物理教學結合哲學思想

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哲學是世界觀、是方法論。物理學作為一門自然科學，內含了諸如對立統一、普遍聯系、整體思維等辯證唯物主義哲學思想。在物理教學中進行哲學思想的滲透，既有助于實現中學物理的教學目標，也是培養學生辯證思維的重要途徑。下面就如何在中學物理教學中進行哲學思想的滲透作一些粗淺的探討。

一、對立與統一

在“研究摩擦力”的課堂教學中，某老師引導學生分析了行駛中的后驅汽車所受摩擦力的情況，費盡周折才勉強得出結論：汽車在行駛時，前輪受到的摩擦力向后，后輪受到的摩擦力向前。但是，仍有同學不解地問：“老師，依照這個結論，汽車前、后輪受到的摩擦力不是相互矛盾嗎？”老師只得強調說：“對，你說得沒錯，汽車后輪受到的摩擦力對汽車來說是驅動力，汽車前輪受到的摩擦力對汽車來說是阻力。”看著同學們似懂非懂的神情，該老師明白，學生對這一問題依然理解不透。在接下來的第二次課中，老師有意顛倒了教材編排順序，提前學習了牛頓第三定律，接著他擺出了如圖1所示的實驗裝置。當他用遙控器啟動后輪驅動的電動小汽車時，讓同學們料想不到的一幕出現了，與前輪接觸的木板被向前推出，與后輪接觸的木板被向后推出。如何解釋這一實驗現象呢？老師要求學生結合剛剛學習的牛頓第三定律，自己找原因，得結論。同學們通過討論分析思路逐漸清晰，認識到這都是輪與板間的相互摩擦所致，依據兩板的運動方向就可應用牛頓第三定律推出汽車前、后輪所受摩擦力的方向。上節課遺留的疑惑順理成章地破解了。這時，老師又不失時機進一步指出，汽車前、后輪所受的摩擦力產生的效果雖然是矛盾、對立的，但又是統一的：當前、后輪所受摩擦力大小相等時，汽車勻速前進，當后輪所受摩擦力大于前輪所受的摩擦力時，汽車加速前進。課后一個學生深有感觸地說，政治老師所說的“對立統一規律”總是覺得很空洞、很抽象，經歷了這堂物理課才深有體悟。“實驗求真”是認識事物的必要經歷，是掌握知識形成技能的關鍵過程；“對立而統一”是辯正的觀點，是方法論。這正是新課標所追求的多維目標之一。

二、局部與整體

隔離法與整體法是解決物理問題常用的基本方法，與隔離法相比整體法解題來得更系統、更簡便，但整體法的靈活運用對解題者的思維能力、思維品質的要求更高，一些看似與整體法不搭界的問題，通過虛擬一個條件或打通一個結點就可以將各個對象巧妙地聯系起來，最終借助整體法解決問題。例1.如圖2所示，在絕緣的光滑水平面上固定著等質量的A、B、C三個帶電小球，三球共線，若釋放A球，A球初始加速度為-1m/s2（選水平向右為正方向），若釋放C球，其初始加速度為3m/s2，則釋放B球，其初始加速度為多大？方向如何？解析：依題意，分別釋放三球中的某一小球與同時釋放三球相比較，相應球所產生的初始加速度是相同的。若同時釋放三球對整個系統而言，所受的合外力為零，則在釋放的瞬間由牛頓第二定律有:F=maA+maB+maC=0即：aB=-（aA+aC）=-［（-1）+3］m/s2=-2m/s2這說明只釋放B球其加速度大小為2m/s2，方向向左。小結：此題若用隔離法求解，涉及三對相互作用力，比較麻煩。而虛擬一個將三球同時釋放的條件，再以系統為研究對象，運用牛頓第二定律求解，只要注意定律的瞬時性、矢量性，便能快捷、簡便地得出正確答案。例2.如圖3所示，三個物體的質量分別為m1、m2、M，斜面的傾角為α，繩的質量不計，所有接觸面光滑，當m1沿斜面下滑時，要求斜面體靜止，則對斜面體應施加多大的水平力？方向如何？解析：對m1、m2構成的系統由牛頓第二定律有：m1gsinα-m2g=（m1+m2）a①對m1?m2和M構成的整個系統就水平方向而言，若施力使斜面體靜止，只有m1具有水平向右的加速度分量ax且：ax=acosα②所以，對斜面體必須施加水平向右的推力F，如圖4，則對整個系統在水平方向上由牛頓第二定律有：F=m1ax③解①、②、③得：F=m1g（m1sinα-m2）cosαm1+m2小結：這種以系統為研究對象的解題方法，只追究了系統在水平方向上的動力學行為即達目的，既回避了物體運動的多維性和相互作用的復雜性，又體現了牛頓第二定律在某一方向上的獨立性。從上面兩道例題不難看出：系統內物體運動同步與不同步、一維運動與多維運動均可用整體法求解，在學生掌握了隔離法的基礎上，適時引導學生運用整體法解決動力學問題，不但能從更高層面上幫助學生認識牛頓第二定律的瞬時性、矢量性、獨立性，還能培養學生用普遍聯系、整體思維的觀念分析問題，培養學生的求同思維能力，提高學生的解題速度，收到事半功倍的效果。

三、對稱與不對稱

對稱是自然界中一種普遍的現象，它反映了物質世界的和諧、優美與均衡。物理學中也存在大量的對稱現象，如物理模型結構對稱、物體運動的對稱、電場、磁場分布的對稱、電路、光路的對稱等等。具有對稱性的現象，其相互對稱的部分存在某些相同的特征。因此，一旦確定了某一部分的規律，便可推知另一部分的規律，這就是對稱的思想方法。利用對稱法分析問題，可以避免復雜的數學運算，出奇制勝，使問題得以快捷求解。運用對稱法解題的關鍵在于尋找事物的對稱性并使之顯示出來。有時我們甚至把一些表面上不具有對稱性的問題，通過一定的方法轉化為具有對稱性的問題，以便用對稱規律求解。

