淺談高中物理中的對稱美、相似美

范三同

大部分學(xué)生認(rèn)為高中物理理論枯燥乏味，物理規(guī)律難以掌握。究其原因是沒有抓住其特點，沒有弄清其實質(zhì)。其實只要我們稍加注意就會體會到物理這門學(xué)科美的所在。我們知道高中的內(nèi)容主要包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理學(xué)。其中力學(xué)、電磁學(xué)是高中物理的核心、主干內(nèi)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(nèi)容安排上看

二、從具體的內(nèi)容上看

力學(xué)是基礎(chǔ)，電學(xué)與熱學(xué)中的許多問題都是與力學(xué)相結(jié)合的。力學(xué)又可以分為靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)以及機械振動機械波。靜力學(xué)的核心是質(zhì)點的平衡，只要選擇恰當(dāng)?shù)难芯繉ο螅J(rèn)真分析其受力，再用合成或正交分解法來解決即可。

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

動力學(xué)是力學(xué)中最復(fù)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(dāng)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(xué)和動力學(xué)基礎(chǔ)之上的，只不過加入了振動和波的特性。

電磁學(xué)是物理學(xué)中的另一大部分，可分為：靜電場、恒定電流、電磁感應(yīng)、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(xué)中的重力場（引力場）來類比學(xué)習(xí)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(chǎn)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(fù)始。

電磁振蕩、電磁波部分可以說主要應(yīng)用電磁感應(yīng)的理論知識，是電磁學(xué)知識的綜合應(yīng)用。從以上內(nèi)容上看，靜力場、運動學(xué)與靜電場、靜磁場，非常相似，它們分別為動力學(xué)和電磁感應(yīng)打下基礎(chǔ)。動力學(xué)研究了力與運動的關(guān)系，電磁感應(yīng)研究了電與磁的關(guān)系重點研究了由磁如何產(chǎn)生電。機械振動是在力學(xué)知識的掌握基礎(chǔ)上進一步研究力與運動的關(guān)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(zhuǎn)化；而電磁振蕩又是在電磁感應(yīng)知識的掌握的基礎(chǔ)上進一步研究電與磁之間的關(guān)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(zhuǎn)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(xué)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(xué)中同樣要用到上述方法。如力學(xué)中質(zhì)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(zhì)量而用一個沒有大小和形狀的點代表有質(zhì)量的物體。而在電磁學(xué)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(zhì)特征或無關(guān)特征，提取了其本質(zhì)特征和相關(guān)特征，諸如質(zhì)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(yōu)美的理想模型概括了物質(zhì)運動的基本規(guī)律，變復(fù)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(xué)中突出物理模型的建立過程，充分展示物體模型的內(nèi)在美。

力學(xué)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(xué)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(nèi)速度的變化，反映了速度變化的快慢；而感應(yīng)電動勢表示穿過某一回路中單位時間內(nèi)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(xué)習(xí)過程中我們要不斷從中發(fā)現(xiàn)美、欣賞美，這樣不僅提高了我們的審美能力，也增加了學(xué)習(xí)物理的興趣，何樂而不為呢？