高中物理状态量与过程量辨析

高中物理状态量与过程量辨析
在高中物理解题中，常会涉及到关于状态量和过程量的概念及辨析的问题，下面做一粗略分析，与读者共勉。

一．物理量
物理量：物理学是实验科学，其数值和单位都是通过测量并归纳出的数量关系；故物理量中的‘量’实际上包含测量（度量）的数值和单位以及几个测量数量的关系。

比如位移和时间可以直接测量，而速度、加速度则是通过位移和时间表达出来，即位移、时间、速度、加速度都是用来描述物体运动的物理量。

亦即物理量是由测量的数值和单位等组成的。

物理量可分为状态量和过程量两种。

二、状态量和过程量
状态量：对任意闭合环路该量的积分积分为零，或者说这个量经过任意过程后其变化只与初末状态有关，与过程路径无关。

典型的状态量：位置、能量、体积、密度、速度、加速度、温度、熵、标量势等。

过程量：存在某一闭合环路该量积分不为零，或者说经过某个过程后其变化不仅取决于初末状态，还与过程路径有关。

典型的过程量：位移、功、热等。

三．状态量与过程量辨析
1.看变化是否和“路径”有关；
反应在复变函数上，状态类似解析函数，过程类似非解析函数！
物理意义：一个初始状态，经过任意的一系列变化之后回到这个状态，整个过程中那些总是回到初始值的那些量就是状态量，而随着中间变化路径而改变的那些量就是过程量。

数学意义：状态量是函数性质的，它没法表示成谁的全微分，而它的全微分能够对应一个过程量。

比如位置并不是谁的微分，而它的微分对应的是无穷小的位移。

亦即状态量不能表示成某个全微分，过程量则能表示成某个全微分。

*个人理解，“微分”和“微元”不太一样，“微分”既可指一个无穷小的“变化”，也可指一个无穷小的组成“部分”，而“微元”只是指一个无穷小的组成部分。

例如，微分dE指的是能量的一个无穷小变化（变化量），而不是能量的一部分；而微元dW就是功的一个无穷小的部分。

状态量和过程量的区分，就在这里。

一个量可以表示成全微分，那不意味着它就是谁的全微分。

2.状态量反映物质的状态，是实在的。

过程量是辅助量，是虚的。

状态量直接涉及过程中的某些状态，过程量涉及到某一物理现象发生的整个过程。

因此,相应地就引人了许多关于描述某些物理过程的过程量和用来描述某些特定的物理状态的状态量。

从而来定量地分析、研究某些过程中这些物理量之间的变化关系及引起变化的原因.。

过程量与状态量的区分是过程量是与时间间隔相对应的，而状态量是与时刻相对应的。

最常见的与状态相对应的状态量有:动量、动能、角动量、速度、加速度、力、势能等；与过程相对应的过程量还有：冲量(力对时间的累积)、功、冲量矩(力矩对时间的累积)、位移、路程等。

3. 状态量是描述物质系统状态，过程量是描述物质系统的状态变化。

状态量是描述物质系统状态的物理量，如：位置、速度、动量、势能、动能、角速度、角动量、压强、温度、体积等等都是状态量。

物质系统在外界作用下，它的状态将随时间而发生变化，描述该系统状态量也随时间而发生变化。

状态量描述物体在某个状态时具有的性质。

过程量是描述物质系统状态变化过程的物理量，如；力的冲量、功、热量等都是过程量，它们都与一定的物理过程相对应．一般说来，物质系统从某一个状态变化为另一个状态，如果经历不同的物理过程，虽然初始状态与终了状态相同，但过程量并不相同。

描述力矩对时间积累效应的物理量是冲量矩，是过程量，描述力矩对空间积累效应的物理量是力矩功，也是过程量。

过程量描述物体在某一过程中的某一性质的变化。

2016.03.16撰于风湖里（修订稿）。