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**有趣的矢量的加减乘除**
矢量的加、减、乘,其实也很有趣,掌握它们的规律,对理解物理公式是很有帮助的。
(以下公式中大写字母代表矢量,小写字母代表标量)
1、矢量的加法:
遵从平行四边形法则。
2、矢量的减法:
遵从平行四边形法则。例:可将 A-B化为A+(-B)进行合成。
3、矢量的乘法:
◆矢量与标量相乘=矢量,方向不变,如A=cB,可认为将B放大c倍。
◆矢量乘矢量,有两种情况:
◆矢量的矢积(又称叉乘或矢乘)=矢量,如A=B×C,A还是矢量,其大小为a=bc*sinθ,( θ是由B和C所成的夹角),A的方向垂直于BC平面(由矢量B和C可以构成一个平面!)
又如高二年的安培力:F=LI×B=LIB*sinθ
感生电动势 ε=LV×B=LVB*sinθ
高三年的洛仑兹力F=qV×B=qvB*sinθ 等都是这种情况。
◆矢量的标积(又称点乘或标乘)=标量,如a=B·C, A变成了标量! a 的大小是 a=bc*Cosθ ,(θ是由B和C所成的夹角)。
实例
功: W=F·S=fs*Cosθ (功 变成标量了!),
功率: P=F·V=fv*Cosθ (功率也变成标量了!),θ是两个矢量的夹角。
4、矢量的除法
◆矢量除于标量=矢量,方向不变,如A=B/c,可认为将B缩小c倍。
◆矢量除于矢量=???,如A/B=???,我还没有见过,请见过的同仁补充吧!
其它实例:
速度与位移:V=S/t,V与S同方向;
加速度与速度:a=△V/t=(V2-V1)/t, a 的方向与(V2-V1)的方向相同,(平抛运动照样适用!)
加速度与力:F=ma,或G=mg ,F与a同方向
冲量与速度:Ft=mV,F与V同方向。
动量定理:Ft=m(V2-V1),F与(V2-V1)同方向,当V2与V1有夹角时也成立。
电流是一个标量还是一个矢量?
电流是一个比较特殊的物理量,具有矢量和标量双重性。在有的地方可按矢量处理,而有的地方要按标量来处理。
如上面公式中的电流一般是指一段直导线中的电流,应按矢量来处理;如果是弯曲的导线,则需将导线视为许多段导线组成,每小段仍被视为直线导线,每小段的电流仍视为矢量,因此每小段都受到安培力的作用,最后用微积分公式对各小段的安培力求和。
单个电荷运动时也可视为电流,此时的电流方向也就是(正)电荷的运动(速度)方向。
但在电路的计算中,则需将电流按标量处理!
但在电路的计算中,则需将电流按标量处理!
(这好比如“光”,有时要把它当做是“波”,有时却需把它当做“粒子”来处理,只要能“自圆其说”,且又得到大家的公认就可以了,某些物理规律本身就是通过寻找自圆其说而发现的。这是不是又一个有趣之处呢?)
我越来越喜欢物理了。
(呀哦,好像我以前就很喜欢物理)
对了,在一些用到手比划的地方,可以用一个手势就摆平。
这些,不知道大家有没有注意到,这样会很方便的。
安培力的矢量式应为F=IL×B,请参考赵凯华的《电磁学》。
电流应是标量,关于是量的定义,可以参考人教版的新教材。
矢量要满足平行四边形定则!
只用大小就能充分描述的物理量是纯标量,如质量、密度、电阻等;
双向标量共有两个特点:一是有大小,二是只有两个相反的方向
包括1.矢量的分量,2.状态的物理量,3.指出过程的物理量。(内容来自《普通物理实验》)
IdL是电流元
对于工藤所说“在一些用到手比划的地方,可以用一个手势就摆平”是对的 ,也就是用右手进行“矢量的叉乘”比划,便可取代“右手定则”和“左手定则”,但不知是这样作中学生不易接受,还是编书者舍不得放弃“左手定则”,我也思索过好几年,不得其解。
对于千里清秋所说的“安培力的矢量式应为F=IL×B”,有的书确实是这样的。个人认为,这主要是为了方便应用积分公式解决问题,但其中也有“自圆其说”的地方,如在F=IL×B中,把一段导的长度当做矢量来处理,试问:长度不是标量吗?导线有方向吗?两股导线合在一起时,其总长可以用平行四边形来求吗?显然是不行的!但为了解决问题,便将电流的方向当成导线的方向,这既是“张官李代”,也是“自圆其说”的一种。 在中学阶段,将电流当作有方向的物理量,比将导线当作有方向的物理量,更有助于问题的解决。当然,这样做是否科学,确实还需探讨。
chance的说法也很好,标量可细分为纯标量和双向标量。其实这也是一种“自圆其说”的办法,这主要是为了解释类似于电流这种有方向的标量而引入的。如果按照中学课本所说“只有大小,没有方向,在物理学中叫做标量”的定义,电流将被排除在标量之外;但因为电流不遵守平行四边形法则,电流又被排除在矢量之外了,如何是好呢?只好对标量的范围进行扩展,也就是再找一种能够“自圆其说”的办法。
关于某个量是不是矢量,最重要的是它能不能适用平行四边形法则进行合成。电流不行,它自然不是矢量了,但它确实又具备矢量的某一特性,在某些场合,借用矢量的某个特性来处理问题,不失为一种好办法。
对于电流,更重要的是要掌握它的特性并灵活地加于应用,无需去争论它是矢量还标量。将物理量人为地 区分为矢量和标量,其实也就是为了解决问题的方便,否则区分矢量和标量,没有任何实际意义。
向量的积还有混合积
复数不能除复数??????????????????
