导言
今天在学习实现物理效果时候,注意到物理学中的定义式和推到式是有区别的。 这里记录一下
物理中的定义式与推导式
在物理学中,定义式和推导式是构建理论体系的两大基石。它们功能不同,但相辅相成,共同帮助我们理解、描述和预测物理规律。
定义式
定义式是为了定义一个物理概念本身而引入的公式。它规定了某个物理量“是什么”,是建立该物理量的最初依据。 通过可观测量的组合来量化无法直接测量的物理性质。
核心特点:
- 无推导过程:是一种“规定”或“约定俗成”,而非从其他定律推导出的结论。
- 普适性:在任何情况下都成立,只要该物理量存在。
- 揭示本质:明确了如何测量和计算这个物理量。
- 无函数关系:等号右边的物理量是定义的基本要素,而非影响其变化的因素。
经典例子:
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密度: ρ=m/V
为描述物质疏密程度而定义。
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速度(平均): v=Δs/Δt
为描述物体运动快慢而定义。
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压强: p=F/S
为描述压力作用效果而定义。
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电场强度: E=F/q
为描述电场强弱而定义。
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电阻: R=U/I
为定义导体对电流的阻碍作用而定义。
推导式
推导式是由已有的物理定律、定理和定义式,经过逻辑推导和数学运算后得到的新关系式。它揭示了不同物理量之间在特定条件下的内在关系。
核心特点:
- 有推导过程:源于已知规律,是演绎推理的结果。
- 有条件限制:通常只在某些特定条件或理想模型下成立。
- 揭示内在规律:表达了物理量之间的函数关系,说明“为什么会这样”。
- 应用价值广:用于解决具体问题、预测现象和定量计算。
经典例子:
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圆柱体密度: ρ=m/πr^2h
由定义式 ρ=m/V和圆柱体体积公式 V=πr2h推导而来。
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位移公式(匀变速直线运动): s=v0t+1/2at^2
由速度定义和v-t图面积推导而来,仅适用于匀变速直线运动。
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液体压强: p=ρgh
由 p=F/S, F=G=mg, m=ρV, V=Sh等推导而来,仅适用于静止液体。
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电阻决定式: R=ρL/S
由实验定律得出,揭示了电阻的决定因素,而非定义。
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点电荷场强: E=kQ/r^2
由定义式 E=F/q和库仑定律 F=kQq/r^2推导而来,仅适用于真空中点电荷。
对比与联系
| 特征 | 定义式 | 推导式 |
|---|---|---|
| 本质 | 规定“是什么” | 解释“为什么”或“怎么样” |
| 来源 | 人为定义,无需推导 | 由定义式、定律等推导而来 |
| 成立条件 | 无条件,普适 | 有条件,有适用范围 |
| 物理意义 | 描述物理量的基本属性 | 揭示物理量间的内在关系和规律 |
| 例子 | R=U/I | R=ρL/S |
联系:
推导式高度依赖于定义式。整个物理学大厦是从一系列最基本的定义开始,通过逻辑推导建立起庞大的理论体系。
如何区分与应用
区分方法:
- 看是否普适:无条件适用多为定义式;有前提条件(如“匀变速”、“真空”、“纯电阻”)多为推导式。
- 思考来源:问“这个公式怎么来的?”,“规定”的是定义式,“由XX推出”的是推导式。
应用技巧:
- 定义式是“万能钥匙”:计算物理量的值时,总可以使用其定义式。
- 推导式是“特殊工具”:在满足条件时,使用推导式可使计算更简单、直接。
总结:
定义式是物理概念的基石,是思维的起点;而推导式是物理规律的延伸,是应用的利器。 理解二者的区别,有助于更深刻地理解物理概念的本质。