谈高中物理中的改变与平衡思想

李枧芳

摘要：当我们研究物理现象时，状态的改变是其重要特征，在改变的过程中，各个相关物理量之间相互联系又互相制约，反映出特定的规律和方法。找到了规律，我们就可以反推过去，或者预测未来。当一种平衡状态被打破时，往往会产生新的制约条件阻碍其继续变化，最终发展到一种新的平衡状态。

关键词：高中物理;改变;阻碍;平衡

中图分类号：G633.7 文献标识码：B文章编号：1672-1578（2020）02-0210-01

在高中物理所涉及的动力学与电磁学部分中，当我们研究物理现象时，状态的改变是其重要特征，在改变的过程中，各个相关物理量之间相互联系又相互制约，反映出特定的规律、概念和方法，通常我们会将特定的现象归纳为某一物理模型进行处理。由于物理模型众多，它们相互之间又彼此独立，以致很多学生在学习过程中抓不住其中的联系，所以对高中物理的学习显得相当困难。笔者经过十多年从事高中物理教学工作，总结出在动力学和电磁学中许多的现象中都包含着改变与平衡的辩证关系，在此与大家分享。

自然界的物理现象，总是在不断地发生、发展、改变，而我们所研究的物理学，就是想办法找到这些现象其中的规律，并利用这些规律来反推曾经的状态或预测将来的状态，以此指导我们的工作和生活。但是，要发现一个新的规律谈何容易？例如，对落体的研究，自古希腊时人们便以为重的物体下落地比轻的物体下落地快，而且深信不疑！而且，这个结论和我们在生活中看到的现象基本一致。直到伽利略时代人们才认识到，如果在不考虑空气阻力的影响时，重的物体和轻的物体将下落得一样快，由此得出了自由落体运动的规律。可是这之间，已然经历了两千多年！当然，我们现在研究物理，已经方便许多了，毕竟有了亚里士多德、伽利略、牛顿、法拉第、爱因斯坦等伟大的科学家们的努力，我们可以直接利用他们现成的研究成果，已经可以解释身边的大自然数的物理现象了。今天，笔者要在这里分享的，并不是新的规律，而是包含在之前的规律当中的一种解决问题的思想，那就是我们观察到的现象的改变，会向着新的平衡的方向发展。

在动力学部分，实际研究的是物体的受力情况的改变对物体的运动状态的影响。我们首先学习了物理的运动，然后学习力，然后学习牛顿运动定律，再研究物体在共点力作用下的平衡。以上各部分内容之间其实是有联系的，但是由于学生刚接触到高中物理时，往往还停留在关注现象的阶段，所以当他们看到一个过程中几乎所有的物理量都在发生改变时，便一時手足无措。例如，在研究匀变速直线运动时，一个过程中往往只包括了5个物理量：初速度V0，末速度v t ，加速度a，时间t，位移X0学生一下子头就大了！当我们从动力学角度分析时，会发现一个过程的初状态和末状态都是稳定的，由于受恒力作用产生的加速度也不发生改变，所以真正的变量只有时间t的延续以及空间位置的改变x，由此便可以列出它们之间的函数关系了。学习了牛顿运动定律之后，我们知道了力是使物体的运动状态发生改变的原因，本来平衡的物体，如果受力情况发生改变，所受合力不再为零，其运动状态便会由此而发生改变，但是这种改变是有规律可循的。例如，在需要考虑空气阻力作用的情况下，自空中由静止释放一个物体：在释放之前，我们可分析得出有外力与物体的重力平衡所以能够保持静止;在释放之后，物体的受力情况发生改变而不再平衡，物体便在重力作用下加速下落，在加速下落过程中由于物体与空气之间的相对运动而产生了阻碍其向下加速运动的空气阻力，而空气阻力与物体的速度之间存在正相关的关系，因此，只要高度足够高，空气阻力都会增大到能够与重力平衡，物体便会匀速下落，根据动力学方法分析，物体实际做的是从静止开始，加速度逐渐减小的加速运动，最终匀速运动达到平衡状态。由此，我们便可以联想到，如果物体的状态发生改变，则会受到阻碍其改变的作用，最终往新的平衡的方向发展。

在电磁学部分，我们首先学习静电场，然后学习恒定电流，然后学习磁现象（主要是电流的磁效应），再学习电磁感应现象，再研究交流电原理和电磁波的形成和传播。

在静电场部分，假如有一块导体，正常情况下会处于电中性状态，其内部电场强度处处为零，当我们将其放在一个外电场中时，由于静电感应现象，会在沿电场方向的导体两端感应出等量异种电荷，因此会在其内部形成与外电场等大反向的附加电场，根据电场叠加原理而导致在其内部场强处处为零，沿着其表面移动电荷时，电场力也不做功。这样，当原本的平衡被打破时，便在其内部产生反向的附加电场来阻碍其改变，最终在导体的内部便再次处于一种稳定的状态，我们称之为静电平衡状态。

在研究磁现象部分时，磁流体发电机是一个非常有意思的装置：两块彼此平行放置的金属板，之间有与它们垂直两个永磁体的平行磁极形成的由N极出发进入S极的磁场，当有等离子体以一定的初速度v0垂直进入这个磁场区间时，根据左手定则可以判断，其中的正电荷受到洛伦兹力会向一个金属板方向偏转并聚集在板上形成正极，而负电荷由于受到与正电荷相反方向的洛伦兹力会向另一个金属板方向偏转并聚集在板上形成负极，两金属板之间便会形成由正极指向负极的电场，阻碍更多的电荷向极板上聚集，当洛伦兹力与电场力平衡，等离子体便不再偏转而匀速通过两极板中间区域。

诸如此类的现象还有许多，我们都可以从中找到类似的关系，当一个平衡的状态被变化的环境条件打破时，便往往会产生新的制约条件来阻碍其继续变化，直到新的平衡状态被建立为止。掌握了这种思想，我们再反观高中物理，便会发现有许多现象的改变当中，都能找到这种不变的相同点，只要我们多归纳、多总结、多思考并应用，便能以动力学和电磁学为主干，将高中物理的内容串起来了。事物总在变化，但我们“以不变应万变”，根据“哪里有改变，哪里就有阻碍”的思想去分析、处理问题，也许可以另辟蹊径，最终解决问题。

参考文献：

[1] 焦龙.磁性复合吸附材料去除水体中重金属的效能研究[J].新课程：中学，2017（9）.

[2] 魏晓梅.新课程下的高中物理探究式教学[J].读与写上，下旬，2016（10）.

[3] 李俊成.也谈镜像法求电势能[J].中学物理教学参考，2018（01）.