淺析自然辯證法在物理學中的應用

劉乃勝

眾所周知，唯物辯證的自然觀與方法論是自然辯證法的基石。自然辯證法是以馬克思主義的觀點、理論與方法為指導，根據社會歷史條件，結合時代的任務，對科學技術的發展及與社會發展的相互關系進行考察的研究領域。其原理，可以應用于任何一門學科當中，如自然界中的“變”與“不變”，矛盾的對立統一，同一事物的多面性、相對性，不同事物存在聯系、內因與外因、量變與質變等規律，在物理教學中都可以得到完美的體現。物理學是研究自然界物質的性質，運動規律和結構的一門科學。大自然是一個辯證、和諧、統一的整體。它在運行過程中處處體現和諧統一的辯證性，因此“辯證”是自然運行的主要特性。物理教師學一點自然辯證法的思想，并在教學中滲透辯證唯物的思想、觀點和方法是很有必要的。下面我結合我的幾年初中物理教學經驗，談談我對這兩門學科如何相互融合的一些淺顯認識。

一、辯證唯物主義自然觀的基本思想和特征

自然是物質的，物質是萬物的本原和基礎，自然界除了運動著的物質及其表現形式外，什么也沒有;運動無論在量上，還是在質上都是不滅的;意識和思維是物質高度發展的產物，既人腦的屬性和機能;時間和空間是物質的固有屬性和存在方式;自然界的一切事物和現象都是矛盾的統一體，它們既是對立的，又是統一的，并且萬物都處于普遍聯系和相互作用之中，處于永久的產生和消亡之中，處于不斷的運動和轉化過程之中。其基本特點主要是：第一，唯物論與辯證法的統一。第二，自然史與人類史的統一。第三，天然自然與人化自然的統一。

二、辯證法在物理學科中的體現

（一）辯證法在“能量守恒”中的體現

我們知道，大自然是每時每刻都在變化著，但這種變化并不是無序的、無規律的變化，總是有些相對不變（或相等）的東西，在制約著變化的東西，使它們有序地運動，這就是有序和無序之間的自然辯證法。在我們的物理學中，也是無處不見。

例如，自然界中各種形式的能量既可以轉化，也可以轉移，但無論怎樣轉化或轉移，能的總量保持不變，這就是能量守恒定律。碰撞是自然界中常見的現象，在一個不受外力的系統內，無論物體間怎樣碰撞，系統的總動量一定保持不變，這就是動量守恒定律。又如生活中有各式各樣的杠桿，盡管它們受到的動力、阻力及其動力臂、阻力臂的數值千差萬別，但杠桿平衡時，“動力×動力臂”與“阻力×阻力臂”一定相等，這就是杠桿原理。

（二）“量變與質變”規律在物理學中的體現

量變是指事物在數量和程度上的逐漸的、不顯著的變化;質變是指事物顯著的、根本性質的變化。可見，“不顯著”是量變的特點，體現了事物的連續性。“顯著”是質變的特點，體現了事物連續性的中斷。液態的水變成氣態的水蒸氣的整個過程，經過了量變和質變兩種狀態，分別呈現出逐漸的、不顯著的變化和顯著的、根本性質的變化兩種特點，這也正是量變和質變的區別。實際上，世界上任何事物的變化，都是量變和質變的統一。量變和質變是事物變化發展的兩種狀態。

在現實世界中，質變往往不是偶然的，需要量變的積累，量變往往不是無限的，超過一定的限度（范圍）就會引起質變。正是由于這個原因，很多物理規律和公式都有一定的適用范圍。例如在彈性限度內，彈簧的伸長與拉力成正比;隨著彈簧的伸長，一旦超過彈性限度，彈簧將發生非彈性形變，甚至斷裂。

例如：靜摩擦和動摩擦之間的轉變，當推力不足時，重物與地面之間的摩擦就始終屬于靜摩擦，而且大小等于推力的大小，但是當推力大于一定值時，重物最終會被推動，這時，靜摩擦轉變成了動摩擦，摩擦力的大小用公式f=uN來計算，這就是一個典型的量變到質變的轉變。

又如： 在研究凸透鏡成像的實驗中，物體由遠處逐漸向凸透鏡移近，光屏上所成的實像越來越大，這是量變。當物距等于或小于焦距時，無論怎樣移動光屏都不能呈現實像，但在物距小于焦距的范圍內，透過凸透鏡可以直接觀察到正立的虛像。物體移過焦點后，由成實像變為成虛像，像的性質發生了“質變”。

