物理教学结合哲学思想

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哲学是世界观、是方法论。物理学作为一门自然科学，内含了诸如对立统一、普遍联系、整体思维等辩证唯物主义哲学思想。在物理教学中进行哲学思想的渗透，既有助于实现中学物理的教学目标，也是培养学生辩证思维的重要途径。下面就如何在中学物理教学中进行哲学思想的渗透作一些粗浅的探讨。

一、对立与统一

在“研究摩擦力”的课堂教学中，某老师引导学生分析了行驶中的后驱汽车所受摩擦力的情况，费尽周折才勉强得出结论：汽车在行驶时，前轮受到的摩擦力向后，后轮受到的摩擦力向前。但是，仍有同学不解地问：“老师，依照这个结论，汽车前、后轮受到的摩擦力不是相互矛盾吗？”老师只得强调说：“对，你说得没错，汽车后轮受到的摩擦力对汽车来说是驱动力，汽车前轮受到的摩擦力对汽车来说是阻力。”看着同学们似懂非懂的神情，该老师明白，学生对这一问题依然理解不透。在接下来的第二次课中，老师有意颠倒了教材编排顺序，提前学习了牛顿第三定律，接着他摆出了如图1所示的实验装置。当他用遥控器启动后轮驱动的电动小汽车时，让同学们料想不到的一幕出现了，与前轮接触的木板被向前推出，与后轮接触的木板被向后推出。如何解释这一实验现象呢？老师要求学生结合刚刚学习的牛顿第三定律，自己找原因，得结论。同学们通过讨论分析思路逐渐清晰，认识到这都是轮与板间的相互摩擦所致，依据两板的运动方向就可应用牛顿第三定律推出汽车前、后轮所受摩擦力的方向。上节课遗留的疑惑顺理成章地破解了。这时，老师又不失时机进一步指出，汽车前、后轮所受的摩擦力产生的效果虽然是矛盾、对立的，但又是统一的：当前、后轮所受摩擦力大小相等时，汽车匀速前进，当后轮所受摩擦力大于前轮所受的摩擦力时，汽车加速前进。课后一个学生深有感触地说，政治老师所说的“对立统一规律”总是觉得很空洞、很抽象，经历了这堂物理课才深有体悟。“实验求真”是认识事物的必要经历，是掌握知识形成技能的关键过程；“对立而统一”是辩正的观点，是方法论。这正是新课标所追求的多维目标之一。

二、局部与整体

隔离法与整体法是解决物理问题常用的基本方法，与隔离法相比整体法解题来得更系统、更简便，但整体法的灵活运用对解题者的思维能力、思维品质的要求更高，一些看似与整体法不搭界的问题，通过虚拟一个条件或打通一个结点就可以将各个对象巧妙地联系起来，最终借助整体法解决问题。例1.如图2所示，在绝缘的光滑水平面上固定着等质量的A、B、C三个带电小球，三球共线，若释放A球，A球初始加速度为-1m/s2（选水平向右为正方向），若释放C球，其初始加速度为3m/s2，则释放B球，其初始加速度为多大？方向如何？解析：依题意，分别释放三球中的某一小球与同时释放三球相比较，相应球所产生的初始加速度是相同的。若同时释放三球对整个系统而言，所受的合外力为零，则在释放的瞬间由牛顿第二定律有:F=maA+maB+maC=0即：aB=-（aA+aC）=-［（-1）+3］m/s2=-2m/s2这说明只释放B球其加速度大小为2m/s2，方向向左。小结：此题若用隔离法求解，涉及三对相互作用力，比较麻烦。而虚拟一个将三球同时释放的条件，再以系统为研究对象，运用牛顿第二定律求解，只要注意定律的瞬时性、矢量性，便能快捷、简便地得出正确答案。例2.如图3所示，三个物体的质量分别为m1、m2、M，斜面的倾角为α，绳的质量不计，所有接触面光滑，当m1沿斜面下滑时，要求斜面体静止，则对斜面体应施加多大的水平力？方向如何？解析：对m1、m2构成的系统由牛顿第二定律有：m1gsinα-m2g=（m1+m2）a①对m1?m2和M构成的整个系统就水平方向而言，若施力使斜面体静止，只有m1具有水平向右的加速度分量ax且：ax=acosα②所以，对斜面体必须施加水平向右的推力F，如图4，则对整个系统在水平方向上由牛顿第二定律有：F=m1ax③解①、②、③得：F=m1g（m1sinα-m2）cosαm1+m2小结：这种以系统为研究对象的解题方法，只追究了系统在水平方向上的动力学行为即达目的，既回避了物体运动的多维性和相互作用的复杂性，又体现了牛顿第二定律在某一方向上的独立性。从上面两道例题不难看出：系统内物体运动同步与不同步、一维运动与多维运动均可用整体法求解，在学生掌握了隔离法的基础上，适时引导学生运用整体法解决动力学问题，不但能从更高层面上帮助学生认识牛顿第二定律的瞬时性、矢量性、独立性，还能培养学生用普遍联系、整体思维的观念分析问题，培养学生的求同思维能力，提高学生的解题速度，收到事半功倍的效果。

