檢查物理意義

背誦製成品 7.2

那樣,如何保證自己不會背錯公式呢?

你要用第三個方法:背誦公式時,要盡量思考它們的意思。凡是在物理科出現的公式,通常都會有對應的「物理意義」。一條公式的物理意義你知道得越詳細,你對該條公式的印象就會越深刻,記憶就會越清晰。

例如, 的意思是「電線越長,電阻就越大」和「電線越粗,電阻就越小」。如果你記得物理意義的話,你就根本不可能將分子分母錯誤地倒轉。

而「考慮物理意義」這個方法中,時常用的一招是,檢查單位:檢查公式兩邊的單位,是否吻合。

2011.08.15 Monday (c) All rights reserved by ACHK

鑽石棉花 1.3

這段改編自 2010 年 5 月 9 日的對話。

「物理量」有兩種:intensive properties(固有性質)和 extensive properties(延展性質)。同物件的「尺寸大小」和「份量多少」沒有關係的物理量,為之「固有性質」。反之,就是「延展性質」。例如,鑽石的價錢取決於鑽石的輕重,所以「價錢」是鑽石的「延展性質」。而「每公斤價錢」則是鑽石的「固有性質」。

即使是同一種物質,只要「dimension」(尺寸大小)不同,resistance(電阻)就會不同。

如果你問「銅的 resistance 大一點,還是鋁的 resistance 大一點」的話,我答不到你,因為你沒有講明它們的尺寸大小。換句話說,比較兩種不同物料的 resistance 數值,並沒有任何意義。

如果要作有意義比較的話,你應該比較銅和鋁的 resistivity(電阻率)。

留意,電線越長,resistance 就越大;電線越粗,resistance 就越小。所以,resistance 是一項 extensive property。而 resistivity 的定義則是:

這公式剛好把「長度」因素除掉,同時又把「橫切面面積」乘掉。所以,resistivity 是一項 intensive property,不受物體的尺寸大小影響。

平時,當我們講「銅是比鋁更好的導電體」時,意思並不是指,銅的 resistance 比鋁的 resistance 小,因為這個描述沒有任何意義。「銅是比鋁更好的導電體」的真正意思是,銅的 resistivity 比鋁的 resistivity 小。

— Me@2011.06.25

2011.06.25 Saturday (c) All rights reserved by ACHK

鑽石棉花 1.2

這段改編自 2010 年 5 月 9 日的對話。

鑽石值錢一點,還是棉花值錢一點?

(CSY:鑽石。)

這樣答就錯了。例如,如果一小粒鑽石和一座山那麼大的棉花比較的話,很明顯棉花會比較值錢。

所以,如果沒有講明「dimension」(尺寸大小)或者「份量多少」的話,這個問題沒有意思,不值回答。合理的問法是:一公斤的鑽石值錢一點,還是一公斤的棉花值錢一點?

每當我們想講出某樣物質的特性,而不想被它的「份量多少」所影響的話,我們就會把「份量」除掉。例如,我們想比較在物料本質上,鑽石值錢一點,還是棉花值錢一點。我不應比較「價錢」,而應該比較「每公斤價錢」,亦即是「價錢/質量」(價錢除以質量)。那樣,「質量」這個因素就刪掉了。

例如,這裡有價值 500 元的棉花 和 300 完的鑽石。棉花的質量有 50 公斤,而鑽石則有 3 公斤。那樣,棉花的單位價值是 10 元/公斤;鑽石的單位價值是 100 元/公斤。所以,鑽石是比棉花昂貴的物料。

「物理量」有兩種:intensive properties(固有性質)和 extensive properties(延展性質)。同物件的「尺寸大小」和「份量多少」沒有關係的物理量,為之「固有性質」。反之,就是「延展性質」。例如,鑽石的價錢取決於鑽石的輕重,所以「價錢」是鑽石的「延展性質」。而「每公斤價錢」則是鑽石的「固有性質」。

