30

文〃面向太阳

能量有多种形式且不同形式能量之间在一点的条件之下可以

相互件的转化，做机械运动的物体有动能和势能（重力势能和弹

性势能），动能和势能之间是可以相互转化的。我们把做机械运

动物体所具有的动能和势能统称为机械能。例如在空中的小球从

禁止开始下落我们会发现小球的速度越来越大，因此小球的动能

就越来越大，这是因为小球在下落的过程中重力势能越来越少，

减少的重力势能转化为小球的动能。通过研究发现减少的重力势

能等于增加的动能，也就是说小球在下落过程的的任何位置小球

的动能和重力势能的和是不不变化的，也就是通常所说的机械能

守恒。

对于机械能守恒中的守恒二字很多学生不能理解其深刻的内

涵，通常一些人认为守恒就是不变，其实守恒比不变的内涵要更

深一些，守恒的前提是不变，但是不变不一定就是守恒。物体的

机械能不变可以是动能和势能都不变那么总量就不变化，守恒更

强调动能和势能之间相互转化的过程中动能和势能综合保持不变

化。其实守恒强调的是变化之中的不变化的东西。另一方面不变

可以是两个状态一样我们就可以说是不变，守恒就是强调在整过

过程中任一个状态总量都不变化。

对于机械能守恒的表述可以有比同的方式，例如对一个单一

的物体（物体和地球组成的系统）我们可以说这个物体在一个状

态的机械能等于另一个状态的机械能，也可以说这个物体减少的

动能等于其增加的势能，对于两个物体（两个以上的物体）我们

还可以说一个物体机械能减少等于另一个物体机械能的增加。

对于在什么条件下机械能守恒呢？其实比较好的理解是当研

究的物体（系统）只发生机械能之间的转化，那么这个物体或者

系统机械能一定是守恒的。高中教材中一般这样的叙述，只有重

力、弹簧弹力做功时，发生动能和势能之间相互转化，如果动能

和势能的总量保持不变，我们就说这个物体（系统）机械能守恒。

大学的物理教材通常是这样的叙述的，对一个系统而言，如果系

统的外力对系统不做功，非保守内力做功的代数和等于零，那么

系统的机械能守恒。

守恒更有其深层次的意义，一种守恒对应一种对称性。所谓

的物理规律的对称性就是指一个物理规律经过某种操作以后物理

规律不发生变化。空间平移的对称性对应着动量守恒定律、空间

转动的对称性对应着角动量守恒定律、时间平移和反演的对称性

对应着能量守恒定律。所以有时我们说发现规律的过程也就是发

现对称性的过程。因为每一种对称性的背后都对应一种守恒的规

律。

学好物理并不难31

文〃面向太阳

我们的生活已经和电分不开了，一提到电人们自然想到电灯、

电话、电视、电脑电饭煲等等。如果现代的社会没有了电，可能

无法想象这个社会是什么样子的。

早在公元前600年左右，希腊人泰勒斯就发现了用毛皮摩擦

过的琥珀能吸引轻小的物体。公元一世纪我国学者王充在《论衡》

一书中提到过上述的现象。人们还发现，物体摩擦后能使物体吸

引轻小物体的现象不只是琥珀所独有的现象，像玻璃棒、硬橡胶

棒、硫磺或水晶块等也有这样的现象出现。

人们把物体经过摩擦后能吸引轻小物体的现象就说物体带了

电。现在的物理学知识已经能证明，物体带电的实质是物体本身

所带有的电荷发生了转移，当物体失去了电荷这个物体就带有正

电，当物体得到了多余的电荷物体就带有负电。但是自然界总的

电荷量的代数和不变化，这就是电荷守恒定律。

今天我们已经知道使物体带电的方法有三种，一种方式摩擦

起电，就是不同的物体间靠摩擦作用使电荷从一个物体转移到另

一个物体。第二种方法就是感应起电，通过静电感应使物体上的

电荷分别移动到物体的两端，然后把这个物体从中间分成两个部

分，那么每一个部分让就带有了不同的电荷。第三中方法就是接

触起电，用一个带电的物体去接触另一个不带电的物体，这样就

能使电荷发生了转移，结果使物体带电了。

不论哪种方式起电都遵守电荷守恒定律。只不过是电荷发生

了转移而已。

学好物理并不难32

文〃面向太阳

