到“物理”之國去旅遊-物質的一些基礎認知(3)

大自然的萬物或者說組成它的微粒子,與生俱來就具有物質性和運動性

。微觀粒子有個“測不準原則”,它總是在不停運動,你根本無法測定,它下一刻出現在什麼地方。牛頓說過:“物質即能量、能量即物質”。它們之間的互相轉化,就是一種運動。

物質與運動,常常以形態、運動形式的方式來表現它們的存在;但是我們怎樣去把握它,這就靠量值。量值(物理量),往往反映的是物質與運動中最本質的東西

所以我們對物理的把握常常從物質的形態(屬性)、運動(規律)及它們各自狀態的量值(物理量)去認識它們。首先說一下物理量,再通過物理量去認識形態與運動。

一、物理量

科學家開爾文說:

當你能夠量度你所說的東西,並且能用‘數’來表示,那你就對它有所瞭解了,如果你不能量度而且不能用‘數’來表示它,那你的知識便是貧乏的和不能令人滿意的。”

在物理學中,把反應物質與運動中那些最本質的量值,統稱為物理量

大凡物理量都是有名稱的,物理量的名稱就是我們通常所說的物理概念。比如,溫度、密度、氣壓等等。物理量的單位常用科學家的名字命名,比如溫度的單位華氏(華倫海特(1686—1736))、攝氏(攝爾修斯(1701—1744))。

物理這門科學從某種意義上也可以講,它是科學家們在尋找物理量,並發現物理量之間關係的一門科學

二、關於物質的一些基礎認知

1、物質在空間尺度上的劃分

科學家們通常將物質佔據的空間劃分為四類。

一是宏觀,指人類肉眼看得見的物體尺度。

二是微觀,指人類肉眼看不見的分子、原子尺度。

三是介觀,指分子、原子尺度和肉眼看得見的最小微粒之間的尺度。

比如納米(10-9m)微粒,就屬於介觀尺度範圍。該尺度的微觀粒子通常都具有許多奇特的性質。例如,納米陶瓷、納米鋼管、納米磁性材料、納米複合材料(能吸收電磁波,進而可用作隱形飛機的塗料)等,都具有各種奇特的性質。這也是物質在運動變化過程中,由量變到質變的表現。

四是宇觀,指離我們非常遙遠的天體尺度。

(從大到小排列:宇觀、宏觀、介觀、微觀)

2、物質的形態

物質的形態有固態、液態、氣態,它們在一定條件下會相互轉化。如果物質從固態直接變成氣態叫昇華,如香皂發出氣味這就是固體表面發生昇華;反之叫凝華,如冬天窗戶上的冰花、霜、霧凇等都是凝華。

物質的形態變化就其本質而言,都是因物質內部我們看不見的大量分子在不停地做無規則運動,以及分子間存在相互作用力的結果。

通常情況下,物質吸熱時,其內部分子運動會變得激烈一些,於是,就會有一些運動速度較大的分子,掙脫固態物質內部分子的引力作用,離開固態物質直接變成氣態。當形成的氣態物質放熱時,其內部的分子運動又會變得緩慢起來,於是,它們又會在分子引力作用下凝結在一起,又變回到固態。

這就是物質的昇華和凝華現象產生的本質原因。

3、物質的屬性

物質的屬性也就是物理屬性。在物理學中,我們還常常看到“物理現象”、“物理變化”的說法,它們指的是當物質本身不發生質的變化時,所表現出來的各種現象、變化和性質。物理現象、物理變化、物理屬性

例如,“金屬導熱”的現象是物理現象,“金屬熔化”的現象是物理變化,“金屬熔化過程中溫度不變”的現象是物理屬性。這些現象、變化和性質,均屬於物理學所研究的內容。因此,人們又常常說“
物理學是研究物質的性質和物質運動與變化的現象,以及這些現象在運動與變化中所遵循的規律的一門科學”。

物質的物理屬性包括:狀態、硬度、密度、透明度、導電性、導熱性、磁性(物體能夠吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質)、彈性與範性(範性是指作用力撤消,不再發生彈性變形;與彈性相對) ;

此外還有:脆性、抗壓性、抗拉性、延展性、粘度、顏色、韌性、耐腐蝕、透風性、吸水牲等(只要我們能想到的,基本都是;所以物質與物質之間都是千絲萬縷的連繫的,若干年前都是一個根系的)。

不同物質具有不同的物理屬性,性質決定了用途。對於無數的物體,如果按照物質的物理屬性加以分類、研究,是研究問題的比較簡單的方法,科學家與發明家常用這種方法並取得了豐碩的果實。

4、量值

物質的量值有長度、時間、溫度、質量、密度、......,每一種屬性都有它的量值,也都源於自然。比如質量:

人們將1000立方厘米的純水,在4℃時的質量規定為1千克(kg)

這是單一單位,在物理學中,還有一種複合單位。比如人們常用求比值和乘積的方法導出新的物理量。由於比值和乘積通常都涉及兩個物理量,它們各自都有自己的單位,因此,新物理量的單位就由這兩個相關物理量的單位來組合而成,通常稱複合單位。用比值和乘積方法能精準地描述物理現象或物理事實(數學是精雕細刻大自然的最佳工具)。

三、題外:科學的一般認知規律

物理是個通過實驗或者現象,經過歸納、概括和總結得出一種一般性規律然後再去不斷驗證的科學。當然,這也是人類的一種能力。歸納的方式有提綱式、表格式以及方框圖式等。

科學家們就常用文字、圖表(圖像、表格)和公式(描述)三種方法,來呈現自己科學研究成果的;物理教材也基本這樣編寫。

190330


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