— Me@2011.06.22

2011.06.22 Wednesday (c) All rights reserved by ACHK

鑽石棉花 1.1

這段改編自 2010 年 5 月 9 日的對話。

Resistance(電阻)正比於物件的長度,反比於橫切面面積:

化成等式的話,我們需要一個「比例常數」,

在物理上,這個「比例常數」,叫做 「resistivity」(電阻率)。

倒轉寫的話,resistivity 可以透過 運算得到,如果你知道 resistance 的數值的話。

Resistivity 可愛過 resistance,因為 resistivity 可以真正講出某樣物質的特性,而 resistance 則不可以。那是什麼意思呢?你可以這樣去理解:例如,我問你,

鑽石值錢一點,還是棉花值錢一點?

— Me@2011.06.19

2011.06.19 Sunday (c) All rights reserved by ACHK

電流電壓

這段改編自 2010 年 5 月 9 日的對話。

「電流」(current)的意思是,通過某一個橫切面,每一秒有多少電荷(charge)。

「電壓」(voltage)是「電動勢」和「電位差」的統稱。「電動勢」(electromotive force)的意思是,由電路(electric circuit)中的一點去另一點,每一個單位的電荷,可以賺取多少能量(energy)。「電位差」(potential difference)的意思是,由電路中的一點去另一點,每一個單位的電荷,需要付出多少能量。

有一批車輛要使用海底隧道。簡便起見,假設該條海底隧道只有一個收費站。如果將「車輛」比喻成「電荷」的話,「電流」(車流)的意思是,每一秒有多少輛車,通過那個收費站。而「電壓」的意思是,通過那個收費站,每一輛車要付出多少錢。

還有,海底隧道收費站的「賺錢能力」(earning power),可以用作比喻「電功率」(electric power)。「賺錢能力」的意思是,那個收費站,每一秒可以收到多少錢。

那樣,你能理解為什麼「電功率 = 電流 X 電壓」嗎?

— Me@2011.06.09

2011.06.09 Thursday (c) All rights reserved by ACHK

微積分 2

這段改編自 2010 年 5 月 1 日的對話。

留意,我只是說做了一個「不定積分」(indefinite integration)後,你可以對答案式子做一次「微分」(differentiation),看看是否得回題目的式子。是的話,你答案正確的機會就十分高。

但是,我從來沒有說過,你做了一題「微分」題目後,可以透過對答案做一次「不定積分」,以作驗算。那是不行的。

「微分」是機械程序,「不定積分」不是。「微分」比「不定積分」簡單容易很多。所以,你應該用「微分」來驗算「不定積分」題目,而不應該用「不定積分」來校對「微分」題目。

如果要驗算「微分」題目的話,你要用其他方法。其中一個方法是,用一部有「微積分」功能,而又被考試局認可的計數機。

— Me@2011.05.18

2011.05.18 Wednesday (c) All rights reserved by ACHK

微積分

這段改篇自 2010 年 5 月 1 日的對話。

「微積分」的概念,可能會比其他課題抽象,因為牽涉到「無限大」和「無限小」。但是,「微積分」的運算,說穿了,只是一大堆公式的背誦,不是什麼抽象的思考。你可以把學習「微積分」,看成學習一個「高級乘數表」的過程。

你在計算乘數時,並不會有什麼抽象的思維。你所做的,只是把乘數表背出來。所以,平時我說「我懂做乘數」並不是指,我對「乘數」有什麼深刻的了解。「我懂做乘數」的意思是,我背誦了「乘數表」,而且純熟到它已變成了我的自然反應。

(再者,想要對「乘數」的意思有深刻的了解,並不是那麼簡單容易。例如,5 x 2 = 5 + 5 ; 5 x 3 = 5 + 5 + 5。那樣,「5 x 2.1」究竟是什麼意思呢?)

同理,想要「微積分」的運算做得好,並不是要花大量時間,做抽象的思考,去了解「微積分」背後的終極真相。反而,你真正需要做的,只是把「微分(公式)表」和「積分表」背誦好,再加大量的練習,令到它們變成了你的條件反射。

— Me@2011.04.12

In mathematics you don’t understand things. You just get used to them.

