淺談物理學(xué)科中蘊(yùn)涵的美

物理學(xué)天生麗質(zhì)，蘊(yùn)含著豐富而又深刻的美的本質(zhì)，在中學(xué)物理中有許多物理概念、規(guī)律及方法具有對(duì)稱(chēng)、均衡、和諧的美，關(guān)注它有助于知識(shí)的理解和掌握，有助于揭示事物的本質(zhì)及事物間的相互關(guān)系，有助于在美的氛圍中汲取物理知識(shí)營(yíng)養(yǎng)，激發(fā)學(xué)習(xí)科學(xué)探索自然的志趣。

一、和諧之美

物理學(xué)概念中蘊(yùn)藏著豐富的“和諧之美”，它啟迪人們認(rèn)識(shí)和探究未知世界的智慧。例如，

(1)關(guān)于時(shí)間的變化率的概念：速度v=s/t、角速度ω=Φ/t、加速度a=(vt－v0)/t、功率P=W/t、電流強(qiáng)度I=Q/t等。這些概念遵循共同的特點(diǎn)，即反映“變化快慢”的物理量；

(2)相對(duì)立的概念：靜止與運(yùn)動(dòng)、正電荷與負(fù)電荷、N極與S極、引力與斥力、勻速與變速、會(huì)聚與發(fā)散等。它們是相對(duì)立的，也是完美的統(tǒng)一；

(3)相對(duì)應(yīng)的概念：功與沖量、動(dòng)能與動(dòng)量。功和沖量都是過(guò)程量，功是力對(duì)空間的積累，而沖量是力對(duì)時(shí)間的積累；功是標(biāo)量，沖量是矢量。動(dòng)能和動(dòng)量都是狀態(tài)量，但動(dòng)能是標(biāo)量，動(dòng)量是矢量。可理解為它們是對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程或狀態(tài)的不同的度量方式。

二、對(duì)稱(chēng)之美

物理規(guī)律、物理過(guò)程及物理“形體”總會(huì)讓人感受對(duì)稱(chēng)的美。例如，萬(wàn)有引力與庫(kù)侖定律、動(dòng)量守恒定律與機(jī)械能守恒定律、動(dòng)量定理與動(dòng)能定理、光的波粒二象性與微觀(guān)粒子的波粒二象性、機(jī)械波與電磁波遵循波的共同規(guī)律(波的衍射、干涉和多普勒效應(yīng))、單擺運(yùn)動(dòng)過(guò)程、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與簡(jiǎn)諧波的圖像等，這些對(duì)稱(chēng)與均衡之美真正達(dá)到令人驚嘆，美不勝收的境地。

三、方法之美

物理問(wèn)題研究方法上的統(tǒng)一美妙不可言，令人拍手叫絕。例如，

(1)分解與合成：一切矢量的分解與合成、波的獨(dú)立性與疊加性、場(chǎng)的分解與疊加(如電場(chǎng)與磁場(chǎng)的復(fù)合)，是具有共性的處理方式。

(2)歸一化：安培的分子電流的假說(shuō)揭示了磁現(xiàn)象的“電”本質(zhì)，使我們認(rèn)識(shí)到磁鐵的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)一樣，都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的；奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，法拉第總結(jié)出電磁感應(yīng)定律，從而認(rèn)識(shí)到電能產(chǎn)生磁，磁也能產(chǎn)生電。麥克斯韋電磁理論，又進(jìn)一步揭示了電磁之間的相互依存、對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，使電磁理論得到完美和歸一。

四、思維之美

物理規(guī)律的摸索包含思維過(guò)程，如伽利略在研究自由落體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)中巧妙采用“沖淡”重力的思想，通過(guò)合理推理確認(rèn)了自由落體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。尤其是湯姆遜、盧瑟福、查德威克等人對(duì)微觀(guān)結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)與認(rèn)識(shí)過(guò)程之美，這些科學(xué)家們通過(guò)假說(shuō)、實(shí)驗(yàn)、分析與判斷、推理、綜合，使理論逐步提升和完善，讓人們感悟出認(rèn)識(shí)世界過(guò)程中的思維方法與品質(zhì)，從中汲取研究問(wèn)題的方法和人生寶貴的精神財(cái)富，探究自然規(guī)律的過(guò)程本身艱辛和神奇之美，更激發(fā)了人們探索自然世界的無(wú)限熱情。

五、辯證之美

物理學(xué)揭示事物發(fā)展變化及相互作用規(guī)律，充滿(mǎn)辯證法。如楞次定律(感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化)、電磁感應(yīng)現(xiàn)象等，它們矛盾著的雙方既對(duì)立(如“阻礙”變化)又統(tǒng)一(如規(guī)律反應(yīng)能量的“守恒”)，生動(dòng)地反映了矛盾的相互對(duì)立、相互轉(zhuǎn)化又是統(tǒng)一的辯證法。物理學(xué)讓學(xué)生感悟到事物間的辯證統(tǒng)一，催生學(xué)生正確世界觀(guān)的形成，這種辯證思想也為即將走向社會(huì)的學(xué)生認(rèn)識(shí)社會(huì)和認(rèn)識(shí)自然作出了思想及方法的進(jìn)步的鋪墊。

六、簡(jiǎn)潔之美

愛(ài)因斯坦信仰“宇宙有一種最終的簡(jiǎn)單性和美”。如愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2，牛頓第二定律表達(dá)式F=ma，又如紛繁復(fù)雜的天體運(yùn)動(dòng)服從開(kāi)普勒三個(gè)定律，物體間的萬(wàn)有引力等，數(shù)不勝數(shù)，它們都給人以簡(jiǎn)潔、明快、精練的美感。

七、曲線(xiàn)之美

拋體運(yùn)動(dòng)的軌跡、天體運(yùn)動(dòng)軌跡、電場(chǎng)的電力線(xiàn)與磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)、電磁波的波的圖線(xiàn)、波的干涉與衍射圖樣等無(wú)不向人們渲染自然曲線(xiàn)之美。以其溫柔與力量、流暢與均衡，展現(xiàn)絕倫之美。

八、廣闊之美

從浩瀚的太空到微觀(guān)世界的探索，從經(jīng)典牛頓力學(xué)到近代的量子力學(xué)、狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論；從電磁現(xiàn)象到麥克斯韋電磁理論；從光的直線(xiàn)傳播到引力場(chǎng)使光線(xiàn)發(fā)生彎曲；從質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間不變的“千古真理”到相對(duì)論的新的時(shí)空觀(guān)；從原子不可分到媒介子、輕子、夸克等等。向人們勾畫(huà)了一幅宏大精美的長(zhǎng)卷，這個(gè)長(zhǎng)卷給予我們極其豐富的啟示，也留給了我們無(wú)限的想象和發(fā)展的空間，使人油然而生一種追求盡善盡美的神往和沖動(dòng)。

追求美是人類(lèi)的崇高境界，也是科學(xué)家為之不懈求索的志向。只有站在一定高度，才會(huì)使人們有“一覽眾山小”的情懷，才會(huì)有像詩(shī)人那樣的視地球?yàn)椤靶⌒″厩颉钡拇髿狻６虒W(xué)若能讓師生對(duì)美產(chǎn)生共鳴，這正是新課程理念所期待的。

(責(zé)任編輯 黃春香）