高中物理學中的辯證法思想

　　摘 要： 物理學是運用唯物辯證法觀點和方法分析研究物質運動、性質和變化規律的自然科學。所以，要學好物理學，就要學習一點辯證法，要用辯證法的觀點和方法觀察認識物理現象，分析物理過程，歸納物理變化規律。這樣對高中物理知識認識理解就更加深刻、透徹，應用起來就更得心應手；避免了對高中物理知識只能“死記硬背，不理解其本質”的現象，也為高中老師和學生以后的學習和科學研究打下良好和堅實的基礎。
　　關鍵詞： 高中物理學 辯證法 物理定律
　　
　　物理學的發展史充滿著兩種勢力、兩種觀念、兩種學說、兩種思想的激烈斗爭。物理學就是在這個斗爭中迂回曲折地發展著。舊的學說、舊的思想不僅是新知識、新思想發展的動力和基礎，而且是新知識、新思想發展桎梏和絆腳石。物理學正是在新舊認識的反復較量中，建立了一座座里程碑，每一個里程碑上都銘刻著物理學家的豐功偉績。
　　一、從亞里士多德到伽利略——人類的認識是在肯定—否定—否定之否定中發展的
　　亞里士多德被稱為古希臘的“百科全書”，其研究領域涉及天文、地理、數學、哲學、醫學、生物、物理……中學物理中他提出兩個比較典型的錯誤觀點：一個是力是維持物體運動的原因；另一個是重的物體比輕的物體下落得快。毫無疑問，這兩個錯誤的觀點都遭到伽利略無情的批判。但往往人們只過多地看到前者的錯誤和后者的偉大，而忽視這其實正是人類認識科學的普遍規律。亞里士多德的學說不僅受到當時科學條件和實驗條件的制約，而且代表那個時代對這兩個問題認識的最高水平；伽利略的論斷絕不僅僅是對亞里士多德的批判，更主要的是從前者的研究方法中“剔除糟粕，吸取精華”，拉開了近代物理學的序幕，并把正確的科學研究方法（對現象的一般觀察—提出假設—運用邏輯（包括數學）得出推論—通過實驗對推論進行驗證—對假說進行修正和推廣）留給了后人。
　　牛頓說：“我只是一個海濱玩耍的孩子，有幸拾到了光滑美麗的石子，真理的大海還遠沒有發現，我所取得成績是因為我站在巨人的肩膀上……”“巨人”就包括伽利略、惠更斯、笛卡爾、開普勒……牛頓憑借自己的努力和數學天賦，創立力學三定律和萬有引力定律，完成物理學史上的第一次大綜合——天上和地上的物理規律統一起來，經典力學并以此建立起來。但牛頓力學只適用于宏觀低速，對高速和微觀領域就無能為力。所以，肯定—否定—否定之否定的過程就是事物發展的辯證過程，但每一次否定不僅是對肯定的簡單否定，而且是在更高的層次上對事物的規律有了更深入的認識。
　　二、牛頓第三定律——矛盾的雙方相互制約、相互依存
　　物理學中有些定律的表述本身就是辯證的。牛頓第三定律就是一個例子，其內容是：兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上；楞次定律是另外一個例證，其表述為：感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。作用力和反作用力，原電流和感應電流是相互依存，互相制約的雙方。可以知道，作用力越強反作用力就越強，作用力越弱反作用力就越弱，作用力消失反作用力就消失；原電流增強，感應電流的磁場就和原磁場相反，起“阻礙”作用；原磁場減弱，感應電流的磁場就和原磁場方向相同，起“補償”作用。辯證法告訴我們，矛盾的雙方是在相互制約、相互斗爭中以對立和統一的形式而存在，可見上述兩個定律是和辯證法相吻合的，以辯證法的觀點來理解上述定律就更加水到渠成、一目了然。
　　三、慣性定律、能量守恒、動量守恒——運動量不滅
　　能量守恒和動量守恒定律是高中物理兩個重要的守恒定律。高中物理不論是力學還是電磁學都把這兩個定律作為解決問題的最終突破口，其重要性不言而喻。教師在教學的過程中往往只強調結論，學生僅注重運用該結論解決問題，對兩個守恒的本質原因是什么，常常一時難以解答清楚。事實上兩個守恒根植于運動量不滅這一基本的辯證法原理。恩格斯對此作了精辟的論述，他說：“現在，近代自然科學必須從哲學那里采取運動不滅原理，沒有這個原理，運動就不能繼續存在。”