当人们发现物体带电以后，进一步的研究发现，自然界中只

有两种电荷。这两种电荷的电性相反，如果我们规定一种电荷为

正电荷那么另一种就为负电荷。为了研究问题的方便我们规定用

丝绸摩擦玻璃棒后玻璃棒所带有的电荷为正电荷。当然了丝绸就

带有了负电荷。

人们还发现电荷之间有力的作用，异种电荷相互吸引，同种

电荷相互排斥。他们之间的作用力的大小和电荷量的多少有关还

和两个电荷之间的距离有关系。

法国的工程天才库仑在1784年到1785年间设计了一台精巧

的能够测出10的-8次方微弱的作用力的扭秤,用来测量两个电荷

之间的作用力的大小。库仑做这个测量的时候用到了控制变量的

方法，先保持电荷量不变化通过类比的方法得出两个带电体之间

的作用力与距离的平方成反比，在保持距离不变的情况下他通过

均分电量的方法得出作用力和电量的乘积成正比。然后得出库仑

定律。文字表述为“正空中两个静止的点电荷他们之间的作用力

的的小与他们之间的距离成反比与电量的成绩成正比；作用的方

向沿着他们的联线，同号电荷相斥异号电荷相吸引。两个电荷之

间的作用力与第三个电荷的存在与否没有关系。两个电荷对同一

个电荷的作用力满足矢量叠加的方法。

库仑定律的适用条件是真空中，如果不是真空中就是电介常

数不同，通常的空气中可以近似的认为是在真空中关系。如果不

是点电荷可以采用微积分的方法得到两个带电体之间的作用力的

大小。如果电荷不是静止的运动接近光速时候就会存在推迟效应

这个时候二者的作用力不在他们的联线上，这个问题高中阶段不

做研究。

库仑定律是在宏观的情况下通过实验得到的物理规律，但是同样适用

微观情况下电荷之间的作用力。

学好物理并不难33

文〃面向太阳

库仑定律告诉我们电荷直间的力和那些因素有关，但是库仑

定律没有指出电荷之间的作用力的本质是什么？也就是说为什么

他们之间有力的作用。

尽管电荷之间没有相互接触可是他们之间的确有力的作用，

因为这个很多人当时认为这种力是超距作用的力，但是人们还是

接受近距作用的观点的。

电荷之间的作用力是通过场来传递或者说作为媒介的。甲乙

电荷之间有力的作用的原因可以这样的理解。甲电荷产生电场，

乙电荷受到甲电荷场的做好用，乙电荷也产生电场，甲电荷在这

个场中是场对乙电荷的作用。这样来理解就符合力是近距作用的

观点了。

场是一种特殊的物质，不以人的意志为转移的客观实在。按

照现代的观点场具有质量能量和动量。

电场有其特殊的性质，放到电场中的电荷受到力的作用，放

到电场中的电荷具有能量。如果空间有几个电荷那么空间中的某

一点的场等于儿个电荷单独产生的场的矢量叠加，这就是场的叠

加原理。场具有唯一性，也就是说空间某一点的场是唯一的一个

值。

因为场对于其中的电荷有力的特性，所以人们就想知道不同

电荷在电场中同一点受到的力是否相同，同一个电荷在电场中的

不同点受到力是否相同，不同有什么样的关系哪？这样我就必须

引入一个描述电场对电荷作用力强弱的物理量。这个物理量就是

我们通常所说的电场强度。

还因为放到电场中的电荷具有能量性质，人们自然想到不同的电荷在

电场中的同一点能量是否相同哪？相同的电荷在电场中的不同点所

具有的能量是否相同哪？这样就引入了电势这个物理量，但是由于电

势这个物理量具有相对性所以有引入一个电势差的概念，电势差是个

绝对量，与选取的参照点没有关系。

学好物理并不难34

文〃面向太阳

场这种物质和我们日常生活中见到的有形的物体不同。场有

适量场和标量场，所谓的标量场就是在该场空间中任何一点只用

一个数值描述就可以了，但是适量场在场空间中各点不只是数值

还必须有方向来同时描述该场的量，例如温度场就是一个标量场,

场中各点只用一个数值就可以描述温度的大小。电场就是一个适

量场，在场中任何一点不但有大小还要有方向同时来描述电场的

强弱这个特性。

对于适量场的描述通常要引入两个物理量既通量和环流来描

述场的特性。所谓的通量是这样规定的，取一个闭合的封闭曲面