1.缺失的諧振對稱例3.如圖5所示，一升降機在箱底裝有若干個彈簧，設在某次事故中，升降機吊繩在空中斷裂，忽略摩擦力，則升降機在從彈簧下端觸地后，直到最低點的一段運動過程中（）。A.升降機的速度不斷減小。B.升降機的加速度不斷增大。C.先是彈力做的負功小于重力做的正功，然后是彈力做的負功大于重力做的正功。D.到最低點時，升降機加速度的值一定大于重力加速度的值。分析與求解：由動力學知識可知A、B兩答案是錯誤的；根據動力學知識和動能定律不難判定C答案是正確的。對于D答案若用常規的思維方法就難以作出結論。如果假設彈簧觸地后，觸地端被牢固地粘接在地上，此后升降機將做類簡諧運動，運動到最高點時，升降機將受到重力和彈簧拉力的共同作用，其加速度大于重力加速度，根據簡諧運動的對稱性，升降機在最低點的加速度大小與最高點的加速度大小相等，所以升降機在最低點的加速度的值也一定大于重力加速度的值。點評：這里升降機只是在最后階段做簡諧運動，是一個殘缺的簡諧運動過程（不到半個周期），分析時虛構一個條件，將前面殘缺的簡諧運動過程補充完美，便可巧借簡諧運動的對稱性，對D答案作出正確判斷。

2.不對稱中的對稱例4.如圖6所示，長為5m的細繩兩端分別系于豎立在地面上相距為4m的兩桿的頂端A、B上，繩上掛一個光滑的輕質掛鉤，其下連著一個12N的物體。平衡時繩中的張力為多少？分析與求解：從圖上來看A、B兩桿的高度不等，不對稱；掛鉤將繩子分成長度不等的兩段，也不對稱。但掛鉤與繩的接觸點受三個力而處于平衡態，因掛鉤光滑，兩段繩張力大小相等TA=TB，則兩繩與水平方向夾角必相等α=β，受力的對稱性體現出來。設：A側繩長為l，掛鉤到A桿的距離為x，TA=TB=T，根據共點力的平衡條件和對稱性有：2Tsinα=F①cosβ=cosα=xl②xl=4-x5-l③sin2α+cos2α=1④聯立①、②、③、④解得繩子的張力：T=10N點評：此題的圖示給人的直覺是不對稱的，但透過不對稱表象便能分析出其受力的對稱性，而這正是解決此題的突破口。3.對稱中的不對稱例5.如圖7所示，兩個大小相同的金屬板構成一個平行板電容器，兩板所帶的電量分別為Q1=－1.0×10－8C、Q2=+3.0×10－8C的電量，測得兩板間電勢差U=100V，求該電容器的電容。分析與求解：常見的電容兩極板所帶的正、負電荷的電量相等，而本題兩極板所帶的電量不相等，對此很多學生認為不好解。如何使不相等轉化為相等是解題的關鍵。其實，如果兩板帶等量的同種電荷，兩板間的電場強度處處為零。由此可在兩極板上分別虛擬增加大小均為1.0×10-8C的負電荷，則兩極板帶有電量為2.0×10-8C的異種電荷。則：C=QU=2.0×10-8C100F=2.0×10-10F。點評：從結構上講平行板電容器是典型的對稱型容器，但此題中兩板的電量分配卻是不對稱的，通過虛擬等量的同種電荷加入其中，在不改變題目初衷的前提下，使問題得以輕松的解決。對稱與不對稱原本就是相對的、辯證的、可以轉化的。

物質有正、反之分，電荷有正、負之分，磁極有南、北之分，磁生電，電生磁，對稱性廣泛存在于物理現象、物理規律之中，1820年丹麥物理學家奧斯特通過試驗首先發現了電流的磁效應，一些物理學家認為磁與電之間的關系一定存在某種對稱性，便試圖尋找它的逆效應，提出了磁能否產生電的問題，英國物理學家法拉第懷著這一信念進行了長達10年的研究和大量的實驗，終于在1831年發現了磁生電的電磁感應現象。在教學中，注意不失時機地引導學生運用對稱性分析解決問題，不但能優化學生的思維品質，培養學生用聯系的觀點分析問題，用變通的方法解決問題，還會給學生美的啟迪，激發學生崇尚科學、熱愛科學的思想情感。物理學，特別是物理教學，不能只固守在客觀的知識體系上，不能只是定理、定律、公式的集合，還應當包括如何去學習物理學，如何去真正地掌握它、使用它，以及人對它的感情和態度等。這些是人與自然關系范疇里的內容。物理學與哲學可以說是同系一個源頭，很多哲學思想來源于物理學科內容，一些哲學思想的形成和發展，起始于物理規律的發現。就連思想方法的問題也是與物理知識交織在一起的，甚至二者沒有明顯的界限。愛因斯坦的相對論就是從哲學的角度來揭示物理規律的，是哲學思想向物理學延伸的最好例證。波粒二象性、量子理論、熱力學第二定律等內容都與唯物辯證法交融在一起。特別是高中物理里面有些知識體系本身是比較深奧和復雜的，對于高中學生，要求系統掌握是不現實的。因而，在高中向學生介紹這些知識的時候，要重在向學生滲透這些知識之中蘊含的世界觀和方法論。