物理量中的正负号

1 §4 正负号的物理意义和选取

数学上用正负号表示具有相反方向或相反意义的量，物理学中，有些物理量是没有特殊的相对性或相反意义的，如时间、物体的尺度、质量、动能、物体运动的路程、交流电的频率等等，对于这些物理量内能取正号，而有些物理量却具有某种相对性或特定的相反意义，如：温度、势能、力、速度、电量、焦距等等，对这类物理量为了表示它们的相对性或相反意义，引用了正负号法则。在中学物理中常见的有下面三种情况：

1、用正、负号表示物理量在数值上的相对性

数学中用数轴上的点表示数值此一时，要假设一个点为原点，其他点的数值大小则相对于这个原点而言。物理学中有些物理量的大小具有相对的意义，要决定其数值必须假定某一零点为参考，其他数值则相对于这个为零的参考点而言。如表3－1所示。

表3－1

物理量 “零”的假设 正负号的选取

摄氏温度 以水的标准大气压下结冰的温度为零（等于273.15K） 高于结冰时的温度为正，低于结冰时的温度为负。

重力势能 选取某一平面为零势能面。 高于零势能面的势能为正，低于零势能面的势能为负

电势 通常假定离电场无穷远处（或地球上的电势为零。

在直流电路中，常选取接地点或电源的两极（正极或负极）的电位为零电位。 正电荷形成的电场中各点的电势为正（或高于大地的电势为正），负电荷形成的电场中各点的电势为负（或低于大地的电势为负）

电势能 通常假定电荷在离电场无穷远处（或地球上）的电势为零。 电荷从无穷远处（或从地面上）移至电场中，若外力做正功，电势能为正；若电场力做负功，电势能为负。

2、用琥负号表示物理量在方向上的相反意义

物理学中既有大小又有方向的量称为矢量。对于一维矢量只有正反两个方向，为了表示这些矢量在空间方向上的相反意义，也引用了正负号。正负号的选取除了某些习惯的的规定外，原则上是任意的，即假定某一方向为正，相反方向则为负。如力、速度、加速度、位移、动量、冲量、电场强度、磁感应强度等都可以任意选取一个方向为正，与其相反的方向则为负。在比较复杂的综合题中，如果物体的运动中以确定，通常以运动方向为标准，对于位移这个物理量，处理匀减速直线运动的有关问题时，通常以出发点为起点，从出发点指向终点，方向与初速度方向相同的为正，反之为负。

ANSYS中的物理量（如应⼒、应变及相对位移等）的正负

号规定

ANSYS中的物理量（如应⼒、应变及相对位移等）的正负号规定

1、应⼒向量{σ}的符号规定：拉应⼒和拉应变为正，压应⼒和压应变为负；剪应⼒基本与弹性⼒学规定相同（正向正向，负向

负向）The stress vector is shown in the figure below. The sign convention（符号规定） for direct stresses and strains used

throughout the ANSYS program is that tension is positive and compression is negative. For shears, positive is when the two

applicable positive axes rotate toward each other.

2、主应⼒σ1, σ2, σ3：按⼏何⼤⼩排序，受压时主应⼒为负，最⼩的为σ3，受拉时为正，最⼤的为σ1

The three principal stresses are labeled σ1, σ2, and σ3 (output quantities S1, S2, and S3). The principal stresses are

ordered so that σ1 is the most positive (tensile) and σ3 is the most negative (compressive).

3、应⼒强度 σI的符号规定：永远为正。

The stress intensity σI (output as SINT) is the largest of the absolute values of σ1 - σ2, σ2 - σ3, or σ3 - σ1. That is:

4、von Mises or equivalent stress σe：永远为正。

物理的"十""-"号及不同的含义

在物理学习中，经常会遇到正负号问题，物理中的正负值和数学中的正负值是不同的，物理中的正负值往往都表示一定的物理意义。具体说有下面几种。

一、表示方向关系

1．在矢量问题中所出现的正负号均表示方向关系；筒谐振动回复力与位移关系F＝－kx ；动量守恒两物体动量变化关系ΔP1＝－ΔP2 ，这里的"－"表示F与x、ΔP1与ΔP2的方向是相反的。

