學習物理學史有助于更系統地學好物理

李烽韜

物理學作為自然科學的一個分科，以研究物質結構和相互作用及它們的運動規律為己任，在自然科學中地位特殊，它以整個自然界為研究對象，范圍非常廣闊，它的基礎是實驗事實，其基本的研究方法是觀察、實驗。物理學既古老又年輕，早在古代人們在日常生活、生產實踐中就積累了一定的物理知識。古希臘的亞里士多德的《物理學》一書，敘述了當時人們對物體運動的有關知識，我國古代的沈括在《夢溪筆談》中也闡述了許多物理現象。說它年輕是因為，現代物理學的飛速發展正在影響著人們生產、生活的各個領域，特別是20世紀興起的電子技術、計算機等，引起了一場深刻的技術革命，可以說物理學的飛速發展與人類社會的物質文明息息相關。

但是，我們發現，不少同學用很長時間學習那些具體的物理知識，常常只滿足于對具體知識的理解，沒能建立起相應的物理觀念，對物理世界的規律沒能獲得一個清晰的基本認識。

中學物理學習，首先是物理基礎知識的學習，而中學物理基礎知識包括相互區別又相互聯系的兩個方面，即物理概念和物理規律，要想讓學生學好物理概念和規律，就必須掌握正確的學法。

一、從了解物理學史中加深對物理概念的理解

中學物理有大量的物理概念，如力、質量、速度、壓強、電流等等，這些物理概念反映了大量物理現象、物理過程等客觀事物中最本質的屬性。要深刻理解物理概念，并能靈活地運用概念解決問題，全面了解概念的發展史就很必要和重要。比如，力是物理學中最基本的概念之一，初中學，高中學，到大學后繼續學習還要講，但學生總感覺到抽象難懂，理解不深。那么，對力這一自然現象，人們到底是怎樣認識的，人們對力現象的認識到底經歷了怎樣的認識過程，目前又達到怎樣的一個水平？其實人們對力現象的認識與我們大家對力的最初的認識是一致的，都是與推、拉、提、壓等引起的肌肉緊張、疲勞等主觀感覺相聯系的?！赌洝分杏小傲?，刑之所以奮也”的說法。刑，指形體，其含義就在于此。難道力就是肌肉緊張、疲勞？肯定不是。這只是人們對力現象的感性認識。到底什么是力？是誰將人們的這一感性認識上升為科學理論？古希臘學者亞里士多德歸納了大量力的現象，提出“力是維持物體運動的原因”，距今已有二千余年，直到十七世紀，牛頓在總結了伽里略、笛卡兒等人的研究成果，提出“力是使物體運動狀態改變的原因”，人們對力現象才有了本質的認識。難怪現在還有很多同學在學習力概念時有跟亞里士多得相同的看法，原因就是因為沒有透過物理表象，當知道物理這一史實時，我們在學習力的概念時就會有更深的理解，極少犯跟亞里士多德一樣的錯誤。如在學習電磁感應時，介紹歷史上探索“磁能生電”進的艱難過程，讓學生了解法拉第對磁生電的研究，這樣學生仿佛就經歷了歷史的進展一樣，加深了對磁生電的理解，學起來也就輕松得多了，并且對科拉頓跑失良機有更充分的認識。

二、從明確物理學史中更好地掌握物理規律

物理規律是物理學習主要內容，它是一類物理現象及物理過程本質的、必然的聯系。了解物理規律發展確定的歷程，能加深對物理規律的理解和掌握。能的轉化和守恒定律被譽為是十九世紀自然科學的三大發現之一，無論是在哲學界還是自然學界具有崇高的地位，也是中學生學習的一個重點。

那么，該定律究競是怎樣被發現確立的，科學家們為此付出了怎樣的努力，進行了哪些方面的研究？了解了這些，無疑能加深學生對定律的學習和理解。追朔起來，守恒思想的萌芽起源于遠古時期，古希臘哲學家很早就提出了“運動不滅”的思想，我國明朝王夫之在深入手工作坊考察制墨燒汞過程中得出“生非創有，死非消滅”的結論。1638年，伽利略通過對斜面和擺的研究意識到物體下落過程中所獲得的速度，能夠使它從新跳回原來的高度，但不會更高。1669年，惠更斯研究完全彈性碰撞時，認識到各個物體的質量與速度平方的乘積的總和，在碰撞前后保持不變等等。其實，科學家們對各種現象之間普遍聯系且能相互轉化的發現研究開始于十八世紀末十九世紀初。1799年，化學家戴維把兩塊冰放在真空容器中摩擦，發現冰被溶解。1801年英國科學家尼科爾遜，通過電解水的實驗證明電可以產生化學變化。1820年丹麥物理學家奧斯特證明電可以轉化為磁。1821年德國人塞貝克制成溫差電偶，證明熱可以轉化為電。1831年英國科學家法拉第證明：磁可以轉化為電。1842年楞次、焦爾幾乎同時發現了電流的熱效應等等。這些發現使科學家們得出了同一個結論：在自然界中各種運動形式都可以相互轉化，并相信各種運動是統一的。到十九世紀四十年代，能量守恒的信念基本確立，接著許多科學家便開始了將信念上升為規律的定量研究，其中邁爾、亥姆霍茲、焦爾最為著名。

德國醫生邁爾，在1845年根據氣體溫度發生變化，定壓過程吸熱大于定容過程吸熱的事實，計算出了熱功當量的數值J=365Kgm/KCol?？梢哉f，他是歷史上第一個提出能量守恒定律并計算出熱功當量的人，也是第一個把能量轉化概念應用于生物領域的人。德國物理學家、生物學家亥姆霍茲，在全然不知邁爾、焦爾等人工作的情況下，從生理學問題入手，于1847年發表文章，以其嚴密的數學方式表達了能量守恒和轉化定律。焦爾的實驗研究更令人注目，自學成才的英國物理學家焦爾，自1843年起，用盡四十年的時間進行了四百多次實驗，通過電和熱的轉化，電和機械能的轉化，機械能和熱的轉化等測出了熱功當量，特別是1847年的6月，在牛津舉行英國科學促進協會的會議上，焦爾報告的用法碼下落帶動銅制的劃水輪分別攪水、鯨腦油和水銀的實驗，測出熱功當量的平均值J=4.203J/Cal。在當時的實驗條件下，他所測得的熱功當量的數值能夠保持三十年不作較大更正，這在物理學史上實屬罕事，后人不得不為他驚人的耐心和巧奪天工的技術而贊嘆。熱功當量的測定為能量守恒提供了證據，奠定了堅實的實驗基礎。大約到了1860年左右，能量轉化和守恒定律才被人們普遍接受，而且立即成為整個自然科學的基石。當學生知道了這些史實時，不但明確了發現一種物理規律的艱辛程度，還能更好地明確物理規律的內涵，從而更深層次理解了這一規律。

另外，對歷史上一些有杰出貢獻的科學家進行個別考察和研究時，我們會認識到，這些科學家對待事物的科學態度、思想方法、高貴品質等都將對我們的學習和成長產生深遠的影響和熏陶，受到深刻的啟示和啟迪，得到巨大的動力和精神食糧，受到鼓舞。

總之，物理學是來源于實際生活而又用到實踐中去的一門科學，學生明確了科學家探究物理規律的過程，也就會更加明確物理實驗在學習中不可替代的作用，可以用實驗去探究還不明了的問題。