两个量只有在比值 y ÷ x 恒定时才是正比例(directly proportional),也就是图像是一条经过原点的直线。“x 增大时 y 也增大”这样的一般趋势,说的要弱得多。
这个区别在跨科学数据解读中很重要,例如弹簧、电阻和反应速率。本课数据均为虚构。
两者有什么不同?
正趋势只说两个量一起上升。正比例说的要强得多:x 加倍,y 也加倍。
一条线可以向上倾斜,却不经过原点,也可以向上弯曲或趋于平缓。这些都不是正比例。
有两个快速检验。比值检验是对每一行求 y ÷ x。图像检验是看是否为通过 (0, 0) 的直线。
步骤
- 对每一行计算 y ÷ x,单位保持一致。
- **比较各个比值。**是否接近,没有持续漂移?
- 画图,检查是否为经过原点的直线。
- **选择措辞:**两项检验都通过,才写“正比例”;否则写“正相关”或“增大,但不成正比例”。
例题
一根弹簧挂上重物,测量它的伸长量(虚构数据)。
| 拉力(N) | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 4.0 |
|---|---|---|---|---|
| 伸长量(cm) | 2.1 | 4.0 | 6.2 | 8.1 |
**比值检验:**2.1 ÷ 1.0 = 2.1;4.0 ÷ 2.0 = 2.0;6.2 ÷ 3.0 = 2.07;8.1 ÷ 4.0 = 2.03。比值集中在约 2.05 cm/N 附近,没有持续漂移。拉力从 2.0 N 加倍到 4.0 N,伸长量大致加倍(4.0 cm 到 8.1 cm,在测量误差内)。
**图像检验:**各点落在经过原点的直线上。
结论:在这个范围内,伸长量与拉力成正比例。约 2.05 cm/N 的比值就是斜率。
再比较第二组:光照时数与植物质量。
| 光照(h) | 2 | 4 | 6 | 8 |
|---|---|---|---|---|
| 质量(g) | 1.5 | 2.5 | 3.2 | 3.6 |
比值:0.75、0.625、0.533、0.45,持续下降。质量随光照增加,但不成正比例。光照从 4 h 加倍到 8 h,质量只从 2.5 g 增加 1.1 g 到 3.6 g,没有加倍。
要留意的错误
错误答案:“光照增加,植物质量也增加,所以它们成正比例。”
学生把正趋势和正比例混为一谈。正确做法是做比值检验。
第二个错误是把不经过原点的直线当成正比例。对 y = 3x + 5,x = 2 时 y = 11,x = 4 时 y = 17,并没有加倍。
自我检测
1. x = 2、4、6,y = 5、10、15。是正比例吗?
显示答案
比值:5 ÷ 2 = 2.5,10 ÷ 4 = 2.5,15 ÷ 6 = 2.5。恒定,所以是正比例,k = 2.5。
2. 一条直线与 y 轴相交于 4。是正比例吗?
显示答案
**不是。**它不经过原点,是有正截距的线性关系。
3. x 增大时,比值 y ÷ x 为 3.1、2.4、1.9、1.5。描述这个关系。
显示答案
y 随 x 增大,但比值持续下降,所以是正趋势,不是正比例。
接下来
如果有一个点打乱了你的比值,回到解释异常值;否则继续学习对混合数值答案做独立检查。科学探究评析工具提示你用数据支持每一个论断。
“一起变大”和“成正比例”很容易混淆。我们的老师会在线上一对一综合科学补习中,用你自己的数据带你做比值检验。