淺談高中物理中的對稱美、相似美

范三同

大部分學生認為高中物理理論枯燥乏味，物理規律難以掌握。究其原因是沒有抓住其特點，沒有弄清其實質。其實只要我們稍加注意就會體會到物理這門學科美的所在。我們知道高中的內容主要包括力學、熱學、電磁學、光學、原子物理學。其中力學、電磁學是高中物理的核心、主干內容。下面我們僅就其中的對稱美、相似美欣賞一下：

一、從整體內容安排上看

二、從具體的內容上看

力學是基礎，電學與熱學中的許多問題都是與力學相結合的。力學又可以分為靜力學、運動學、動力學以及機械振動機械波。靜力學的核心是質點的平衡，只要選擇恰當的研究對象，認真分析其受力，再用合成或正交分解法來解決即可。

運動學的核心是運動的基本規律。這里主要研究幾種較典型的運動規律，其中較簡單的是勻變速直線運動，用其基本規律即可直接解決。

動力學是力學中最復雜的部分。我們只要弄清它主要解決的三對矛盾：即力與加速度、沖量與動量變化；功與能量的變化，并在解決問題時選擇恰當途徑，許多問題較為快捷的解決。振動和波這一部分是建立在運動學和動力學基礎之上的，只不過加入了振動和波的特性。

電磁學是物理學中的另一大部分，可分為：靜電場、恒定電流、電磁感應、交流電和電磁振蕩、電磁波。靜電場部分包括庫侖定律、電場、場中物以及電容等。電場這一概念比較抽象，但是電荷在電場中受力和能量變化是比較具體的。因此引入電場強度（從電荷受力角度）和電勢（從能量的角度）描寫電場，這樣電場就可以和力學中的重力場（引力場）來類比學習掌握了。電與磁的核心是三件事：電生磁、磁生電和電磁生力，只要掌握這三件事的產生條件、大小、方向，這一部分的主要矛盾就抓住了。這部分的難點在于因果變化是互動的，甲物理量的變化引起乙物理量的變化，而乙反過來又影響甲，這一變化了的甲又影響乙——這樣周而復始。

電磁振蕩、電磁波部分可以說主要應用電磁感應的理論知識，是電磁學知識的綜合應用。從以上內容上看，靜力場、運動學與靜電場、靜磁場，非常相似，它們分別為動力學和電磁感應打下基礎。動力學研究了力與運動的關系，電磁感應研究了電與磁的關系重點研究了由磁如何產生電。機械振動是在力學知識的掌握基礎上進一步研究力與運動的關系如：位移、速度、加速度隨時間的變化而不斷改變，動能與勢能之間的轉化；而電磁振蕩又是在電磁感應知識的掌握的基礎上進一步研究電與磁之間的關系如：電流，電容的兩極板的電量在隨時間的變化而不斷改變，電場能與磁場能之間不斷相互轉化。從這可以體會物理中的相似美。

三、從研究方法上看

在力學中研究問題時常常用到分析法、綜合法、理想化法、比值法、模擬法、對比法等等。在電磁學中同樣要用到上述方法。如力學中質點是從實際物體抽象出來的理想化模型，它不考慮物體的大小和形狀，只考慮其質量而用一個沒有大小和形狀的點代表有質量的物體。而在電磁學中是從實際帶電體抽象出來的模型不考慮帶電體的大小和形狀只考慮其帶電這中特征。即只抓住事物的主要矛盾而忽略其次要因素。物理中的理想模型舍棄了實際事物的非本質特征或無關特征，提取了其本質特征和相關特征，諸如質點、彈簧振子、單擺、理想氣體、點電荷、電力線理想變壓器、光線等等這些優美的理想模型概括了物質運動的基本規律，變復雜為簡單，既抽象有形象，既簡潔又合理，因而十分美好。在教學中突出物理模型的建立過程，充分展示物體模型的內在美。

力學中用到的比值法定義一些物理量如：速度加速度等等。電磁學中同樣有電場強度、磁感強度、電勢等用比值法來定義的。以加速度為例，加速度表示物體單位時間內速度的變化，反映了速度變化的快慢；而感應電動勢表示穿過某一回路中單位時間內的磁通量的變化，反映了磁通量變化的快慢。

以上幾點我們欣賞了物理中的相似美和對稱美，學習過程中我們要不斷從中發現美、欣賞美，這樣不僅提高了我們的審美能力，也增加了學習物理的興趣，何樂而不為呢？