（这个曲面通常称为高斯面）看有没有物质流进或者流出这个闭

合的曲面，如果同时存在物质的流进和流出，那么就要看净流量

等于多少。在场中取一个单位面积的面，这个单位面积的面我们

通常称为面元，要计算单位时间内有多少物质流过这个面元，计

算的方法是这样的，用面元的面积大小乘以垂直面元的速度适量

的分量就可以了，这个乘积的值成为流过该面的通量，把所有这

些面元的通量向累加就是流过这个闭合曲面的通量。对于静电场

而言，不可能真的有什么物质流入或者流出某一个曲面。但是我

们可以这样的来处理这个问题，在电场的空间中任取一个闭合的

曲面，在曲面上选取一个面元，用面元的面积乘以垂直该面元的

电场强度的值，就是通过该面元的电通量，然后把这个曲面上所

有的面元通量累加起来，这样就能求出通过这个闭合曲面的净流

量，也就是电通量。

所谓的环流就好比水面有漩涡似的。可以这样的理解，比如

说在水中某个区域，存在一根管子，管子的内外都有水，但是由

于某种原因管子外面的水凝固了，而管内的水依然流动，也就是

有速度，这时用管内水流动的速度乘以管的长度的值就是沿这个

管的环流。同样道理在电场中不可能有什么东西真正的沿某一个

环路在流动，我们可以在电场中任取一个闭合的环路（也就是一

个闭合的曲线），在这个闭合的曲线上取一小段，用这一小段曲

线的长度乘以沿该小段电场强度的值，然后把曲线上所有这些曲

线段与电场的乘积累加就是沿该曲线的环流。

在所研究的电场中如果电通量等于零的电场称为无源场，电

通量不等于零的电场成为有源场。环流等于零的电场称为无旋场,

环流不等于零的电场称为有旋场。

高中阶段接触到的静电场就是有源无旋的电场，变化的磁场

激发的电场就是一个有旋无源的电场。

学好物理并不难35

文〃面向太阳

对于场人们一直在寻求用最简单最直观的方法来描述。特别

是矢量场（例如电磁场）人们想到用适量线的方法来描述，就是

在场中某一点用适量线的长度来表示场值的大小，用适量线的方

向表示场的方向，这样就能用儿何的方法形象直观的描述场了。

这样描述在理论上可行但是在实际上确有很大的麻烦，如果这样

描述场会显得很乱。经过思考和创新科学家们采用这样的方式来

形象直观的描述场，用一组曲线来描述场的性质，及曲线上某点

切线的方向和该处场的方向一致，用通过该处单位面积的线的条

数来描述场的大小，这样就能描述场的大小和方向了。这样的一

组曲线就是我们现在所常见的场线。

学好物理并不难36

文〃面向太阳

真的没有办法还的说几句枯燥的语言。从数学的角度讲只要是

空间的性质与坐标有关且可以用坐标的数值来描述这些特性那么这

个空间就称之为场。

如果这些场和时间没有关系那么这个场称为静态场。如果场中

任意点的性质只用一个数值来描述就可以的场称为标量场，如果空间

某点必须用大小和方向同时来描述那么这样的场称之为适量场。

从纯数学的角度来说，描述场有专门的数学方法。通常用这三个

概念梯度、散度、旋度还有两个定理高斯定理和斯托克斯定理。

高斯定理是描述通量和散度之间的关系的，简单说就是通过某一

闭合曲面的通量等于闭合曲面包含的体积与与该物理量散度的乘积。

斯托克斯定理是描述环流和旋度之间的关系的，简单点说就是在

场中某一物理量沿某一闭合回路的切向积分（也就是沿闭合回路的环

流）等于闭合路径围成的面积乘以该物理量量的法向的旋度。

通过数学知识可以知道某一个无旋的矢量场可以用一个标量场的梯

度来描述。例如静电场的电场强度就是一个矢量场，可以用一个标量

电势场的梯度来描述。这样就可以用一个标量场来描述矢量场所具有

的特性了，使问题得到简化。

学好物理并不难37

文〃面向太阳

很多学生对带电粒子在电场中的运动感到很模糊，甚至找不到处

理问题的方法和思路。其实这个问题非常简单，带电体在电场中一定

要受到电场力的作用，要想明确带电体的运动规律，那就必须清楚带

电体的受力情况和初