高中物理学中的辩证法思想

　　摘 要： 物理学是运用唯物辩证法观点和方法分析研究物质运动、性质和变化规律的自然科学。所以，要学好物理学，就要学习一点辩证法，要用辩证法的观点和方法观察认识物理现象，分析物理过程，归纳物理变化规律。这样对高中物理知识认识理解就更加深刻、透彻，应用起来就更得心应手；避免了对高中物理知识只能“死记硬背，不理解其本质”的现象，也为高中老师和学生以后的学习和科学研究打下良好和坚实的基础。
　　关键词： 高中物理学 辩证法 物理定律
　　
　　物理学的发展史充满着两种势力、两种观念、两种学说、两种思想的激烈斗争。物理学就是在这个斗争中迂回曲折地发展着。旧的学说、旧的思想不仅是新知识、新思想发展的动力和基础，而且是新知识、新思想发展桎梏和绊脚石。物理学正是在新旧认识的反复较量中，建立了一座座里程碑，每一个里程碑上都铭刻着物理学家的丰功伟绩。
　　一、从亚里士多德到伽利略——人类的认识是在肯定—否定—否定之否定中发展的
　　亚里士多德被称为古希腊的“百科全书”，其研究领域涉及天文、地理、数学、哲学、医学、生物、物理……中学物理中他提出两个比较典型的错误观点：一个是力是维持物体运动的原因；另一个是重的物体比轻的物体下落得快。毫无疑问，这两个错误的观点都遭到伽利略无情的批判。但往往人们只过多地看到前者的错误和后者的伟大，而忽视这其实正是人类认识科学的普遍规律。亚里士多德的学说不仅受到当时科学条件和实验条件的制约，而且代表那个时代对这两个问题认识的最高水平；伽利略的论断绝不仅仅是对亚里士多德的批判，更主要的是从前者的研究方法中“剔除糟粕，吸取精华”，拉开了近代物理学的序幕，并把正确的科学研究方法（对现象的一般观察—提出假设—运用逻辑（包括数学）得出推论—通过实验对推论进行验证—对假说进行修正和推广）留给了后人。
　　牛顿说：“我只是一个海滨玩耍的孩子，有幸拾到了光滑美丽的石子，真理的大海还远没有发现，我所取得成绩是因为我站在巨人的肩膀上……”“巨人”就包括伽利略、惠更斯、笛卡尔、开普勒……牛顿凭借自己的努力和数学天赋，创立力学三定律和万有引力定律，完成物理学史上的第一次大综合——天上和地上的物理规律统一起来，经典力学并以此建立起来。但牛顿力学只适用于宏观低速，对高速和微观领域就无能为力。所以，肯定—否定—否定之否定的过程就是事物发展的辩证过程，但每一次否定不仅是对肯定的简单否定，而且是在更高的层次上对事物的规律有了更深入的认识。
　　二、牛顿第三定律——矛盾的双方相互制约、相互依存
　　物理学中有些定律的表述本身就是辩证的。牛顿第三定律就是一个例子，其内容是：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上；楞次定律是另外一个例证，其表述为：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。作用力和反作用力，原电流和感应电流是相互依存，互相制约的双方。可以知道，作用力越强反作用力就越强，作用力越弱反作用力就越弱，作用力消失反作用力就消失；原电流增强，感应电流的磁场就和原磁场相反，起“阻碍”作用；原磁场减弱，感应电流的磁场就和原磁场方向相同，起“补偿”作用。辩证法告诉我们，矛盾的双方是在相互制约、相互斗争中以对立和统一的形式而存在，可见上述两个定律是和辩证法相吻合的，以辩证法的观点来理解上述定律就更加水到渠成、一目了然。
　　三、惯性定律、能量守恒、动量守恒——运动量不灭
　　能量守恒和动量守恒定律是高中物理两个重要的守恒定律。高中物理不论是力学还是电磁学都把这两个定律作为解决问题的最终突破口，其重要性不言而喻。教师在教学的过程中往往只强调结论，学生仅注重运用该结论解决问题，对两个守恒的本质原因是什么，常常一时难以解答清楚。事实上两个守恒根植于运动量不灭这一基本的辩证法原理。恩格斯对此作了精辟的论述，他说：“现在，近代自然科学必须从哲学那里采取运动不灭原理，没有这个原理，运动就不能继续存在。”
　　惯性定律即牛顿第一定律，其内容为：一切物体总是保持静止状态或匀速直线运动状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。这种能力是物质运动的本性，即物质运动是守恒的；运动改变原因是外加的，物体自身没有改变运动的能力，若物体由一种运动状态变为另一种运动状态，只有靠外部的作用才能实现。总之，运动不仅在量上守恒，而且在质上不灭。
