淺談物理學科中蘊涵的美

物理學天生麗質，蘊含著豐富而又深刻的美的本質，在中學物理中有許多物理概念、規律及方法具有對稱、均衡、和諧的美，關注它有助于知識的理解和掌握，有助于揭示事物的本質及事物間的相互關系，有助于在美的氛圍中汲取物理知識營養，激發學習科學探索自然的志趣。

一、和諧之美

物理學概念中蘊藏著豐富的“和諧之美”，它啟迪人們認識和探究未知世界的智慧。例如，

(1)關于時間的變化率的概念：速度v=s/t、角速度ω=Φ/t、加速度a=(vt－v0)/t、功率P=W/t、電流強度I=Q/t等。這些概念遵循共同的特點，即反映“變化快慢”的物理量；

(2)相對立的概念：靜止與運動、正電荷與負電荷、N極與S極、引力與斥力、勻速與變速、會聚與發散等。它們是相對立的，也是完美的統一；

(3)相對應的概念：功與沖量、動能與動量。功和沖量都是過程量，功是力對空間的積累，而沖量是力對時間的積累；功是標量，沖量是矢量。動能和動量都是狀態量，但動能是標量，動量是矢量。可理解為它們是對物體的運動過程或狀態的不同的度量方式。

二、對稱之美

物理規律、物理過程及物理“形體”總會讓人感受對稱的美。例如，萬有引力與庫侖定律、動量守恒定律與機械能守恒定律、動量定理與動能定理、光的波粒二象性與微觀粒子的波粒二象性、機械波與電磁波遵循波的共同規律(波的衍射、干涉和多普勒效應)、單擺運動過程、簡諧運動與簡諧波的圖像等，這些對稱與均衡之美真正達到令人驚嘆，美不勝收的境地。

三、方法之美

物理問題研究方法上的統一美妙不可言，令人拍手叫絕。例如，

(1)分解與合成：一切矢量的分解與合成、波的獨立性與疊加性、場的分解與疊加(如電場與磁場的復合)，是具有共性的處理方式。

(2)歸一化：安培的分子電流的假說揭示了磁現象的“電”本質，使我們認識到磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由電荷的運動產生的；奧斯特發現了電流的磁效應，法拉第總結出電磁感應定律，從而認識到電能產生磁，磁也能產生電。麥克斯韋電磁理論，又進一步揭示了電磁之間的相互依存、對立統一的關系，使電磁理論得到完美和歸一。

四、思維之美

物理規律的摸索包含思維過程，如伽利略在研究自由落體運動性質中巧妙采用“沖淡”重力的思想，通過合理推理確認了自由落體的運動性質。尤其是湯姆遜、盧瑟福、查德威克等人對微觀結構發現與認識過程之美，這些科學家們通過假說、實驗、分析與判斷、推理、綜合，使理論逐步提升和完善，讓人們感悟出認識世界過程中的思維方法與品質，從中汲取研究問題的方法和人生寶貴的精神財富，探究自然規律的過程本身艱辛和神奇之美，更激發了人們探索自然世界的無限熱情。

五、辯證之美

物理學揭示事物發展變化及相互作用規律，充滿辯證法。如楞次定律(感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化)、電磁感應現象等，它們矛盾著的雙方既對立(如“阻礙”變化)又統一(如規律反應能量的“守恒”)，生動地反映了矛盾的相互對立、相互轉化又是統一的辯證法。物理學讓學生感悟到事物間的辯證統一，催生學生正確世界觀的形成，這種辯證思想也為即將走向社會的學生認識社會和認識自然作出了思想及方法的進步的鋪墊。

六、簡潔之美

愛因斯坦信仰“宇宙有一種最終的簡單性和美”。如愛因斯坦的質能方程E=mc2，牛頓第二定律表達式F=ma，又如紛繁復雜的天體運動服從開普勒三個定律，物體間的萬有引力等，數不勝數，它們都給人以簡潔、明快、精練的美感。

七、曲線之美

拋體運動的軌跡、天體運動軌跡、電場的電力線與磁場的磁力線、電磁波的波的圖線、波的干涉與衍射圖樣等無不向人們渲染自然曲線之美。以其溫柔與力量、流暢與均衡，展現絕倫之美。

八、廣闊之美

從浩瀚的太空到微觀世界的探索，從經典牛頓力學到近代的量子力學、狹義相對論和廣義相對論；從電磁現象到麥克斯韋電磁理論；從光的直線傳播到引力場使光線發生彎曲；從質量、長度、時間不變的“千古真理”到相對論的新的時空觀；從原子不可分到媒介子、輕子、夸克等等。向人們勾畫了一幅宏大精美的長卷，這個長卷給予我們極其豐富的啟示，也留給了我們無限的想象和發展的空間，使人油然而生一種追求盡善盡美的神往和沖動。

追求美是人類的崇高境界，也是科學家為之不懈求索的志向。只有站在一定高度，才會使人們有“一覽眾山小”的情懷，才會有像詩人那樣的視地球為“小小寰球”的大氣。而教學若能讓師生對美產生共鳴，這正是新課程理念所期待的。

(責任編輯 黃春香）