— John Von Neumann

2011.04.12 Tuesday (c) All rights reserved by ACHK

0/0

0/0 不能代表任何東西。知不知原因?

(CKY:不知。)

我以前教過你。

(CKY:不記得。)

例如, 等於 3,因為 3 乘以 2 等於 6,即是 3 乘以分母等於分子。又例如,,因為 4 乘以 3 等於 12。明白嗎?

(CKY:明白。)

同理, 應該是等於 2,因為 2 乘以 0(分母)等於 0(分子)。

(CKY:但是,3 乘以 0(分母),都會等於 0(分子)。)

無錯,所以 又可以代表 3。

一個符號之所以有意思,在於它可以表達唯一的一樣東西。如果一個符號不代表任何東西,又或者可以同時表達超過一樣東西的話,它就會沒有任何意思。

例如,你的名字是 CKY。「CKY」這個名字之所以有意思,是因為「CKY」在這班中,代表了唯一的一個人(你)。如果「CKY」在這班中,不代表任何人的話,它就沒有用處。另一方面,如果「CKY」在這班中,代表超過一個人的話,它亦會沒有用處。

最極端的情形是,這班中的所有人,都叫做「CKY」。那就會很奇怪。當老師宣佈委任「CKY」做班長時,大家也不知道究竟誰會做班長。

正正是這個最極端的情形。 可以代表任何一個數,所以它沒有任何用處。

— Me@2011.04.09

2011.04.09 Saturday (c) All rights reserved by ACHK

斜率

這裡很麻煩:由 -2 變成 -3,應該叫做「變大」還是「變小」?

無論怎樣答,都好像不妥當。為了清晰起見,這裡應該避用「大/小」這個字眼。我們可以這樣說, -3 比 -2 更加「負」; +3 比 +2 更加「正」。

如果斜率是正數的話,越正越斜:越正的斜率數值,代表越斜的斜線;如果斜率是負數的話,越負越斜。

— Me@2011.04.04

2011.04.04 Monday (c) All rights reserved by ACHK

網絡記憶 1.3

融會貫通 | 故事連線 3

這段改篇自 2010 年 4 月 30 日的對話。

我的意思是,你千萬不要「死記」。「死記」的不好處是,一方面你心裡會很不舒服;另一方面,你很容易會遺忘。

(CSK:但是,你剛才又叫我們不要期望可以自己想出那些數學技巧,而一定要在考試前背誦好。現在,你又叫我們不要背誦?)

我剛才是叫你不要「死記」,而不是叫你不要「記」。「死記」的意思是,在沒有任何理解之下,就把那些東西生硬背誦下來。只要精神狀態稍為波動,所有「死記」的東西就會不見了。

那樣,如何可以「生記」呢?

先理解那些公式背後的 幾何意義 或者 物理意思,然後把上文下理一併背誦下來。例如,如果你有 4 樣東西 —— A、B、C、D —— 要記的話,其實你有超過 4 樣東西要記。除了要各自記得 A、B、C、D 以外,你還要記得它們之間的關係,例如:

1. A

2. B

3. C

4. D

5. AB (原來 B 是由 A 推算出來的。)

6. BC (原來 B 和 C 只不過是同一個意思的不同講法。)

7. AD (原來 D 只是 A 的一個特例。)

8. CD (原來 D 可以用來驗算 C 的運算結果。)

9. etc.

那樣,A、B、C、D 對你來說,除了是 4 樣東西以外,還形成了一個知識網絡。

萬一你遺忘了(例如)A 的話,你可以立刻由 B、C、D 把 A 推斷出來,因為在這一個知識網絡中,你有遠多於一條路可以走到 A,亦即是你有遠多於一個方法回憶到 A。即使你不能直接回憶到 A,你仍可以由 B 去 A,又可以由 C 去 A,等等。只要其中一條路行得通,你就可以到達 A。反而,要遺忘 A 的話,你需要一個奇蹟。

