談高中物理中的改變與平衡思想

李枧芳

摘要：當我們研究物理現象時，狀態的改變是其重要特征，在改變的過程中，各個相關物理量之間相互聯系又互相制約，反映出特定的規律和方法。找到了規律，我們就可以反推過去，或者預測未來。當一種平衡狀態被打破時，往往會產生新的制約條件阻礙其繼續變化，最終發展到一種新的平衡狀態。

關鍵詞：高中物理;改變;阻礙;平衡

中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B文章編號：1672-1578（2020）02-0210-01

在高中物理所涉及的動力學與電磁學部分中，當我們研究物理現象時，狀態的改變是其重要特征，在改變的過程中，各個相關物理量之間相互聯系又相互制約，反映出特定的規律、概念和方法，通常我們會將特定的現象歸納為某一物理模型進行處理。由于物理模型眾多，它們相互之間又彼此獨立，以致很多學生在學習過程中抓不住其中的聯系，所以對高中物理的學習顯得相當困難。筆者經過十多年從事高中物理教學工作，總結出在動力學和電磁學中許多的現象中都包含著改變與平衡的辯證關系，在此與大家分享。

自然界的物理現象，總是在不斷地發生、發展、改變，而我們所研究的物理學，就是想辦法找到這些現象其中的規律，并利用這些規律來反推曾經的狀態或預測將來的狀態，以此指導我們的工作和生活。但是，要發現一個新的規律談何容易？例如，對落體的研究，自古希臘時人們便以為重的物體下落地比輕的物體下落地快，而且深信不疑！而且，這個結論和我們在生活中看到的現象基本一致。直到伽利略時代人們才認識到，如果在不考慮空氣阻力的影響時，重的物體和輕的物體將下落得一樣快，由此得出了自由落體運動的規律。可是這之間，已然經歷了兩千多年！當然，我們現在研究物理，已經方便許多了，畢竟有了亞里士多德、伽利略、牛頓、法拉第、愛因斯坦等偉大的科學家們的努力，我們可以直接利用他們現成的研究成果，已經可以解釋身邊的大自然數的物理現象了。今天，筆者要在這里分享的，并不是新的規律，而是包含在之前的規律當中的一種解決問題的思想，那就是我們觀察到的現象的改變，會向著新的平衡的方向發展。

在動力學部分，實際研究的是物體的受力情況的改變對物體的運動狀態的影響。我們首先學習了物理的運動，然后學習力，然后學習牛頓運動定律，再研究物體在共點力作用下的平衡。以上各部分內容之間其實是有聯系的，但是由于學生剛接觸到高中物理時，往往還停留在關注現象的階段，所以當他們看到一個過程中幾乎所有的物理量都在發生改變時，便一時手足無措。例如，在研究勻變速直線運動時，一個過程中往往只包括了5個物理量：初速度V0，末速度v?t?，加速度a，時間t，位移X0學生一下子頭就大了！當我們從動力學角度分析時，會發現一個過程的初狀態和末狀態都是穩定的，由于受恒力作用產生的加速度也不發生改變，所以真正的變量只有時間t的延續以及空間位置的改變x，由此便可以列出它們之間的函數關系了。學習了牛頓運動定律之后，我們知道了力是使物體的運動狀態發生改變的原因，本來平衡的物體，如果受力情況發生改變，所受合力不再為零，其運動狀態便會由此而發生改變，但是這種改變是有規律可循的。例如，在需要考慮空氣阻力作用的情況下，自空中由靜止釋放一個物體：在釋放之前，我們可分析得出有外力與物體的重力平衡所以能夠保持靜止;在釋放之后，物體的受力情況發生改變而不再平衡，物體便在重力作用下加速下落，在加速下落過程中由于物體與空氣之間的相對運動而產生了阻礙其向下加速運動的空氣阻力，而空氣阻力與物體的速度之間存在正相關的關系，因此，只要高度足夠高，空氣阻力都會增大到能夠與重力平衡，物體便會勻速下落，根據動力學方法分析，物體實際做的是從靜止開始，加速度逐漸減小的加速運動，最終勻速運動達到平衡狀態。由此，我們便可以聯想到，如果物體的狀態發生改變，則會受到阻礙其改變的作用，最終往新的平衡的方向發展。

在電磁學部分，我們首先學習靜電場，然后學習恒定電流，然后學習磁現象（主要是電流的磁效應），再學習電磁感應現象，再研究交流電原理和電磁波的形成和傳播。

在靜電場部分，假如有一塊導體，正常情況下會處于電中性狀態，其內部電場強度處處為零，當我們將其放在一個外電場中時，由于靜電感應現象，會在沿電場方向的導體兩端感應出等量異種電荷，因此會在其內部形成與外電場等大反向的附加電場，根據電場疊加原理而導致在其內部場強處處為零，沿著其表面移動電荷時，電場力也不做功。這樣，當原本的平衡被打破時，便在其內部產生反向的附加電場來阻礙其改變，最終在導體的內部便再次處于一種穩定的狀態，我們稱之為靜電平衡狀態。

在研究磁現象部分時，磁流體發電機是一個非常有意思的裝置：兩塊彼此平行放置的金屬板，之間有與它們垂直兩個永磁體的平行磁極形成的由N極出發進入S極的磁場，當有等離子體以一定的初速度v0垂直進入這個磁場區間時，根據左手定則可以判斷，其中的正電荷受到洛倫茲力會向一個金屬板方向偏轉并聚集在板上形成正極，而負電荷由于受到與正電荷相反方向的洛倫茲力會向另一個金屬板方向偏轉并聚集在板上形成負極，兩金屬板之間便會形成由正極指向負極的電場，阻礙更多的電荷向極板上聚集，當洛倫茲力與電場力平衡，等離子體便不再偏轉而勻速通過兩極板中間區域。

諸如此類的現象還有許多，我們都可以從中找到類似的關系，當一個平衡的狀態被變化的環境條件打破時，便往往會產生新的制約條件來阻礙其繼續變化，直到新的平衡狀態被建立為止。掌握了這種思想，我們再反觀高中物理，便會發現有許多現象的改變當中，都能找到這種不變的相同點，只要我們多歸納、多總結、多思考并應用，便能以動力學和電磁學為主干，將高中物理的內容串起來了。事物總在變化，但我們“以不變應萬變”，根據“哪里有改變，哪里就有阻礙”的思想去分析、處理問題，也許可以另辟蹊徑，最終解決問題。

參考文獻：

[1]?焦龍.磁性復合吸附材料去除水體中重金屬的效能研究[J].新課程：中學，2017（9）.

[2]?魏曉梅.新課程下的高中物理探究式教學[J].讀與寫上，下旬，2016（10）.

[3]?李俊成.也談鏡像法求電勢能[J].中學物理教學參考，2018（01）.