大自然的萬物或者說組成它的微粒子丰介,與生俱來就具有物質(zhì)性和運動性背蟆。微觀粒子有個“測不準原則”鉴分,它總是在不停運動,你根本無法測定带膀,它下一刻出現(xiàn)在什么地方志珍。牛頓說過:“物質(zhì)即能量、能量即物質(zhì)”垛叨。它們之間的互相轉(zhuǎn)化伦糯,就是一種運動。
物質(zhì)與運動嗽元,常常以形態(tài)敛纲、運動形式的方式來表現(xiàn)它們的存在;但是我們怎樣去把握它剂癌,這就靠量值淤翔。量值(物理量),往往反映的是物質(zhì)與運動中最本質(zhì)的東西佩谷。
所以我們對物理的把握常常從物質(zhì)的形態(tài)(屬性)旁壮、運動(規(guī)律)及它們各自狀態(tài)的量值(物理量)去認識它們。首先說一下物理量谐檀,再通過物理量去認識形態(tài)與運動抡谐。
一、物理量
科學家開爾文說:
“當你能夠量度你所說的東西桐猬,并且能用‘數(shù)’來表示麦撵,那你就對它有所了解了,如果你不能量度而且不能用‘數(shù)’來表示它溃肪,那你的知識便是貧乏的和不能令人滿意的免胃。”
在物理學中惫撰,把反應(yīng)物質(zhì)與運動中那些最本質(zhì)的量值杜秸,統(tǒng)稱為物理量。
大凡物理量都是有名稱的润绎,物理量的名稱就是我們通常所說的物理概念撬碟。比如,溫度莉撇、密度呢蛤、氣壓等等。物理量的單位常用科學家的名字命名棍郎,比如溫度的單位華氏(華倫海特(1686—1736))其障、攝氏(攝爾修斯(1701—1744))。
物理這門科學從某種意義上也可以講涂佃,它是科學家們在尋找物理量励翼,并發(fā)現(xiàn)物理量之間關(guān)系的一門科學蜈敢。
二、關(guān)于物質(zhì)的一些基礎(chǔ)認知
1汽抚、物質(zhì)在空間尺度上的劃分
科學家們通常將物質(zhì)占據(jù)的空間劃分為四類抓狭。
一是宏觀,指人類肉眼看得見的物體尺度造烁。
二是微觀否过,指人類肉眼看不見的分子、原子尺度惭蟋。
三是介觀苗桂,指分子、原子尺度和肉眼看得見的最小微粒之間的尺度告组。
比如納米(10-9m)微粒煤伟,就屬于介觀尺度范圍。該尺度的微觀粒子通常都具有許多奇特的性質(zhì)木缝。例如持偏,納米陶瓷、納米鋼管氨肌、納米磁性材料、納米復(fù)合材料(能吸收電磁波酌畜,進而可用作隱形飛機的涂料)等怎囚,都具有各種奇特的性質(zhì)。這也是物質(zhì)在運動變化過程中桥胞,由量變到質(zhì)變的表現(xiàn)恳守。
四是宇觀,指離我們非常遙遠的天體尺度贩虾。
(從大到小排列:宇觀催烘、宏觀、介觀缎罢、微觀)
2伊群、物質(zhì)的形態(tài)
物質(zhì)的形態(tài)有固態(tài)、液態(tài)策精、氣態(tài)舰始,它們在一定條件下會相互轉(zhuǎn)化。如果物質(zhì)從固態(tài)直接變成氣態(tài)叫升華咽袜,如香皂發(fā)出氣味這就是固體表面發(fā)生升華丸卷;反之叫凝華,如冬天窗戶上的冰花询刹、霜谜嫉、霧凇等都是凝華萎坷。
物質(zhì)的形態(tài)變化就其本質(zhì)而言,都是因物質(zhì)內(nèi)部我們看不見的大量分子在不停地做無規(guī)則運動沐兰,以及分子間存在相互作用力的結(jié)果哆档。
通常情況下,物質(zhì)吸熱時僧鲁,其內(nèi)部分子運動會變得激烈一些虐呻,于是,就會有一些運動速度較大的分子寞秃,掙脫固態(tài)物質(zhì)內(nèi)部分子的引力作用斟叼,離開固態(tài)物質(zhì)直接變成氣態(tài)。當形成的氣態(tài)物質(zhì)放熱時春寿,其內(nèi)部的分子運動又會變得緩慢起來朗涩,于是,它們又會在分子引力作用下凝結(jié)在一起绑改,又變回到固態(tài)谢床。
