浅析自然辩证法在物理学中的应用

刘乃胜

众所周知，唯物辩证的自然观与方法论是自然辩证法的基石。自然辩证法是以马克思主义的观点、理论与方法为指导，根据社会历史条件，结合时代的任务，对科学技术的发展及与社会发展的相互关系进行考察的研究领域。其原理，可以应用于任何一门学科当中，如自然界中的“变”与“不变”，矛盾的对立统一，同一事物的多面性、相对性，不同事物存在联系、内因与外因、量变与质变等规律，在物理教学中都可以得到完美的体现。物理学是研究自然界物质的性质，运动规律和结构的一门科学。大自然是一个辩证、和谐、统一的整体。它在运行过程中处处体现和谐统一的辩证性，因此“辩证”是自然运行的主要特性。物理教师学一点自然辩证法的思想，并在教学中渗透辩证唯物的思想、观点和方法是很有必要的。下面我结合我的几年初中物理教学经验，谈谈我对这两门学科如何相互融合的一些浅显认识。

一、辩证唯物主义自然观的基本思想和特征

自然是物质的，物质是万物的本原和基础，自然界除了运动着的物质及其表现形式外，什么也没有;运动无论在量上，还是在质上都是不灭的;意识和思维是物质高度发展的产物，既人脑的属性和机能;时间和空间是物质的固有属性和存在方式;自然界的一切事物和现象都是矛盾的统一体，它们既是对立的，又是统一的，并且万物都处于普遍联系和相互作用之中，处于永久的产生和消亡之中，处于不断的运动和转化过程之中。其基本特点主要是：第一，唯物论与辩证法的统一。第二，自然史与人类史的统一。第三，天然自然与人化自然的统一。

二、辩证法在物理学科中的体现

（一）辩证法在“能量守恒”中的体现

我们知道，大自然是每时每刻都在变化着，但这种变化并不是无序的、无规律的变化，总是有些相对不变（或相等）的东西，在制约着变化的东西，使它们有序地运动，这就是有序和无序之间的自然辩证法。在我们的物理学中，也是无处不见。

例如，自然界中各种形式的能量既可以转化，也可以转移，但无论怎样转化或转移，能的总量保持不变，这就是能量守恒定律。碰撞是自然界中常见的现象，在一个不受外力的系统内，无论物体间怎样碰撞，系统的总动量一定保持不变，这就是动量守恒定律。又如生活中有各式各样的杠杆，尽管它们受到的动力、阻力及其动力臂、阻力臂的数值千差万别，但杠杆平衡时，“动力×动力臂”与“阻力×阻力臂”一定相等，这就是杠杆原理。

（二）“量变与质变”规律在物理学中的体现

量变是指事物在数量和程度上的逐渐的、不显著的变化;质变是指事物显著的、根本性质的变化。可见，“不显著”是量变的特点，体现了事物的连续性。“显著”是质变的特点，体现了事物连续性的中断。液态的水变成气态的水蒸气的整个过程，经过了量变和质变两种状态，分别呈现出逐渐的、不显著的变化和显著的、根本性质的变化两种特点，这也正是量变和质变的区别。实际上，世界上任何事物的变化，都是量变和质变的统一。量变和质变是事物变化发展的两种状态。

在现实世界中，质变往往不是偶然的，需要量变的积累，量变往往不是无限的，超过一定的限度（范围）就会引起质变。正是由于这个原因，很多物理规律和公式都有一定的适用范围。例如在弹性限度内，弹簧的伸长与拉力成正比;随着弹簧的伸长，一旦超过弹性限度，弹簧将发生非弹性形变，甚至断裂。

例如：静摩擦和动摩擦之间的转变，当推力不足时，重物与地面之间的摩擦就始终属于静摩擦，而且大小等于推力的大小，但是当推力大于一定值时，重物最终会被推动，这时，静摩擦转变成了动摩擦，摩擦力的大小用公式f=uN来计算，这就是一个典型的量变到质变的转变。

又如： 在研究凸透镜成像的实验中，物体由远处逐渐向凸透镜移近，光屏上所成的实像越来越大，这是量变。当物距等于或小于焦距时，无论怎样移动光屏都不能呈现实像，但在物距小于焦距的范围内，透过凸透镜可以直接观察到正立的虚像。物体移过焦點后，由成实像变为成虚像，像的性质发生了“质变”。