F=IL×B是积分的结果,微分式dF=IdL×B
其中IdL是电流元,是矢量,尽管开始是假设,但最终由安培设计实验证实了!
这不能算是“自圆其说”吧。
许多物理原理、定律发现的过程,与其相同,这是一种科学的方法,体现了科学的严谨!
IdL确实被称作电流元,为何它是矢量?这是由于I和L当中有一个是矢量、一个是标量,两者相乘后仍是矢量。为何有人会反对将电流进行矢积的运算,却同意将电线的长度作为矢量呢?赵凯华将长度作为矢量,忠实的学生是相信他的,偏偏我就反对他!
关于是先有F=IL×B,还是先有微分式dF=IdL×B ?我认为是先有F=IL×B, F=IL×B最早并不是由dF=IdL×B 积分而来的,而是由实验发现的,是对直导线的实验结果。dF=IdL×B 只不够是将F=IL×B应用到弯曲导线而采用的表示方法。
其实,在公式中dF=IdL×B ,将I当作矢量、将L当作标量,求出的结果是相同的。
在IL的两个量当中,IL=LI,但一个必须是标量,一个必须是矢量。是将电流作为矢量好呢?还是将长度作为矢量好?将电流的方向“送给”长度作方向,是不是太夸张了?!
赵凯华书中的公式dF=IdL×B 应该更正为I(视同)为矢量,L为标量,这样问题就解决了。电流兼有矢量的其个特性,为何就不能充分利用一下这个特性(这也是一种发明创造!),非得将它完全当做标量?
在电工学中,甚至电流和电压都遵守平行四边形的合成法则呢?
由此看来,在特殊的地方,将电流当矢量处理,不失为一种解决问题的办法;而将导线的长度当作矢量,显得不着边际。
因为,我也不是那么就容易接受的家伙,所以,老师讲完了我还在考虑,这到底对不对。
哈哈,我是不是太多心了呀!
对了,还有,ggj518 说“在中学阶段,如果把电压说成是有大小、有方向的物理量,肯定有人不理解、不赞同。”
我看不见得,我认为,学到了高二了,要还不理解那他肯定是没有听课。
还有,导线的长度当作矢量,的确不着边际。这不用从别的地方说,从电流形成原理就可以看出来了。
还有,导线也可以是液体、或气体。总之,如果把导线当成矢量,他肯定是为了求方便而导致了考虑不完全的重大错误。 :em20:
不知你在哪一本高中物理课本上有见到“电压有方向”类似的语句?或有助于理解“电压有方向”的语句?我怎么没见过?
谁说L是矢量的???
可笑的是,居然有人把研究论证过程称之为“自圆其说”,
那么谎言都能成真理了!
好像电动势为0时,没有方向。
中学物理课本里有这样两句:“……电势差,也叫电压”;……,“电势和电势差都是标量。”
你既已理解电压有方向,请你说说电压的方向从哪里指向哪里。
对于千里清秋所问:“我看是有人搞错了吧!!! 谁说L是矢量的???”答复如下:
1、是你自已说的,怎么这么快就忘了?前面你不是说过 “ F=IL×B是积分的结果,微分式dF=IdL×B ,其中IdL是电流元,是矢量”。 我可没有写过F=IL×B呀!你这式中的L不是代表矢量吗?不然的话,你也同意I是矢量了?再不然,难道(IL×B)中只有B是矢量?
你也认为IdL是电流元,是矢量。 那么I和dL必须有一个是矢量,竟究是哪一个呀?
2、是赵凯华说的,在赵凯华的书中认为“……dL为线元的长度……,电流元的线元也用矢量dL来表示……”
既然线元的长度dL是矢量,那么,当导线是直导线时,L不是一个较大的矢量吗?
我可没同意L是矢量啊!
如果非要“自圆其说”的话,是否可以这样认为:
dL是电流在导线中得一小段位移,是矢量,也只有在微分的情况下,L才可以看成矢量!
晕晕倒地。
大家讨论得相当精彩,受益非浅。
不就一个矢量方法吗?如果高中阶段的同学想知道她,可自学一下矢量代数。
至于电流元、位矢、......怎样方便怎样用,别局限于赵凯华还是麦克斯韦。微积分不是也才几百年吗?
当然,有“一位物理教师”这样的细致讲解,何愁我们的物理基层不牢。
个人猜测,电流是一维矢量.....
既然有二维矢量、三维矢量,为什么就不能有一维的?瞎猜的,可能不对。。
两者的推广和引申也不相同,一个是复变函数,一个是抽象代数。
让我们为“一位物理教师”鼓掌
值得一看哪
( 因发现有被冒名顶替的情况: )
2010.05.21 于厦门
我是光子,来有影,去无踪