這就是物質(zhì)的升華和凝華現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)原因。
3厘线、物質(zhì)的屬性
物質(zhì)的屬性也就是物理屬性识腿。在物理學中,我們還常吃熳常看到“物理現(xiàn)象”渡讼、“物理變化”的說法,它們指的是當物質(zhì)本身不發(fā)生質(zhì)的變化時耳璧,所表現(xiàn)出來的各種現(xiàn)象成箫、變化和性質(zhì)。即物理現(xiàn)象旨枯、物理變化蹬昌、物理屬性。
例如攀隔,“金屬導熱”的現(xiàn)象是物理現(xiàn)象皂贩,“金屬熔化”的現(xiàn)象是物理變化,“金屬熔化過程中溫度不變”的現(xiàn)象是物理屬性昆汹。這些現(xiàn)象先紫、變化和性質(zhì),均屬于物理學所研究的內(nèi)容筹煮。因此遮精,人們又常常說“
物理學是研究物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)運動與變化的現(xiàn)象,以及這些現(xiàn)象在運動與變化中所遵循的規(guī)律的一門科學
”。
物質(zhì)的物理屬性包括:狀態(tài)本冲、硬度准脂、密度、透明度檬洞、導電性狸膏、導熱性、磁性(物體能夠吸引鐵添怔、鈷湾戳、鎳等物質(zhì)的性質(zhì))、彈性與范性(范性是指作用力撤消广料,不再發(fā)生彈性變形砾脑;與彈性相對);
此外還有:脆性艾杏、抗壓性韧衣、抗拉性、延展性购桑、粘度畅铭、顏色、韌性勃蜘、耐腐蝕硕噩、透風性、吸水牲等(只要我們能想到的缭贡,基本都是炉擅;所以物質(zhì)與物質(zhì)之間都是千絲萬縷的連系的,若干年前都是一個根系的)匀归。
不同物質(zhì)具有不同的物理屬性,性質(zhì)決定了用途耗帕。對于無數(shù)的物體穆端,如果按照物質(zhì)的物理屬性加以分類、研究仿便,是研究問題的比較簡單的方法体啰,科學家與發(fā)明家常用這種方法并取得了豐碩的果實。
4嗽仪、量值
物質(zhì)的量值有長度荒勇、時間、溫度闻坚、質(zhì)量沽翔、密度、......,每一種屬性都有它的量值仅偎,也都源于自然跨蟹。比如質(zhì)量:
人們將1000立方厘米的純水,在4℃時的質(zhì)量規(guī)定為1千克(kg)橘沥。
這是單一單位窗轩,在物理學中,還有一種復(fù)合單位座咆。比如人們常用求比值和乘積的方法導出新的物理量痢艺。由于比值和乘積通常都涉及兩個物理量,它們各自都有自己的單位介陶,因此堤舒,新物理量的單位就由這兩個相關(guān)物理量的單位來組合而成,通常稱復(fù)合單位斤蔓。用比值和乘積方法能精準地描述物理現(xiàn)象或物理事實(數(shù)學是精雕細刻大自然的最佳工具)植酥。
三、題外:科學的一般認知規(guī)律
物理是個通過實驗或者現(xiàn)象弦牡,經(jīng)過歸納友驮、概括和總結(jié)得出一種一般性規(guī)律然后再去不斷驗證的科學。當然驾锰,這也是人類的一種能力卸留。歸納的方式有提綱式、表格式以及方框圖式等椭豫。
科學家們就常用文字耻瑟、圖表(圖像、表格)和公式(描述)三種方法赏酥,來呈現(xiàn)自己科學研究成果的喳整;物理教材也基本這樣編寫。
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