物理学中的定义式和推导式

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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:

  • 密度: ρ=m/V​

    为描述物质疏密程度而定义。

  • 速度(平均)​: v=Δs/Δt​

    为描述物体运动快慢而定义。

  • 压强: p=F/S​

    为描述压力作用效果而定义。

  • 电场强度: E=F/q​

    为描述电场强弱而定义。

  • 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:

  • 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。

  • 位移公式(匀变速直线运动)​: s=v0​t+1/2​at^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

  • 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

  • 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。

  • 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:

  1. 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。
  2. 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。