— Me@2011.03.31

2011.03.31 Thursday (c) All rights reserved by ACHK

網絡記憶 1.2

這段改篇自 2010 年 4 月 30 日的對話。

重點是,微分積分有對應的實質意思。如果你知道那些意思的話,很多運算就很易明白和記憶。

就即是找斜率。

就即是求面積。

我的意思是,你千萬不要「死記」(沒有任何理解之下就背誦)。「死記」的不好處是,一方面你心裡會很不舒服;另一方面,你很容易會遺忘。

(CSK:但是,你剛才又叫我們不要期望可以自己想出那些數學技巧,而一定要在考試前背誦好。現在,你又叫我們不要背誦?)

— Me@2011.03.25

2011.03.26 Saturday (c) All rights reserved by ACHK

網絡記憶 1.1

這段改篇自 2010 年 4 月 30 日的對話。

這些微積分的數學操作,背後有對應的 physical meaning(實質意思)。直情發明微積分的那一個人,是一位物理學家。

(CSK:即是微積分和物理有關?)

知不知誰發明微積分?

(CSK:不知。)

頓哥。

(CSK:哪個頓哥?)

牛頓先生。

重點是,微分積分有對應的實質意思。如果你知道那些意思的話,很多運算就很易明白和記憶。

— Me@2011.03.22

2011.03.22 Tuesday (c) All rights reserved by ACHK

反拋

這段改篇自 2010 年 4 月 30 日的對話。

(CSK:其實 A.Maths(附加數學)是否時常用複雜的術語,去描述一些本來很簡單的事物?)

不只 A.Maths,其他科目也是這樣。明明是淺白的東西,用了一個新的詞彙,就會好像高級一點。代價是令到初學者不知所云,浪費大量時間。

例如 ,如果我說:「f(x) 是一條有 x 的公式。 f(x) is a formula of x.」大部人也會立刻明白,而覺得很無聊。但是,數學科卻說:「f(x) 是一個『函數』。 f(x) is a function of x.」大家就好像應該肅然起敬。

(CKY:用來「拋」(嚇)人。)

無錯。所以,我們千萬不要給其他人拋到。別人拋我們時,我們要反拋他。別人用深的術語嚇我們時,我們要用(貌似)更深的術語去反嚇他。

— Me@2011.03.12

2011.03.13 Sunday (c) All rights reserved by ACHK

Binomial Theorem 1.2

所以,如果你想驗算的話,你可以代(例如) x = 0.003217 入左右兩邊,看看左右兩邊是否數值非常近似。

LHS :

RHS :

如果左右兩邊的頭幾個對應數字都相同的話,你的方程式答案

就有很大機會正確。

用這個驗算方法,選擇 x 的數值時,有一些地方要留意。

第一, x 一定要是在 1 和 -1 之間的數字。

第二, x 千萬不要代一些公整的數字。太公整的話,例如 0 和 0.5 等,你很可能會「撞中答案」。即使左右兩邊的數字答案非常接近,你也不能確定,那是因為你的運算正確,還是只是巧合。

第三, x 不要太大。太大的話,例如 0.3217,即使你的方程式答案正確,左右兩邊的數字答案亦未必會接近。

第四, x 不要太小。太小的話,例如 0.000003217,你會校對不到右手邊方程式最後一項()的係數(281)是否正確。

— Me@2011.03.04

2011.03.05 Saturday (c) All rights reserved by ACHK

Binomial Theorem 1.1

二項式定理有一個驗算方法。例如,題目要你把 展開(expand)至 為止。而你運算到的答案是 。你怎樣可以知道,自己有沒有運算錯誤呢?

首先,你要知道,這種題目的目的,是要做近似值,以簡化運算。如果把 的所有項也寫出來的話,你總共要寫 24 項。

如果你只想寫(次方由小至大的)頭幾項,而又要近似值足夠準確的話,x 一定要是在 1 和 -1 之間的一個很小的數值,因為 x 的數值越小, x 越大次方的數值就越可以忽略。例如,x 是百份之一的話, x 二次方就是萬分之一。而 x 三次方就是百萬分之一。

— Me@2011.03.02

2011.03.02 Wednesday (c) All rights reserved by ACHK

電磁波 2

這段改篇自 2010 年 3 月 18 日的對話。

在真空之中,光速是宇宙間最高的速度。在真空之中,沒有東西的移動可以快過光。如果有一樣東西,以高於光速移動的話,它就會回到過去。

(CN:為什麼一快過光,就會回到過去?)