　　慣性定律即牛頓第一定律，其內容為：一切物體總是保持靜止狀態或勻速直線運動狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態。這種能力是物質運動的本性，即物質運動是守恒的；運動改變原因是外加的，物體自身沒有改變運動的能力，若物體由一種運動狀態變為另一種運動狀態，只有靠外部的作用才能實現。總之，運動不僅在量上守恒，而且在質上不滅。
　　四、法拉第電磁感應定律——各種運動可以轉化，轉化又是有條件的
　　十八世紀，人們一開始思考各種自然現象之間的聯系。摩擦生熱表明機械運動可以向熱運動轉化，而蒸汽機又可以實現熱運動向機械運動的轉化。運動包括機械運動、熱運動、電磁運動、化學運動等多種形式。當時除了從事哲學研究的人如康德，也包括一些物理學家如焦耳、亥姆霍茨、奧斯特等人也堅信各種自然現象之間可相互聯系和相互轉化。
　　奧斯特電流的磁效應發現以后，就好比平靜的水面投下了一個巨石，在物理學領域引起了巨大的波瀾。深受康德哲學思想影響的時代驕子法拉第敏銳地認識到：如果電可以生磁，則磁一定可以生電。法拉第為此十年磨一劍，終于發現了磁生電的現象，并總結為以下五種情況：變化的電流、變化的磁場、運動的恒定電流、運動的磁鐵、在磁場中運動的導體。法拉第把磁生電的現象叫電磁感應現象，總結出現象的產生條件是一個動態變化的過程，而不是一個靜態不變的過程，從中我們可以理解道爾頓“跑”失電流的原因。法拉第把自己自制的手搖發電機比喻為“新生的嬰兒”，但正是這個“嬰兒”最終成為巨人，并把人類帶入電氣時代。
　　五、萬有引力定律、庫侖定律——事物的多樣性和統一性
　　萬有引力定律的表達式：F=和庫侖定律的表達式：F=其相似程度令人吃驚。事實上，十七世紀牛頓一方面是因為站在巨人的肩膀上（巨人包括伽利略、笛卡爾、開普勒……），另一方面借助自己數學天賦（自己創立的微積分）得出萬有引力定律的表達式。十八世紀，隨著人類研究領域的擴大，電磁學已納入人類的視野，物理學家首先要搞清楚的是兩個點電荷的作用規律。由于受到牛頓萬有引力定律表達式的啟發，這一時期的卡文迪許、普里斯特利都相信“平方反比”規律也適用于點電荷之間。庫倫憑借自己巧妙的實驗——等分電荷，并參考卡文迪許對萬有引力常數的測量方法——擴大法，得出了庫侖定律的表達式。實驗證明結果同理論預見完全相同，再次證明了方法論的重要性。
　　自然界有四種基本相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用。現在物理學家已完成了電磁相互作用和弱相互作用的統一，他們相信：世界是多樣的，但同時又是統一的，自然的規律在紛繁復雜的背后一定有著密切的聯系。正是受該思想的指導，愛因斯坦后半生把所有的精力都投入到大統一理論當中，雖然沒有取得成功，但在臨終之前他還堅信未來人類一定會能完成這一工作。我們期待該工作早日完成。
　　六、點電荷、質點——抓主要矛盾，忽略次要矛盾
　　高中物理理想化模型包括：點電荷、質點、理想變壓器、理想電流表和理想電壓表、單擺和諧振子、理想氣體和理想流體、原子的核式模型……理想化的條件模型包括：光滑平面、輕桿和輕繩、均勻介質、勻強電場、勻強磁場、均勻介質……理想化的過程模型包括：運速直線運動、勻變速直線運動、平拋運動、簡諧運動、彈性碰撞、等溫過程、等容過程和絕熱過程……伽利略更是借助于理想化的斜面實驗，推翻亞里士多德的錯誤觀點，得出了力和物體運動的正確關系。可以肯定地說，高中物理無處不涉及“理想化”的問題。
　　為什么引入理想化的模型、理想化的過程和理想化的條件？這是研究問題所必需的，也是科學研究問題的常用方法。必須承認，事物是紛繁復雜的，我們要通過現象研究問題的本質，得出事物運動規律性的東西，就必須要忽略事物的次要的、非主體性的特征和要素，抓住事物和問題的主要矛盾。也可以說真實的物理過程和物理研究對象是理想化過程和理想化物理模型的近似，或者說是它們的疊加和組合。因此，我們以“理性化”為工具就能得出物體運動的真實規律，形成正確的科學知識體系。
　　此外，重力勢能、電勢和電勢能的數值具有相對性，而它們的變化量又有絕對性，是辯證法中相對性和絕對性的統一；開普勒二十年磨一劍總結出天體運動的三定律，是他刻苦努力的結果，也是量變到質變的必然規律……總之，用辯證法觀點來認識和理解高中物理知識，不僅在“形”上進行把握，而且能在“質”上達到理解，對培養形成正確方法論和世界觀有著重要的意義。