談?wù)勥^程量和狀態(tài)量

談?wù)勥^程量和狀態(tài)量上海師范大學附屬中學李樹祥剛剛結(jié)束的2018年上海物理學業(yè)水平等級考試，試題相比2017年發(fā)生了很大變化，也和同學們平常的訓練題差異性很大。命題者的意圖很清晰：即要求同學們摒棄傳統(tǒng)的題海戰(zhàn)術(shù)，從題海中跳出來；要注重物理概念和規(guī)律的理解，要促進自己物理核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。如題目中出現(xiàn)了如下一道選擇題：有些物理量是過程量,有的是狀態(tài)量，下面哪個是過程量：A．熱量B.內(nèi)能C.壓強D.體積。雖然在平常的學習中，我們經(jīng)常會接觸到過程量和狀態(tài)量，也刷了涉及過程量和狀態(tài)量的大量練習題，如涉及此題四個量中的壓強的求解、等溫變化過程中波義耳定律的應(yīng)用，等容變化過程中的查理定律的應(yīng)用、以及涉及熱量的熱力學第一定律的應(yīng)用等等，但考完了解下來，竟然還有好多同學做錯，原因就在于平時做題時，只是忙于套用公式，卻對最基本的過程量和狀態(tài)量不求甚解，那么，什么是過程量和狀態(tài)量呢？過程量與狀態(tài)量的定義在中學物理中,幾乎所有的物理概念、公式、規(guī)律和定律等都可概括為兩大類,一類是描述物理狀態(tài)的，另一類是描述物理過程的。物體在不同時刻、不同位置處于不同狀態(tài)，一般要用不同的物理量或同一物理量的不同量值來描述，我們把這類描述物體在某一時刻或某一位置所處狀態(tài)的物理量叫做狀態(tài)量。如某一時刻物體所處的位置坐標、瞬時速度、能量、電場中電荷在某點具有的電勢能、氣體的壓強、溫度、體積等。描述一個狀態(tài)可以同時使用不止一個狀態(tài)量，狀態(tài)量既可以是矢量，如瞬時速度、瞬時加速度等，也可以是標量；如溫度、體積、能量等?！盃顟B(tài)量”總是與時刻(或位置)對應(yīng),物體在從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的變化過程中，相關(guān)物理量也會發(fā)生變化，我們把這類描述物體在某段時間或空間某段位移所經(jīng)歷的過程的物理量叫做過程量，如位移、功、能量的變化量等；描述一個過程也可以同時使用不止一個過程量。過程量同樣既可以是矢量、如位移、平均速度等，也可以是標量，如熱量、功等?！斑^程量”總是與時間(或空間)相對應(yīng)。過程量與狀態(tài)量的關(guān)系狀態(tài)量與過程量是有區(qū)別的，這可以從它們的特點看出來。利用這些特點很容易判斷出一個物理量是狀態(tài)量還是過程量。狀態(tài)量的特點是與時刻或與空間位置有關(guān)，因此，與時間參考點的選取及參照系、坐標系的選取有關(guān)；它是相對量，這是因為對運動的描述是對一個個狀態(tài)的描述，而狀態(tài)是相對的；過程量的特點是與時間有關(guān)，或與空間位置變化有關(guān)，與參考點及參照系的選取無關(guān)，是絕對量，這是因為解題關(guān)鍵：過程量和狀態(tài)量的應(yīng)用與求解一個物理問題的求解，最重要的是過程量和狀態(tài)量的應(yīng)用與求解。這其中很重要的一個環(huán)節(jié)即是對題目中所包含的物理過程和物理狀態(tài)的分析，只有對物理過程的本質(zhì)作深刻的透析，才能發(fā)現(xiàn)其遵循的規(guī)律，才能選擇相應(yīng)的物理公式、規(guī)律去求解某狀態(tài)下的未知狀態(tài)參量或某過程中未知過程量，達到對問題的求解目的。對物理狀態(tài)和過程作出清晰明了的認識和分析是重點問題，也是一個難點問題。一般說，一個具體的物理問題可能只討論某一確定狀態(tài)下各參量間的關(guān)系，但有些相對復(fù)雜的問題往往包含幾個或多個連續(xù)復(fù)雜的過程，這就要求學生樹立將復(fù)雜過程分為若干個相對簡單的過程來處理的意識，對每個階段初末狀態(tài)及每個過程遵循的物理規(guī)律作深入的分析，同時要注意兩相鄰過程的中間狀態(tài)，或某過程中的臨界狀態(tài)的分析。所有這些如果都分析清楚了，一般來說問題的解決思路也就明確了。首先，審題是解題的關(guān)鍵。審清題目中的隱含條件。任何物理問題，都在特定的物理條件和范圍內(nèi)根據(jù)物理現(xiàn)象的變化規(guī)律擬定的。一部分題設(shè)定的條件可直接給出，也有一部分條件隱含在一個或幾個明顯條件的背后，如果找不出和利用這些隱含這些條件，就會導(dǎo)致解題錯誤甚至無法求解。而所謂的難題就是題目中還有隱含狀態(tài)、隱含過程，要把隱含狀態(tài)、隱含過程也“翻譯”成物理方程。其次，注意審清物理過程的臨界狀態(tài)，形成正確的物理過程圖景。有很多物理問題都涉及到臨界狀態(tài)，由于臨界狀態(tài)是“問題”發(fā)生突變的關(guān)鍵所在，在物理問題中又帶有隱蔽性，稍有不留心就會導(dǎo)致錯解。因此解決這類問題時，要審清題意，弄清物理過程，特別是要注意承前啟后的物理量，確定臨界值，抓住了這一關(guān)鍵，問題就會迎刃而解。例1（2017年上海等級考試題）如圖，與水平面夾角θ＝37°的斜面和半徑R=0.4m的光滑圓軌道相切于B點，且固定于豎直平面內(nèi)。滑塊從斜面上的A點由靜止釋放，經(jīng)B點后沿圓軌道運動，通過最高點C時軌道對滑塊的彈力為零。已知滑塊與斜面間動摩擦因數(shù)μ=0.25。（g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）求：ACBRh37°圖3（ACBRh37°圖3（2）滑塊在B點的速度大小vB；（3）A、B兩點間的高度差h。析解：（1）由題意，在C處滑塊僅在重力作用下做圓周運動，設(shè)滑塊質(zhì)量為m，由牛頓第二定律得（2）由幾何關(guān)系，B、C間高度H為，滑塊由B到C的運動過程中僅重力做功，機械能守恒。mgNf圖4設(shè)B為勢能零點，代入已知數(shù)據(jù)可得mgNf圖4（3）解法一：滑塊由A到B過程受力如圖4由牛頓定律解得代入已知數(shù)據(jù)可得a=4m/s2設(shè)A、B間距為L，由勻加速運動公式及幾何關(guān)系得解法二：滑塊由A到B過程受力如圖4由動能定理可得：，由牛頓定律可得幾何關(guān)系，得最后再來讓我們看看2018年的這道等級考試題，由于在物理學中，要用體積、溫度、壓強等物理量來描述氣體的狀態(tài)，所以這幾個量被稱為氣體的狀態(tài)參量，自然這三個量是狀態(tài)量了。物體內(nèi)能指的是物體內(nèi)部所有分子做無規(guī)則運動的動能和分子勢能的總和，而溫度升高時，物體的無規(guī)則運動會變劇烈，氣體體積變化時會導(dǎo)致分子間距離