中学物理正负号的含义|物理电池的正负极
中学物理学中具有“＋”、“－”号的物理量种类繁多，内涵丰富。物理和数学联系紧密，往往有许多知识搅合在一起。数学中的正负号大致表示运算符号和数字的大小。对比数学，物理中的正负号的涵义却要复杂得多。在物理中，有许多概念、规律、原理、公式等都要借助于正负号来表示，如果不能正确领会正负号在不同情形中的涵义，混淆是非，张冠李戴，就会出现差错。所以，为了能准确理解物理概念，掌握物理规律，就必须首先把物理量中出现的正负号在各种类型时的涵义透彻地进行认识。笔者以正负号作为研究对象，分析了物理中正负号的丰富涵义。
一、矢量情形
矢量是既有大小又有方向的物理量，它遵循平行四边形的运算法则。作为一个矢量，本身无所谓正和负，但对于同一条直线上的多个矢量，为了说明它们的方向关系，总是先规定某一方向为正方向，然后比较物理量的方向与正方向是相同还是相反，跟正方向方向相同的矢量为正，跟正方向方向相反的矢量为负。
例如：一个小车沿直线向东做加速直线运动，如果选速度的方向为正方向，那么加速度也是向东的，所以它也是正的；如果小车向东减速，那么仍然选速度的方向为正方向，那么加速度就是负的。对于某一个矢量来说，规定了正方向，就可以用正负来反映它的方向；对于两个或两个以上的矢量来说，可以用正负来表示它们之间的方向关系。比如弹簧阵子的回复力与其位移的关系式F=－kx，这里的“－”号表示的是回复力的方向和位移的方向始终相反。
二、标量情形
1.表示标量的“方向”
在物理学中，标量是只有大小、没有方向、符合代数运算法则的物理量。这里的方向不同于矢量的方向，是为了描述的方便人为规定的。比如：在一个闭合回路中，我们规定正电荷的移动方向为正方向，它的值用正值来表示，与它方向相同的就是正值，与它方向相反的就是负值。或者先规定一个环绕方向作为正方向，那么正值表示电流方向与规定方向相同，负值表示电流方向与规定的正方向相反。再如：磁通量φ的正负表示磁感线穿过平面（或曲面）的方向关系。平面（或曲面）均有一个法线方向n，正值表示磁感线沿法线方向一侧穿过此面，而负值表示沿法线反方向一侧穿过此面。
2.表示标量的相对性
在物理上，有些物理量具有相对性，它们的值与零参考位置的选取有关，正值表示比零参考位置的值大，负值表示比零参考位置的值小，这些物理量的正
负表示一种相对的大小关系。在选定了零参考位置后了零参考位置后，重力势能Ep、电势U、电势能Ep就会出现正负值。如：
某一物体在不同位置的重力势能分别为Ep1＝2J、Ep2＝1J、Ep3＝－2J、Ep4＝－10J，则Ep1＞ Ep2 ＞Ep3 ＞Ep4。如：某电场不同点的电势分别为U1＝3V、U2＝2V、U3＝－1V、U4＝－2V ，则U1＞U2＞U3＞U4 。如：同一电荷在电场中不同位置的电势能分别为：Ep1＝3J、Ep2＝2J、Ep3＝－1J、Ep4＝－2J，则Ep1＞Ep2＞Ep3＞Ep4。
3.表示标量所代表的作用效果相反
在物理学中，在有的过程中，标量用正负表示相反的作用效果。如：热力学第一定律W十Q＝ΔU。外界对物体做功，W取正值；物体对外做功，W取负值。物体吸热，Q取正值；物体放热，Q取负值。内能增加，ΔU取正值；内能减少，ΔU取负值。物体在外力的作用下运动，力对物体做功，有正负之分，正值表示动力做功，它促进物体的运动；负值表示阻力做功，它阻碍物体的运功。
4.表示标量具有相反的性质
正电荷、负电荷是表示两种性质相反的电荷。几何光学的成像公式，对V值规定为实正虚负，表示两种相反的成像现象；对f值，规定为凸正凹负，表示当使用凸透镜时，f为正值，使用凹透镜时，f为负值。
三、其它情形
1.表示“范围”意义
如：用示波器观察交流电的波形时，电源电压在220V±l％以内，则电源电压在222.2V与217.8V之间。
2.表示“相撞”意义
1989年初投入运行的高能粒子加速器――北京正负电子对撞机，能使电子束的能量达到2.8+2.8GeV。其中的“+”表示能量为2.8GeV正电子与能量为2.8GeV负电子相互碰撞的意义。
3.表示“同步极性”意义
示波器当同步极性选择开关置于“＋”位置时，正弦曲线从正半周开始；置于“－”位置时，正弦曲线从负半周开始。
另外，还有一些物理量不能冠以负号。如密度、质量、时间，对于这些物理量若在实际问题中出现负号，应根据物理意义去合理地解释或取舍。如在运用匀变速直线位移公式s=v0t+at2/2解题时出现t1=10秒，t2 =－20秒，t2为负应舍去。这种物理量在中学教材中占有相当大的比例。
综上所述可见，正负号在物理学中的运用，要根据其所表达的物理意义的需要，区别各种不同的情况来正确灵活地使用，才不至于造成理解或运用上的混乱。
(作者单位：河南省灵宝市第一高级中学)