（三）同一事物的多面性、相对性

古人云： “横看成岭侧成峰。”指的就是，在看同一事物时，如果从不同的角度来看，那么就可以看到不同的形状，同样，看待物理问题也不例外。有的学生看待物理问题常常走极端、一刀切、搞绝对、钻牛角尖，就是缺乏这一辩证思想的表现。要结合具体教学内容，教育学生学会全面地、变化地看问题，不能片面地、静止地看问题。例如：爱因斯坦的相对论。刚接触物理的学生常常抱怨：同一物体，怎么既可以说它是静止的，又可以说它是运动的呢？房屋、桌子是静止的，行驶的汽车、抛出的石块是运动的，这些都是不容置疑的“绝对”事实呀！“不识庐山真面目，只缘身在此山中。”必须帮学生打破封闭而死板的思维定势。针对这种情况，首先通过具体实例让学生明白：物体运动与否是相对参照物而言的，同一物体，相对不同的参照物，判断结果可以不同，例如以地面为参照物，房屋是静止的，以太阳为参照物，房屋在随地球一起运动，如果没有参照物，我们将无法确定物体是运动的还是静止的。在此基础上，用三言两语升华到理论，及时渗透辩证法的思想，以开阔学生的思维。

（四）物理公式形式简易却含义丰富

在说明此问题时，我们先来看下面的例题：将质量为7.9kg 的正方体铁块放在面积为0.5m2的水平桌面的中央，求铁块对桌面产生的压强。（g=10N/kg）

一般粗心的学生觉得问题相当简单，直接由p=F/S=mg/S=154pa。但殊不知若不理解受力面积的真正含义那就会成为解决问题时的致命伤。仔细计算才发现由V铁=m/ρ=7.9kg/7.9×103kg/m3=10-3m3。即S铁=10-2m2。而由于公式中的S真正含义是指物体所受压力的面积大小，所以此铁块放在此水平桌面的受力面积应为S铁=10-2m2再由简单的公式p=F/S可知压强应为7900pa而不是先前的154pa。对此粗心的同学在用公式计算前也许并不曾预想到要考虑面积S的取值问题，是公式“误导”了我们但也是公式“解决了我们的问题”。

可见对于某个自然法则，无论你列举多少个实例、想象出多少种情况、用多么细腻的语言来描述，往往不如一个公式表述更准确、涵盖更全面。在解决具体问题时，公式有时比我们想得更加周到，甚至还能提醒我们有些什么疏忽。但物理公式虽然形式简易但却含义丰富。这就需要同学们能理解掌握这“简单”中的“复杂”。这只是一个简单的例子，类似情况在物理学中还有很多。

在科学研究中，人们对某一现象往往从定性研究入手，然后上升到定量研究，最后形成物理公式。大量的现象、深奥的道理一旦用公式准确而简明地概括出来，可以说达到了该项科学研究的最高境界。在教学中，对一些物理问题的探究，也往往按照“定性研究→定量研究→物理公式”的思路展开。在探究浮力的大小时，学生通过初步实验，发现浮力的大小跟液体的密度有关，跟物体浸入（排开）液体的体积有关，或跟物体排开液体的质量有关，而跟物体的密度无关……这些结论是定性的，而且显得繁琐。有没有一个简单的公式把它们统一起来呢？经过进一步思辨推理和定量实验的验证，最后得出F浮=G排 。因为G排=m排g=ρ液V排g，所以阿基米德原理公式“F浮=G排不仅形式简洁，而且涵盖了浮力的大小“跟液体的密度有关”“跟物体排开液体的体积有关”“跟物体排开液体的质量有关”等实验结论。物理公式看似简简单单，实则包罗万象。用王安石的诗句来形容，可谓恰如其分：“看似寻常最奇崛，成如容易却艰辛。”这就是“复杂”与“简单”的辩证法。

综上所述，物理学中，无一不渗透自然辩证法的哲学思想，掌握好自然辩证法，能让我们更深刻的理解到物理学中的精妙含义。