学习物理,公式是关键的一环。可以说,公式对于同学们正确认识和掌握物理这门学科的规律,以及应用其中的规律都是十分重要的。
前边我们在讨论数学的学习方法时,专门强调过数学公式的掌握方法和要点。但是,物理公式,与数学公式不同。物理学科本身的特点决定了物理公式相互之间在很大程度上是“互通”的。
从基本原理来说,比如电生磁,磁生电,因此电学与磁场的物理公式可以通过代换单位相互推导出来。加速度方面的公式,则与力学公式有着千丝万缕的联系。因此,我们可以说,物理公式其实万变不离其宗。相比数学,在物理公式的掌握上,同学们可以更少的借助死记硬背,而是通过掌握公式相互之间的关联去记忆,如此才能够达到最佳的学习效果。
在学习过程中,同学们要先搞清楚每个物理量的含义。也就是说,要弄清物理公式中每个符号表示什么物理量,每个物理量表示什么物理意义,其内涵是什么,外延是什么,有哪些单位,在国际单位制中的单位是什么,这个物理量有没有方向性,在公式中有没有正负之分,等等。这是学习物理公式的前提和基础。
陈政同学的物理成绩在全年级都一直遥遥领先,每当有同学向他请教如何学习物理的时候,他总是简单明了的一句话:自己推公式。有的同学认为他太高傲了,自己有学习秘诀,却不愿意与别人分享。但也有一些同学,通过陈政的简单指点,取得了物理学习上的进步。
显然,后来这些同学真正听懂了陈政的那句话——自己推公式,并且真正地付诸行动了。通过运用自己推导公式这一方法,他们在物理学习方面开了窍,从而提高了成绩。
当然,要想真正做到自己推导物理公式,同学们除了要做到搞清楚每个物理量的含义外,还要掌握以下几点要素:
第一,先了解公式的性质。它包括公式的分类、因果性、矢量性、对称性四个方面。下面我们从具体的公式来分析一下:
1.物理公式的分类。
物理公式分为物理量的定义式、物理量的决定式和一般联系式。物理量的定义式,如重力定义式G=mg;物理量的决定式,如电阻R=ρ(L/S);等等。弄清公式属于哪一种类型,对于理解公式中物理量的因果关系、适用条件等具有十分重要的意义。
定义式普遍适用,无须条件;决定式指出了物理量决定于什么因素,与这些因素是什么关系,公式中因果关系非常明确,对于理解该物理量的本质十分重要。
2.因果性。
比如,牛顿第二定律通常写成F=ma的形式,但应明确m、F是原因,a是结果,m、F是自变量,a是函数。这种关系是不能变化的。
3.对称性。
牛顿万有引力公式为F=(G×M1×M2)/R2,其中M1、M2位置互换后,表达式不变,这称为公式的对称性。万有引力定律中的这种对称性反映了M1、M2两个物体的平等地位,是万有引力定律的重要特点。具有这种对称性的还有库仑定律、透镜成像公式等。发现和认识这种对称性,对于同学们理解物理公式的含义具有很大的帮助作用。
第二,熟练掌握公式的成立条件和适用范围。每个公式都有各自的适用范围,若超出了这个范围,则不成立。弄清公式的成立条件、适用范围,对于能否正确利用公式来解决物理问题非常重要。
第三,搞清楚公式来源。每一个物理公式背后都有着丰富的故事和背景,这些物理公式的来源同学们也要搞清楚。物理公式的来源大致可以分为这样三类:一类是实验定律,是直接根据实验分析总结出来的规律,如欧姆定律、法拉第电磁感应定律;第二类是归纳总结定律,是在已有的实验规律基础上又总结得出来的结论,是已有规律的归纳提高。第三类是扩展推广性定律,是利用已知物理规律,从某个角度去推导而得出的规律,是已有规律的扩展。比如动量定理、动能定理都是牛顿第二定律的扩展。
弄清一个公式的来源及属于上述哪种情况,对于理解公式与其他公式的关系、该公式所处地位是十分重要的。若是第二、第三种情况,就要知道该公式是根据哪些规律得来的、如何得来,这对于理解公式的适用范围和适用条件很有帮助,也有利于同学们形成完善的物理网络知识结构。
第四,掌握物理公式的变式。我们前边说过,物理公式很多都是互相关联的,可以通过变式来互相推导。同学们熟练掌握这些推导过程,对于理解和记忆物理公式有很大的帮助。
第五,学会比较相似的物理公式。很多物理公式具有相似性,比如万有引力定律表达式与库仑定律表达式,串联电阻公式与并联电容公式,并联电阻公式与串联电容公式。一系列采用比值定义的物理量的定义式也是相似的。通过这些公式的比较,一方面可以方便公式的记忆,进行记忆迁移,另一方面也可以帮助同学们对公式进行理解,较快地进行认识上的迁移。同时,还可以研究发现这些公式相似的原因,帮助同学们进行知识上的创新。
总而言之,物理公式不光要记住,要想真正触类旁通,同学们还是要在理解的基础上自己进行推导。真正将物理知识融会贯通之后,你就会发现物理公式其实是万变不离其宗的。这个时候,学习起物理来也就容易很多了。