（三）同一事物的多面性、相對性

古人云： “橫看成嶺側成峰。”指的就是，在看同一事物時，如果從不同的角度來看，那么就可以看到不同的形狀，同樣，看待物理問題也不例外。有的學生看待物理問題常常走極端、一刀切、搞絕對、鉆牛角尖，就是缺乏這一辯證思想的表現。要結合具體教學內容，教育學生學會全面地、變化地看問題，不能片面地、靜止地看問題。例如：愛因斯坦的相對論。剛接觸物理的學生常常抱怨：同一物體，怎么既可以說它是靜止的，又可以說它是運動的呢？房屋、桌子是靜止的，行駛的汽車、拋出的石塊是運動的，這些都是不容置疑的“絕對”事實呀！“不識廬山真面目，只緣身在此山中。”必須幫學生打破封閉而死板的思維定勢。針對這種情況，首先通過具體實例讓學生明白：物體運動與否是相對參照物而言的，同一物體，相對不同的參照物，判斷結果可以不同，例如以地面為參照物，房屋是靜止的，以太陽為參照物，房屋在隨地球一起運動，如果沒有參照物，我們將無法確定物體是運動的還是靜止的。在此基礎上，用三言兩語升華到理論，及時滲透辯證法的思想，以開闊學生的思維。

（四）物理公式形式簡易卻含義豐富

在說明此問題時，我們先來看下面的例題：將質量為7.9kg 的正方體鐵塊放在面積為0.5m2的水平桌面的中央，求鐵塊對桌面產生的壓強。（g=10N/kg）

一般粗心的學生覺得問題相當簡單，直接由p=F/S=mg/S=154pa。但殊不知若不理解受力面積的真正含義那就會成為解決問題時的致命傷。仔細計算才發現由V鐵=m/ρ=7.9kg/7.9×103kg/m3=10-3m3。即S鐵=10-2m2。而由于公式中的S真正含義是指物體所受壓力的面積大小，所以此鐵塊放在此水平桌面的受力面積應為S鐵=10-2m2再由簡單的公式p=F/S可知壓強應為7900pa而不是先前的154pa。對此粗心的同學在用公式計算前也許并不曾預想到要考慮面積S的取值問題，是公式“誤導”了我們但也是公式“解決了我們的問題”。

可見對于某個自然法則，無論你列舉多少個實例、想象出多少種情況、用多么細膩的語言來描述，往往不如一個公式表述更準確、涵蓋更全面。在解決具體問題時，公式有時比我們想得更加周到，甚至還能提醒我們有些什么疏忽。但物理公式雖然形式簡易但卻含義豐富。這就需要同學們能理解掌握這“簡單”中的“復雜”。這只是一個簡單的例子，類似情況在物理學中還有很多。

在科學研究中，人們對某一現象往往從定性研究入手，然后上升到定量研究，最后形成物理公式。大量的現象、深奧的道理一旦用公式準確而簡明地概括出來，可以說達到了該項科學研究的最高境界。在教學中，對一些物理問題的探究，也往往按照“定性研究→定量研究→物理公式”的思路展開。在探究浮力的大小時，學生通過初步實驗，發現浮力的大小跟液體的密度有關，跟物體浸入（排開）液體的體積有關，或跟物體排開液體的質量有關，而跟物體的密度無關……這些結論是定性的，而且顯得繁瑣。有沒有一個簡單的公式把它們統一起來呢？經過進一步思辨推理和定量實驗的驗證，最后得出F浮=G排 。因為G排=m排g=ρ液V排g，所以阿基米德原理公式“F浮=G排不僅形式簡潔，而且涵蓋了浮力的大小“跟液體的密度有關”“跟物體排開液體的體積有關”“跟物體排開液體的質量有關”等實驗結論。物理公式看似簡簡單單，實則包羅萬象。用王安石的詩句來形容，可謂恰如其分：“看似尋常最奇崛，成如容易卻艱辛。”這就是“復雜”與“簡單”的辯證法。

綜上所述，物理學中，無一不滲透自然辯證法的哲學思想，掌握好自然辯證法，能讓我們更深刻的理解到物理學中的精妙含義。