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矢量(向量)核心概念详解:定义、与标量的区别及基础例题分析

  矢量是数学、物理学和工程科学等多个自然科学中的基本概念,指一个同时具有大小和方向的几何对象,因常以箭头符号标示,以此区别于其他物理量而得名。直观上,矢量通常被标示为一个带箭头的线段。

  1 什么是矢量

  矢量也叫向量,是由大小和方向共同决定的量,与 “标量” 相对。如力、速度等物理量都属于矢量。矢量的运算与标量不同,如矢量的合成遵循平行四边形法则。

  线段的长度可以表示矢量的大小,而矢量的方向也就是箭头所指的方向。物理学中的位移、速度、力、动量、磁矩、电流密度等,都是矢量。与矢量概念相对的是只有大小而没有方向的标量。

  在数学中,矢量也常称为向量,即有方向的量。数学中采用更为抽象的矢量空间(也称为线性空间)来定义矢量,而定义具有物理意义上的大小和方向的向量概念,则需要引入范数和内积的欧几里得空间。

  2 矢量和标量的区别

  标量只有大小没有方向,比如说质量、体积、温度、路程。矢量既有大小又有方向,比如说力、速度、位移。

  一种是在选定测量单位以后,仅需用数字表示大小的量叫标量;另一种是在选定测量单位后,除用数字表示其大小外,还需用一定的方向才能说明性质,叫矢量。

  在中学物理中,无论是矢量,还是标量,都存在正负号问题。矢量正负号表示矢量的方向:若矢量为正,表示该矢量跟选定正方向相同;矢量为负表示跟选定正方向相反。标量正负号不代表方向,如温度的正负是相对 0℃的高低,功的正负则表示力对物体做功的性质。

  在中学物理中,长度、质量、时间、密度、功、能量、温度、电流强度等都是标量,标量运算服从代数运算法则。力、位移、速度、加速度、动量、冲量、电场强度、磁感应强度等都是矢量,矢量的运算要遵循平行四边形法则或三角形法则。矢量常用带有箭头的直线段表示,线段的长度代表矢量大小,箭头代表矢量的方向。

  小例题:判断下列物理量属于矢量还是标量。① 一个苹果的质量为 0.2kg;② 小明跑步的速度为 5m/s,方向向东。答案:① 质量只有大小,属于标量;② 速度既有大小又有方向,属于矢量。

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