談?wù)勥^(guò)程量和狀態(tài)量

談?wù)勥^(guò)程量和狀態(tài)量上海師范大學(xué)附屬中學(xué)李樹(shù)祥剛剛結(jié)束的2018年上海物理學(xué)業(yè)水平等級(jí)考試，試題相比2017年發(fā)生了很大變化，也和同學(xué)們平常的訓(xùn)練題差異性很大。命題者的意圖很清晰：即要求同學(xué)們摒棄傳統(tǒng)的題海戰(zhàn)術(shù)，從題海中跳出來(lái)；要注重物理概念和規(guī)律的理解，要促進(jìn)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(guò)程量,有的是狀態(tài)量，下面哪個(gè)是過(guò)程量：A．熱量B.內(nèi)能C.壓強(qiáng)D.體積。雖然在平常的學(xué)習(xí)中，我們經(jīng)常會(huì)接觸到過(guò)程量和狀態(tài)量，也刷了涉及過(guò)程量和狀態(tài)量的大量練習(xí)題，如涉及此題四個(gè)量中的壓強(qiáng)的求解、等溫變化過(guò)程中波義耳定律的應(yīng)用，等容變化過(guò)程中的查理定律的應(yīng)用、以及涉及熱量的熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用等等，但考完了解下來(lái)，竟然還有好多同學(xué)做錯(cuò)，原因就在于平時(shí)做題時(shí)，只是忙于套用公式，卻對(duì)最基本的過(guò)程量和狀態(tài)量不求甚解，那么，什么是過(guò)程量和狀態(tài)量呢？過(guò)程量與狀態(tài)量的定義在中學(xué)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(guò)程的。物體在不同時(shí)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(lái)描述，我們把這類描述物體在某一時(shí)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(shí)刻物體所處的位置坐標(biāo)、瞬時(shí)速度、能量、電場(chǎng)中電荷在某點(diǎn)具有的電勢(shì)能、氣體的壓強(qiáng)、溫度、體積等。描述一個(gè)狀態(tài)可以同時(shí)使用不止一個(gè)狀態(tài)量，狀態(tài)量既可以是矢量，如瞬時(shí)速度、瞬時(shí)加速度等，也可以是標(biāo)量；如溫度、體積、能量等?！盃顟B(tài)量”總是與時(shí)刻(或位置)對(duì)應(yīng),物體在從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的變化過(guò)程中，相關(guān)物理量也會(huì)發(fā)生變化，我們把這類描述物體在某段時(shí)間或空間某段位移所經(jīng)歷的過(guò)程的物理量叫做過(guò)程量，如位移、功、能量的變化量等；描述一個(gè)過(guò)程也可以同時(shí)使用不止一個(gè)過(guò)程量。過(guò)程量同樣既可以是矢量、如位移、平均速度等，也可以是標(biāo)量，如熱量、功等?！斑^(guò)程量”總是與時(shí)間(或空間)相對(duì)應(yīng)。過(guò)程量與狀態(tài)量的關(guān)系狀態(tài)量與過(guò)程量是有區(qū)別的，這可以從它們的特點(diǎn)看出來(lái)。利用這些特點(diǎn)很容易判斷出一個(gè)物理量是狀態(tài)量還是過(guò)程量。狀態(tài)量的特點(diǎn)是與時(shí)刻或與空間位置有關(guān)，因此，與時(shí)間參考點(diǎn)的選取及參照系、坐標(biāo)系的選取有關(guān)；它是相對(duì)量，這是因?yàn)閷?duì)運(yùn)動(dòng)的描述是對(duì)一個(gè)個(gè)狀態(tài)的描述，而狀態(tài)是相對(duì)的；過(guò)程量的特點(diǎn)是與時(shí)間有關(guān)，或與空間位置變化有關(guān)，與參考點(diǎn)及參照系的選取無(wú)關(guān)，是絕對(duì)量，這是因?yàn)榻忸}關(guān)鍵：過(guò)程量和狀態(tài)量的應(yīng)用與求解一個(gè)物理問(wèn)題的求解，最重要的是過(guò)程量和狀態(tài)量的應(yīng)用與求解。這其中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)即是對(duì)題目中所包含的物理過(guò)程和物理狀態(tài)的分析，只有對(duì)物理過(guò)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(guò)程中未知過(guò)程量，達(dá)到對(duì)問(wèn)題的求解目的。對(duì)物理狀態(tài)和過(guò)程作出清晰明了的認(rèn)識(shí)和分析是重點(diǎn)問(wèn)題，也是一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。一般說(shuō)，一個(gè)具體的物理問(wèn)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(duì)復(fù)雜的問(wèn)題往往包含幾個(gè)或多個(gè)連續(xù)復(fù)雜的過(guò)程，這就要求學(xué)生樹(shù)立將復(fù)雜過(guò)程分為若干個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的過(guò)程來(lái)處理的意識(shí)，對(duì)每個(gè)階段初末狀態(tài)及每個(gè)過(guò)程遵循的物理規(guī)律作深入的分析，同時(shí)要注意兩相鄰過(guò)程的中間狀態(tài)，或某過(guò)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(lái)說(shuō)問(wèn)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(wèn)題，都在特定的物理?xiàng)l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(gè)或幾個(gè)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(huì)導(dǎo)致解題錯(cuò)誤甚至無(wú)法求解。而所謂的難題就是題目中還有隱含狀態(tài)、隱含過(guò)程，要把隱含狀態(tài)、隱含過(guò)程也“翻譯”成物理方程。其次，注意審清物理過(guò)程的臨界狀態(tài)，形成正確的物理過(guò)程圖景。有很多物理問(wèn)題都涉及到臨界狀態(tài)，由于臨界狀態(tài)是“問(wèn)題”發(fā)生突變的關(guān)鍵所在，在物理問(wèn)題中又帶有隱蔽性，稍有不留心就會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)解。因此解決這類問(wèn)題時(shí)，要審清題意，弄清物理過(guò)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(wèn)題就會(huì)迎刃而解。例1（2017年上海等級(jí)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(diǎn)，且固定于豎直平面內(nèi)?；瑝K從斜面上的A點(diǎn)由靜止釋放，經(jīng)B點(diǎn)后沿圓軌道運(yùn)動(dòng)，通過(guò)最高點(diǎn)C時(shí)軌道對(duì)滑塊的彈力為零。已知滑塊與斜面間動(dòng)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(diǎn)的速度大小vB；（3）A、B兩點(diǎn)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)過(guò)程中僅重力做功，機(jī)械能守恒。mgNf圖4設(shè)B為勢(shì)能零點(diǎn)，代入已知數(shù)據(jù)可得mgNf圖4（3）解法一：滑塊由A到B過(guò)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(zhǎng)，由勻加速運(yùn)動(dòng)公式及幾何關(guān)系得解法二：滑塊由A到B過(guò)程受力如圖4由動(dòng)能定理可得：，由牛頓定律可得幾何關(guān)系，得最后再來(lái)讓我們看看2018年的這道等級(jí)考試題，由于在物理學(xué)中，要用體積、溫度、壓強(qiáng)等物理量來(lái)描述氣體的狀態(tài)，所以這幾個(gè)量被稱為氣體的狀態(tài)參量，自然這三個(gè)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(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，而溫度升高時(shí)，物體的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)會(huì)變劇烈，氣體體積變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致分子間距離