淺談物理概念和物理量的區別

楊清源

在已發表的文獻中，關于物理概念教學的文章很多，但在這些已發表的文獻中，許多作者并沒有區分好物理概念和物理量，混淆了兩者的界限，其中尤以同名的物理概念和物理量為重，常見表述為“定量的物理概念，即物理量”或者“物理量就是定量的物理概念”.

其實，物理概念和物理量是有本質區別的：物理概念是物理量的前提，也是物理量的基礎，物理量從屬于與之相應的同名物理概念，沒有物理概念，就談不上物理量；物理量通常都有與其對應的同名物理概念，但物理概念不一定有與其對應的同名物理量，即使同名，兩者也有很多不同，物理概念比物理量具有更加豐富的含義.下面從兩個方面進行說明.

1 廣義的物理概念和物理量的區別

1.1 定義不同

物理概念是一類物理現象的共同特征和本質屬性在人腦中概括和抽象的反映，是對物理現象和物理過程的抽象化和概括化的思維形式.物理概念所反映的不再是個別的物理現象，也不再是具體的物理過程或物理狀態，而是物理世界中具有本質屬性的物理客體、物理過程和物理狀態的抽象與概括，故稱為“概—念”.

量是對事物在數值上的具體表征與量度.物理量就是物理學中量度物質屬性或描述物體運動狀態及其變化過程的量.對于有單位的物理量，必須要同時用數字和單位來描述，否則不能產生任何物理意義.

由于其定義不同，其含義自然不同，物理概念和物理量是從不同角度對物理現象、物理事實或物理過程的描述.

1.2 引入目的不同

一般地說，只要抽象出物理現象的本質屬性及其共同特征之后，并對其加以概括，也就形成了物理概念，它是對特征的獨特組合而形成的知識單元.根據物理現象本質屬性和共同特征的不同，物理概念可以分為兩種：一種是只有質的規定性的概念，如機械運動、簡諧運動、干涉、偏振等；另一種是既有質的規定性、又有量的規定性的概念，如速度、加速度、電場強度、電阻、電動勢等.

對于第二種概念，除了表述其質的屬性外，還要清楚表示其量的屬性，如何表示呢？這就促使人們對其抽象與概括的對象給以量度和具體數值上的表示，由此，物理量才得以引入，并且它與相應的物理概念同名.由此可知，物理量的引入，要以已確立的同名物理概念作為它引入的基礎，其目的只是定量化同名物理概念在量方面的屬性，所以說，物理量從屬于物理概念.物理量通常有與其對應的同名物理概念，但物理概念不一定有與其對應的同名物理量，物理概念的范圍比物理量更廣.

當然，由于量的本身包含有數和度的雙重含義，作為每一物理量的引入，也就對相應物理概念的抽象與概括的對象，給予了具體數值上的定量表征與量度，當然也就使相應物理概念更加具有科學性，物理量是對物理概念必要的補充和定量化.

1.3 功能不同

物理概念是物理規律和理論的基礎，因為物理規律揭示了物理概念之間的相互聯系和制約關系.例如，如果學生對力、質量、加速度這幾個概念不清楚，那就無法掌握和理解牛頓第二定律，更談不上能正確應用.可以說，如果沒有一系列概念作為基礎，就無法形成物理學體系.再如，如果沒有電路、電流、電壓、電阻、磁感應強度、電磁感應等一系列概念，就無法形成電磁學體系；如果沒有光源、光線、實像、虛像等一系列概念，也就無法形成光學體系.

所以，物理概念是組成物理的基本元素，物理概念的學習在整個物理學習中處于核心的地位.

物理量給了相應物理概念在量值方面的含義，在一定條件下，物理量之間可進行數學運算，這為定義新的物理量提供了可能.由于每個物理量都有相應的符號，也使得物理表述更加簡潔、美觀，而且物理規律的定量表述，也使得物理學成為了一門定量的學科，使物理學的結論可以隨時加以嚴格檢驗，這有利于人類認識自然，把握規律.物理概念和規律的定性表述與精確的數學定量表述相結合，構成物理學科的突出特點之一.

1.4 分類不同

物理量有基本物理量和導出物理量之分，但是物理概念卻只有廣義上的基礎概念，沒有基本概念一說.

