展現(xiàn)物理學發(fā)展史培養(yǎng)高素質(zhì)中學生

福建省詔安第一中學(363500)

沈哲元●

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展現(xiàn)物理學發(fā)展史培養(yǎng)高素質(zhì)中學生

福建省詔安第一中學(363500)

沈哲元●

物理教學不僅是要應付高考，更重要的是讓學生認識、探究世界.其中通過展現(xiàn)物理學史，認識先人探求真理的歷程，既讓學生掌握物理知識，又學會解決問題的方法，可謂一舉多得.同時在聯(lián)系物理學史的過程中，可以進一步闡述馬克思主義哲學的世界觀和方法論，把理科知識和文科知識緊密聯(lián)系在一起，把學生培養(yǎng)成高素質(zhì)的人才.本文想利用一定篇幅做一些物理和哲學交融的論述，請同行雅正.

物理學史；物理問題的思想方法；物理學史與世界觀；中學生科學素養(yǎng)

一、經(jīng)典力學：科學思維和實驗研究

在16世紀以前人們對自然的認識來自生活經(jīng)驗，最典型的是亞里士多德的力是維持物體運動的原因，當時的人問他：為什么拋出去的石塊離開手了，還能繼續(xù)向前運動.他的回答是：自然界害怕真空，石塊運動過后留下真空，必然有力對其作用.人們問他：蘋果從樹上掉了，為什么都落到地面.他的回答很擬人化：蘋果和人一樣都想回家，落下地面就是蘋果回去它的家.推翻亞里士多德錯誤觀點，最有駁斥力的是伽利略論述的理想斜面實驗，他通過科學實驗，再進行合理外推得出物體的運動不需力來維持.而對蘋果落地的研究使牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律.我們的教學不是要引導學生批判亞里士多德，而是要引入研究物理問題的正確方法，那就是伽利略和牛頓的思想方法：把科學思維和實驗研究正確地結(jié)合在一起，再通過數(shù)學提煉出定律.

牛頓結(jié)合前人對力學的研究成果，在自己創(chuàng)造性地勞動下總結(jié)了牛頓三大定律，和萬有引力定律，以及其它成果，標志著經(jīng)典力學體系初步建立.至此實現(xiàn)了物理理論的第一次大綜合，經(jīng)典力學理論的建立是天文學、數(shù)學、和力學歷史發(fā)展的產(chǎn)物，也是牛頓創(chuàng)造性研究的結(jié)晶.但是謙虛的牛頓說過：如果我看的更遠那是因為站在巨人的肩上.我們不僅要學習物理理論，更要通過物理學史教給學生研究物理問題的方法，還有物理學家的鉆研精神和博大的胸襟.

二、電磁學：普遍聯(lián)系和變化發(fā)展

電磁學的發(fā)展歸功于伏打電堆(電池)的發(fā)明，電池的發(fā)明提供了產(chǎn)生恒定電流而非瞬間電流的電源，從而進入研究電流各種效應，包含電流磁效應的新時期.中學數(shù)學、物理老師歐姆發(fā)現(xiàn)歐姆定律，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應.安培研究電和磁之間的相互作用，奠定電動力學基礎(chǔ).奮發(fā)自學成才的實驗物理學家法拉第，辯證的認為既然電能夠產(chǎn)生磁，磁也必將能夠產(chǎn)生電.終于經(jīng)過十年(1821-1831)的努力發(fā)現(xiàn)了電磁感應.而麥克斯韋則繼承了法拉第的力線思想，堅持近距作用，同時又正確地吸取了安培代表學派電動力學的成果.用一套方程組概括電磁規(guī)律，建立了電磁場理論，預測了光的電磁性質(zhì)，終于實現(xiàn)了物理學史上又一次大綜合.

這次物理史上的大綜合，還直接影響到人們的世界觀和方法論.馬克思主義哲學的事物是普遍聯(lián)系的，事物是變化發(fā)展的.應該受到自然科學研究成果的影響，當然馬克思主義哲學還能從自然科學的成果找到例證.而馬克思主義哲學的對立統(tǒng)一規(guī)律，在光學研究中關(guān)于光的本性的爭論中更得到淋瀝盡致的體現(xiàn).