三、对称与不对称

对称是自然界中一种普遍的现象，它反映了物质世界的和谐、优美与均衡。物理学中也存在大量的对称现象，如物理模型结构对称、物体运动的对称、电场、磁场分布的对称、电路、光路的对称等等。具有对称性的现象，其相互对称的部分存在某些相同的特征。因此，一旦确定了某一部分的规律，便可推知另一部分的规律，这就是对称的思想方法。利用对称法分析问题，可以避免复杂的数学运算，出奇制胜，使问题得以快捷求解。运用对称法解题的关键在于寻找事物的对称性并使之显示出来。有时我们甚至把一些表面上不具有对称性的问题，通过一定的方法转化为具有对称性的问题，以便用对称规律求解。

1.缺失的谐振对称例3.如图5所示，一升降机在箱底装有若干个弹簧，设在某次事故中，升降机吊绳在空中断裂，忽略摩擦力，则升降机在从弹簧下端触地后，直到最低点的一段运动过程中（）。A.升降机的速度不断减小。B.升降机的加速度不断增大。C.先是弹力做的负功小于重力做的正功，然后是弹力做的负功大于重力做的正功。D.到最低点时，升降机加速度的值一定大于重力加速度的值。分析与求解：由动力学知识可知A、B两答案是错误的；根据动力学知识和动能定律不难判定C答案是正确的。对于D答案若用常规的思维方法就难以作出结论。如果假设弹簧触地后，触地端被牢固地粘接在地上，此后升降机将做类简谐运动，运动到最高点时，升降机将受到重力和弹簧拉力的共同作用，其加速度大于重力加速度，根据简谐运动的对称性，升降机在最低点的加速度大小与最高点的加速度大小相等，所以升降机在最低点的加速度的值也一定大于重力加速度的值。点评：这里升降机只是在最后阶段做简谐运动，是一个残缺的简谐运动过程（不到半个周期），分析时虚构一个条件，将前面残缺的简谐运动过程补充完美，便可巧借简谐运动的对称性，对D答案作出正确判断。

2.不对称中的对称例4.如图6所示，长为5m的细绳两端分别系于竖立在地面上相距为4m的两杆的顶端A、B上，绳上挂一个光滑的轻质挂钩，其下连着一个12N的物体。平衡时绳中的张力为多少？分析与求解：从图上来看A、B两杆的高度不等，不对称；挂钩将绳子分成长度不等的两段，也不对称。但挂钩与绳的接触点受三个力而处于平衡态，因挂钩光滑，两段绳张力大小相等TA=TB，则两绳与水平方向夹角必相等α=β，受力的对称性体现出来。设：A侧绳长为l，挂钩到A杆的距离为x，TA=TB=T，根据共点力的平衡条件和对称性有：2Tsinα=F①cosβ=cosα=xl②xl=4-x5-l③sin2α+cos2α=1④联立①、②、③、④解得绳子的张力：T=10N点评：此题的图示给人的直觉是不对称的，但透过不对称表象便能分析出其受力的对称性，而这正是解决此题的突破口。3.对称中的不对称例5.如图7所示，两个大小相同的金属板构成一个平行板电容器，两板所带的电量分别为Q1=－1.0×10－8C、Q2=+3.0×10－8C的电量，测得两板间电势差U=100V，求该电容器的电容。分析与求解：常见的电容两极板所带的正、负电荷的电量相等，而本题两极板所带的电量不相等，对此很多学生认为不好解。如何使不相等转化为相等是解题的关键。其实，如果两板带等量的同种电荷，两板间的电场强度处处为零。由此可在两极板上分别虚拟增加大小均为1.0×10-8C的负电荷，则两极板带有电量为2.0×10-8C的异种电荷。则：C=QU=2.0×10-8C100F=2.0×10-10F。点评：从结构上讲平行板电容器是典型的对称型容器，但此题中两板的电量分配却是不对称的，通过虚拟等量的同种电荷加入其中，在不改变题目初衷的前提下，使问题得以轻松的解决。对称与不对称原本就是相对的、辩证的、可以转化的。

物质有正、反之分，电荷有正、负之分，磁极有南、北之分，磁生电，电生磁，对称性广泛存在于物理现象、物理规律之中，1820年丹麦物理学家奥斯特通过试验首先发现了电流的磁效应，一些物理学家认为磁与电之间的关系一定存在某种对称性，便试图寻找它的逆效应，提出了磁能否产生电的问题，英国物理学家法拉第怀着这一信念进行了长达10年的研究和大量的实验，终于在1831年发现了磁生电的电磁感应现象。在教学中，注意不失时机地引导学生运用对称性分析解决问题，不但能优化学生的思维品质，培养学生用联系的观点分析问题，用变通的方法解决问题，还会给学生美的启迪，激发学生崇尚科学、热爱科学的思想情感。物理学，特别是物理教学，不能只固守在客观的知识体系上，不能只是定理、定律、公式的集合，还应当包括如何去学习物理学，如何去真正地掌握它、使用它，以及人对它的感情和态度等。这些是人与自然关系范畴里的内容。物理学与哲学可以说是同系一个源头，很多哲学思想来源于物理学科内容，一些哲学思想的形成和发展，起始于物理规律的发现。就连思想方法的问题也是与物理知识交织在一起的，甚至二者没有明显的界限。爱因斯坦的相对论就是从哲学的角度来揭示物理规律的，是哲学思想向物理学延伸的最好例证。波粒二象性、量子理论、热力学第二定律等内容都与唯物辩证法交融在一起。特别是高中物理里面有些知识体系本身是比较深奥和复杂的，对于高中学生，要求系统掌握是不现实的。因而，在高中向学生介绍这些知识的时候，要重在向学生渗透这些知识之中蕴含的世界观和方法论。