1960年10月第11屆國際計量大會確定了國際通用的國際單位制，簡稱SI制.在國際單位制中，總共選定了七個物理量做為基本物理量（其單位相應作為基本單位），其余物理量是導出物理量，相應單位為導出單位.導出物理量是借助其它兩個或兩個以上物理量來定義的，它需要用一定的物理公式（數學表達式）來表達.

然而，雖然物理概念只有廣義上的基礎概念，沒有基本概念的說法，但卻有層次之分（說明：概念的其他分類方法，此文不做說明）.概念之間可能是上位概念和下位概念的關系，也可能是并列關系，還可能是包含關系.明確概念之間的層次關系，我們才能更好的理解概念，這一點可以畫概念圖.比如，如果把能量當成是上位概念，那么它包括的勢能，動能，內能等等就是其下位的概念，而勢能中又包括重力勢能，電勢能，分子勢能等更為具體的概念.理解物理概念的層次后，才能正確區分類似能量守恒和機械能守恒這些容易混淆的規律，學生在運用這些規律時候，才能不出問題或少出問題.

2 同名的物理概念和物理量的區別

物理量與物理概念有時還具有著完全相同的命名，彼此相應，物理量與相應物理概念在表征與反映對象上具有同一性，在外觀表現形式上具有對應性，但是，它們在物理意義以及含義上存在著本質的區別，這決定了它們在定義的方式方法上和在發揮的作用上存在著明顯的各異性，這也是教師最容易混淆的地方.

例如，力是同名的物理概念和物理量.力作為物理量，定義為使1 kg的物體獲得1 m/s2的加速度所需要的力為1 N；現代物理學還把力定義為物體動量的變化率；力是矢量；通常表述為拉力F=8 N，方向向東；力不是基本物理量等等.力作為物理概念，力的定義為物體對物體的作用；除了包含上述物理量的性質外，還有其他特征：力有物質性，也有相互性；它有大小、方向、和作用點三個要素；還有重力、彈力、摩擦力、電場力等具體的力；有瞬時效果，有時間積累效果，有空間積累效果等等，概念有更加豐富的內涵和外延.

又如，功是高中的一個重要概念，也有相應的同名物理量.作為物理量，其定義式為W=Fscosθ，我們可以理解功有零功正功和負功之分；功與參照系有關；此式適用恒力，若是變力要做相應處理；功是標量；其單位是焦耳，各力功相加就是合力功，等等.但如果將功作為物理概念，僅理解上述各方面還不夠！對于功的概念，只有在學生學習了功能關系或動能定理之后，才能明白為什么要用力與位移的乘積來定義功；也只有當學生學習了機械能守恒定律、熱力學第一定律，能量守恒定律之后，才能真正領會功這個概念的本質：功是能量轉化的一種量度，一切做功過程都是能量轉化的過程.

再如，電阻既是一個概念，也是一個物理量.作為物理量，電阻的定義是R=UI，它提供了測量電阻的重要方法.作為概念，除了其大小，還要考慮電阻在電路中有哪些作用？電阻由什么決定？電阻的本質是怎么產生的？……其他很多同名概念都有類似特點.

由此可見，同名的物理概念，比相應的物理量更復雜，涉及面更廣，除了包含相應物理量的信息外，還包含其他豐富的信息.

物理規律借助物理量可以以物理公式（數學表達式）形式呈現，這些物理公式表面上涉及的僅僅都是物理量，其實不然，它們是物理概念的相互聯系和制約關系.理解了物理概念，才能把握好這些物理公式和物理規律.所以，記住物理公式，是學好物理的必要條件，但還不充分，如果忽略了物理概念的理解，只重視物理量的學習，就會落入“物理只是背公式”的錯誤認識，學生也就會出現“公式都背了，考試還考不好”的情況.

總之，通過上述比較可知，物理概念和物理量有很多的不同之處，是不同的物理名詞.相對物理量而言，可以說物理概念是上位的，概括性強，更加抽象，包含信息更加豐富，物理量只是對相應同名物理概念的量的表述，物理概念除了量的性質以外，還有其他很多質的性質.

我們可以將物理概念比喻成一個外表抽象，內涵復雜的“系統”，它包括物理概念的引入目的（或背景）、定義、物理意義、與其他概念之間的關系、以及其他性質等諸多方面，如果概念有量的屬性，則還有相應的同名物理量.

教師知道了兩者的區別，就不會將概念教學淪為物理量教學，更不會只是公式教學，這自然有助于學生對物理概念的學習，不僅知其然，更知其所以然，有助于能更好的從整體上、從本質上把握物理概念.