　　四、法拉第电磁感应定律——各种运动可以转化，转化又是有条件的
　　十八世纪，人们一开始思考各种自然现象之间的联系。摩擦生热表明机械运动可以向热运动转化，而蒸汽机又可以实现热运动向机械运动的转化。运动包括机械运动、热运动、电磁运动、化学运动等多种形式。当时除了从事哲学研究的人如康德，也包括一些物理学家如焦耳、亥姆霍茨、奥斯特等人也坚信各种自然现象之间可相互联系和相互转化。
　　奥斯特电流的磁效应发现以后，就好比平静的水面投下了一个巨石，在物理学领域引起了巨大的波澜。深受康德哲学思想影响的时代骄子法拉第敏锐地认识到：如果电可以生磁，则磁一定可以生电。法拉第为此十年磨一剑，终于发现了磁生电的现象，并总结为以下五种情况：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。法拉第把磁生电的现象叫电磁感应现象，总结出现象的产生条件是一个动态变化的过程，而不是一个静态不变的过程，从中我们可以理解道尔顿“跑”失电流的原因。法拉第把自己自制的手摇发电机比喻为“新生的婴儿”，但正是这个“婴儿”最终成为巨人，并把人类带入电气时代。
　　五、万有引力定律、库仑定律——事物的多样性和统一性
　　万有引力定律的表达式：F=和库仑定律的表达式：F=其相似程度令人吃惊。事实上，十七世纪牛顿一方面是因为站在巨人的肩膀上（巨人包括伽利略、笛卡尔、开普勒……），另一方面借助自己数学天赋（自己创立的微积分）得出万有引力定律的表达式。十八世纪，随着人类研究领域的扩大，电磁学已纳入人类的视野，物理学家首先要搞清楚的是两个点电荷的作用规律。由于受到牛顿万有引力定律表达式的启发，这一时期的卡文迪许、普里斯特利都相信“平方反比”规律也适用于点电荷之间。库伦凭借自己巧妙的实验——等分电荷，并参考卡文迪许对万有引力常数的测量方法——扩大法，得出了库仑定律的表达式。实验证明结果同理论预见完全相同，再次证明了方法论的重要性。
　　自然界有四种基本相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。现在物理学家已完成了电磁相互作用和弱相互作用的统一，他们相信：世界是多样的，但同时又是统一的，自然的规律在纷繁复杂的背后一定有着密切的联系。正是受该思想的指导，爱因斯坦后半生把所有的精力都投入到大统一理论当中，虽然没有取得成功，但在临终之前他还坚信未来人类一定会能完成这一工作。我们期待该工作早日完成。
　　六、点电荷、质点——抓主要矛盾，忽略次要矛盾
　　高中物理理想化模型包括：点电荷、质点、理想变压器、理想电流表和理想电压表、单摆和谐振子、理想气体和理想流体、原子的核式模型……理想化的条件模型包括：光滑平面、轻杆和轻绳、均匀介质、匀强电场、匀强磁场、均匀介质……理想化的过程模型包括：运速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、简谐运动、弹性碰撞、等温过程、等容过程和绝热过程……伽利略更是借助于理想化的斜面实验，推翻亚里士多德的错误观点，得出了力和物体运动的正确关系。可以肯定地说，高中物理无处不涉及“理想化”的问题。
　　为什么引入理想化的模型、理想化的过程和理想化的条件？这是研究问题所必需的，也是科学研究问题的常用方法。必须承认，事物是纷繁复杂的，我们要通过现象研究问题的本质，得出事物运动规律性的东西，就必须要忽略事物的次要的、非主体性的特征和要素，抓住事物和问题的主要矛盾。也可以说真实的物理过程和物理研究对象是理想化过程和理想化物理模型的近似，或者说是它们的叠加和组合。因此，我们以“理性化”为工具就能得出物体运动的真实规律，形成正确的科学知识体系。
　　此外，重力势能、电势和电势能的数值具有相对性，而它们的变化量又有绝对性，是辩证法中相对性和绝对性的统一；开普勒二十年磨一剑总结出天体运动的三定律，是他刻苦努力的结果，也是量变到质变的必然规律……总之，用辩证法观点来认识和理解高中物理知识，不仅在“形”上进行把握，而且能在“质”上达到理解，对培养形成正确方法论和世界观有着重要的意义。