在选定了正方向的矢量运算中，会出现正负号，正号表示与正方向相同，负号表示与正方向相反

在一维问题中(选定了正向)，矢量的变化量会出现正负，正号表示与正方向相同，负号表示与正方向相反，如动量变化量ΔP＝P2－P1，速度变化量Δυ＝υ2－υ1。

2．标量是只有大小，没有方向的量，但有些标量是双向标量，带有非矢量的"方向"的含义。如电流强度I的正负表示电流的方向，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，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面，负值表示沿法线反方向一侧穿过面。例如，匀强磁场B垂直穿过矩形线圈abcd，线圈面积S，将线圈翻转1800，则φ1＝BS，φ2＝－BS，磁通量的变化是Δφ＝φ2－φ1＝－2BS

二、表示相关的"相反"物理意义

1．功的正负表示力做功的正负。正功表示力的方向与位移方向相同，负功表示力的方向与位移方向相反。也表示能量是输入还是输出。

2．物理公式中的正负号法则表示一定物理意义，透镜成像公式：1/u + 1/v = 1/f ，实物u取正值，虚物u取负值；实像υ取正值，虚像υ取负值；凸透镜 取正值，凹透镜 取负值。

3．热力学第一定律W十Q＝ΔE，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，ΔE取正值，内能减少，ΔE取负值。

浅撕　中掌｛Ｉ匆ｌ『’理中正兔号　的含　对于正数、正号、负数、负号几个概念，人们一般认为　“正”是大于零的，“负”是小于零的，正数大于负数等等。　但是在中学物理中，正负号有几种特殊的含义，现总结如　下：　１　正负号不代表物理量的大小而代表物理量的方向　物理量有矢量和标量。既有大小又有方向的物理量叫矢　量，比如力、加速度、速度等；只有大小而没有方向的物理　量叫标量，比如功、能量、电功率等。在中学物理中，可以　用正、负号来表示物理量的方向。例如，　＝０．５　ｍ／ｓ　与ａ　：一２　ｍ／ｓ　，如果认为　．＞　２，就是错误的，因为实际上加速　度的大小关系是　。＞　，。在此例中，应该规定初速度方向　为正方向，　．为正值，代表加速度　．与初速度方向相同，　方向与初速度方向相反。　２正负号代表物理量大小　在物理标量中，正、负号有时代表物理量的人小。例　如，在讲解重力势能时，如果规定水平面为参照面，则物体　处于水平面以上时，物体的重力势能为正值；当物体处于水　平面以下时，物体的重力势能为负值（它说明物体的能量比　零小１，这时，正、负号就代表了物理量的大小。例如：　Ｅｐｌ＝２×１０　Ｊ、Ｅｐ　２＝０Ｊ、Ｆｐ，＝一８　Ｘ　１０　Ｊ之间能量的大小　关系是：Ｅｐ。＞酃　＞Ｅｐ，。　３正负号不代表物理量的大小　３．１在讲解力做功时，如果说某个力做功　＝４．５　Ｘ　１０　Ｊ，　另一个力做功　＝一９．０　Ｘ　１０　Ｊ，此时，正、负号就不能代　表功的大小。　为正值，说明力对物体做功，动力做功，　功的大小为４．５　Ｘ　１０　Ｊ；　为负值，说明物体克服这个力　做功，阻力做功，功的大小为９．０　Ｘ　１　ｏ３　Ｊ。　３．２　自然界有两种电荷——正电荷和负电荷，正电荷的电　量用正数表示，负电荷的电量用负数表示，例如，两个点电　荷　＝＋４　Ｘ　１０　Ｃ，　＝－２×１０　Ｃ……此时，正、负号又　各有自己特殊的含义：　为正值，说明点电荷所带电荷与　丝绸摩擦过的玻璃棒所带电相同：　为负值，说明点电荷　所带电荷与毛Ｊ支摩擦橡胶棒所带电相同。　总之，在学习物理知识时，一定要弄清正、负号所代表　的含义是什么，只有这样才能更好地理解物理量。　０５１４３０河北省栾城职教中心范瑞剐