谈谈过程量和状态量

谈谈过程量和状态量上海师范大学附属中学李树祥刚刚结束的2018年上海物理学业水平等级考试，试题相比2017年发生了很大变化，也和同学们平常的训练题差异性很大。命题者的意图很清晰：即要求同学们摒弃传统的题海战术，从题海中跳出来；要注重物理概念和规律的理解，要促进自己物理核心素养的形成和发展。如题目中出现了如下一道选择题：有些物理量是过程量,有的是状态量，下面哪个是过程量：A．热量B.内能C.压强D.体积。虽然在平常的学习中，我们经常会接触到过程量和状态量，也刷了涉及过程量和状态量的大量练习题，如涉及此题四个量中的压强的求解、等温变化过程中波义耳定律的应用，等容变化过程中的查理定律的应用、以及涉及热量的热力学第一定律的应用等等，但考完了解下来，竟然还有好多同学做错，原因就在于平时做题时，只是忙于套用公式，却对最基本的过程量和状态量不求甚解，那么，什么是过程量和状态量呢？过程量与状态量的定义在中学物理中,几乎所有的物理概念、公式、规律和定律等都可概括为两大类,一类是描述物理状态的，另一类是描述物理过程的。物体在不同时刻、不同位置处于不同状态，一般要用不同的物理量或同一物理量的不同量值来描述，我们把这类描述物体在某一时刻或某一位置所处状态的物理量叫做状态量。如某一时刻物体所处的位置坐标、瞬时速度、能量、电场中电荷在某点具有的电势能、气体的压强、温度、体积等。描述一个状态可以同时使用不止一个状态量，状态量既可以是矢量，如瞬时速度、瞬时加速度等，也可以是标量；如温度、体积、能量等。“状态量”总是与时刻(或位置)对应,物体在从一个状态到另一个状态的变化过程中，相关物理量也会发生变化，我们把这类描述物体在某段时间或空间某段位移所经历的过程的物理量叫做过程量，如位移、功、能量的变化量等；描述一个过程也可以同时使用不止一个过程量。过程量同样既可以是矢量、如位移、平均速度等，也可以是标量，如热量、功等。“过程量”总是与时间(或空间)相对应。过程量与状态量的关系状态量与过程量是有区别的，这可以从它们的特点看出来。利用这些特点很容易判断出一个物理量是状态量还是过程量。状态量的特点是与时刻或与空间位置有关，因此，与时间参考点的选取及参照系、坐标系的选取有关；它是相对量，这是因为对运动的描述是对一个个状态的描述，而状态是相对的；过程量的特点是与时间有关，或与空间位置变化有关，与参考点及参照系的选取无关，是绝对量，这是因为解题关键：过程量和状态量的应用与求解一个物理问题的求解，最重要的是过程量和状态量的应用与求解。这其中很重要的一个环节即是对题目中所包含的物理过程和物理状态的分析，只有对物理过程的本质作深刻的透析，才能发现其遵循的规律，才能选择相应的物理公式、规律去求解某状态下的未知状态参量或某过程中未知过程量，达到对问题的求解目的。对物理状态和过程作出清晰明了的认识和分析是重点问题，也是一个难点问题。一般说，一个具体的物理问题可能只讨论某一确定状态下各参量间的关系，但有些相对复杂的问题往往包含几个或多个连续复杂的过程，这就要求学生树立将复杂过程分为若干个相对简单的过程来处理的意识，对每个阶段初末状态及每个过程遵循的物理规律作深入的分析，同时要注意两相邻过程的中间状态，或某过程中的临界状态的分析。所有这些如果都分析清楚了，一般来说问题的解决思路也就明确了。首先，审题是解题的关键。审清题目中的隐含条件。任何物理问题，都在特定的物理条件和范围内根据物理现象的变化规律拟定的。一部分题设定的条件可直接给出，也有一部分条件隐含在一个或几个明显条件的背后，如果找不出和利用这些隐含这些条件，就会导致解题错误甚至无法求解。而所谓的难题就是题目中还有隐含状态、隐含过程，要把隐含状态、隐含过程也“翻译”成物理方程。其次，注意审清物理过程的临界状态，形成正确的物理过程图景。有很多物理问题都涉及到临界状态，由于临界状态是“问题”发生突变的关键所在，在物理问题中又带有隐蔽性，稍有不留心就会导致错解。因此解决这类问题时，要审清题意，弄清物理过程，特别是要注意承前启后的物理量，确定临界值，抓住了这一关键，问题就会迎刃而解。例1（2017年上海等级考试题）如图，与水平面夹角θ＝37°的斜面和半径R=0.4m的光滑圆轨道相切于B点，且固定于竖直平面内。滑块从斜面上的A点由静止释放，经B点后沿圆轨道运动，通过最高点C时轨道对滑块的弹力为零。已知滑块与斜面间动摩擦因数μ=0.25。（g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）求：ACBRh37°图3（ACBRh37°图3（2）滑块在B点的速度大小vB；（3）A、B两点间的高度差h。析解：（1）由题意，在C处滑块仅在重力作用下做圆周运动，设滑块质量为m，由牛顿第二定律得（2）由几何关系，B、C间高度H为，滑块由B到C的运动过程中仅重力做功，机械能守恒。mgNf图4设B为势能零点，代入已知数据可得mgNf图4（3）解法一：滑块由A到B过程受力如图4由牛顿定律解得代入已知数据可得a=4m/s2设A、B间距为L，由匀加速运动公式及几何关系得解法二：滑块由A到B过程受力如图4由动能定理可得：，由牛顿定律可得几何关系，得最后再来让我们看看2018年的这道等级考试题，由于在物理学中，要用体积、温度、压强等物理量来描述气体的状态，所以这几个量被称为气体的状态参量，自然这三个量是状态量了。物体内能指的是物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，而温度升高时，物体的无规则运动会变剧烈，气体体积变化时会导致分子间距离