比喻說,如果我以高於光速離開地球的話,我就可以追到地球以前發出的光線,從而看到以前的地球。

— Me@2010.08.16

2010.08.16 Monday (c) All rights reserved by ACHK

電磁波

這段改篇自 2010 年 3 月 18 日的對話。

光是電磁波。那樣,什麼是「電磁波」呢? 

很久以前的人以為「電力」和「磁力」是兩樣沒有關係的東西。後來,物理學家發現,它們原來是背後同一樣東西的兩個化身。

然後呢,你要留意,「靜電無磁」。意思是,如果我放一粒電荷在這裡,而它是靜止的話,它只會有電場,而不會產生磁場。另一方面,「靜磁無電」。意思是,如果我放一塊磁石在這裡,而它是靜止的話,它只會有磁埸,而不會產生電場。

暫時的結論是,「靜電無磁;靜磁無電」。

那樣,「電」和「磁」有什麼關係呢?

如果那粒電荷在移動的話,它除了會有原本的電場外,亦會額外產生一個磁場。詳細一點的講法是,如果那粒電荷在移動的話,它原本的電場就會有變化。而變化的電場會產生一個磁場。整個過程簡稱為「電動生磁」。

另一方面,如果那塊磁石在移動的話,它除了會有原本的磁場外,亦會額外產生一個電場。詳細一點的講法是,如果那塊磁石在移動的話,它原本的磁場就會有變化。而變化的磁場會產生一個電場。整個過程簡稱為「磁動生電」。

簡言之,「電動生磁;磁動生電」。

— Me@2010.08.14

2010.08.14 Saturday (c) All rights reserved by ACHK

西瓜 2

這段改篇自 2010 年 3 月 18 日的對話。

(CN:為什麼在「可見光譜」中(visible light spectrum),紅色光的波長是最長的?)

你彷彿是在問我:「為什麼爺爺是爸爸的爸爸?」

那是因為「爺爺」這個詞語,是「爸爸的爸爸」的簡稱。同理,「紅色光的波長是最長的」的原因是,我們把「可見光」中,最長波長的光,簡稱為「紅色」。

— Me@2010.08.12

2010.08.12 Thursday (c) All rights reserved by ACHK

折射

這段改篇自 2010 年 3 月 18 日的對話。

為什麼光(或其他波動)由原本的介質進入另一種介質時會折射?

坦克車如何轉彎呢?

當左邊的履帶,轉動得快過右邊的履帶時,坦克車就會向右轉。

— Me@2010.08.04

2010.08.04 Wednesday (c) All rights reserved by ACHK

縱波橫波化 4

這段改篇自 2010 年 3 月 18 日的對話。

波動本身
the wave itself

位移 – 距離 圖
displacement-distance graph

把一個 longitudinal wave(縱波)所對應的 displacement-distance graph(位移 – 距離 圖)畫了出來後,你就可以在「位移 – 距離 圖」中,畫一個新的 wave(波動)形狀。如果是那個 longitudinal wave 是向右走的話,你就在「位移 – 距離 圖」中,原本的 wave 右手旁邊,用虛線畫一個新的 wave。

位移 – 距離 圖
displacement-distance graph

比較原本的 wave 和新 wave,你就可以知道在這一刻,在「位移 – 距離 圖」中,粒子 A 是向上移動的。「向上」移動,就即是「向正方向」移動。「正方向」在原本的 longitudinal wave 中,就即是「右面」。

波動本身
the wave itself

換句話說,在這一刻,粒子 A 是向右移動的。

— Me@2010.07.20

2010.07.20 Tuesday (c) All rights reserved by ACHK