三、光學：對立統(tǒng)一

牛頓在光學方面，通過一系列色散實驗，完成了把白光分解成單色光，又把單色光組合成白光的過程.他下結(jié)論說：光本身是一種折射率不同光線的混合物.并進一步假設(shè)：如果假定光線是發(fā)光物質(zhì)向四面八方發(fā)出的微小物體，那么當這些微小物體碰撞任何折射或反射面時，一定象石子拋入水中情形一樣，也必然在以太中激發(fā)出振動.并且按照這些振動的大小和混合情況而產(chǎn)生不同的顏色感覺.因此，牛頓最初是企圖把微粒說和波動說結(jié)合起來解釋光的色散.當然牛頓較傾向于微粒說，認為光可能是微粒流.

主張波動說的早期科學家有笛卡兒、胡克、惠更斯等.但是他們的理論很不完善，不能解釋很多的光現(xiàn)象.波動說的復興首先歸功于醫(yī)生托馬斯·楊，他發(fā)展的波動理論成功地解釋了干涉現(xiàn)象，并由他設(shè)計的雙縫干涉實驗，提供例證.但卻引來微粒說學者的圍攻，一二十年間，竟沒有人理解托馬斯·楊的工作.托馬斯·楊為回駁他們而撰學的論文竟無處發(fā)表.繼續(xù)托馬斯·楊的研究的是一位工程師菲涅耳，他在法國科學院的一次懸獎征文中(本次征文的本意是鼓勵用微粒理論解釋衍射現(xiàn)象)，他從橫波觀點出發(fā)圓滿地解釋光的偏振，并用半波帶法定量地計算了圓孔、圓板等形狀的障礙物所產(chǎn)生的衍射條紋，推出的結(jié)果與實驗符合的很好.評獎委員泊松在審查菲涅耳的理論時，應用菲涅耳的方程推導圓盤衍射，得到一個令人稀奇的結(jié)果：在盤后方一定距離的屏幕上影子的中心應出現(xiàn)亮點.泊松認為這是荒謬的，在影子的中心怎么可能出現(xiàn)亮點呢？于是就聲稱這個理論被駁倒.另一位評獎委員阿拉果用實驗對泊松提出的問題進行了檢驗，實驗非常精彩地證實了菲涅耳理論的結(jié)論，影子的中心果然出現(xiàn)了一個亮點.后人戲劇性稱這個亮點為泊松亮點.

光的微粒說和波動說這對矛盾的兩個方面，相互斗爭的過程就是光學發(fā)展的過程.馬克思主義哲學的對立統(tǒng)一規(guī)律指出矛盾還有另一特性：同一性.第一個肯定光既有波動性又有粒子性的是愛恩斯坦.他指出能量不是分散的，而是一份一份地以能量子的形式出現(xiàn)的.能量子也就是后來所謂的光子，其能量用hν表示，并且用EK=hν-W，很好的解釋了光電效應.現(xiàn)在大量事實證明光的波粒二象性，把這對矛盾統(tǒng)一在一起.

四、相對論：真理的絕對性與相對性

馬克思主義哲學認為真理具有相對性.牛頓的經(jīng)典力學，麥克斯韋電磁波理論都具有局限性，在解決宏觀，低速物體的行為方面獲得巨大的成功.由此引出的絕對時空觀被認為是天經(jīng)地義的，這些理論導致自然界中必然存在上文經(jīng)常說的“以太”.而邁克爾遜-莫雷尋找“以太”的精確實驗，卻以零結(jié)果收場.愛恩斯坦注意那些來自狹義相對論的線索，經(jīng)過與別人討論交流，新的思想漸漸的在他頭腦中形成，在1905年的5月，他思考并計算了幾個星期，就形成了新的物理學基礎(chǔ)，拋棄了絕對時間和絕對空間的概念，他認為，拋棄了絕對空間和絕對時間的概念后，“以太”的觀念就是完全多余的.由此得出尺度收縮和時間膨脹的推論，太出乎人們的想象，當時的人們覺的不可理喻.直到1922年瑞典科學院的秘書電告愛因斯坦獲得諾貝爾獎金的時候，特別指出，相對論的研究成果不在評獎考慮的工作之內(nèi).雖然相對論的意義是劃時代的，以此獲得諾貝爾物理學獎一點也不為過.這也生動說明了真理還有另一屬性：絕對性.真理不會因為人們的不理解而失去正確性，當然真理又是發(fā)展的，從狹義相對論到廣義相對論是對真理不斷完善的過程.廣義相對論應該也在不斷的發(fā)展中.

五、物理學：與哲學原理相互輝映

物理學里的很多規(guī)律與馬克思主義哲學原理相互輝映.當光從其它介質(zhì)斜射入空氣時，發(fā)生反射和折射，隨著入射角的增大，折射光線變?nèi)?，反射光線變強，當入射角增大到臨界角的時候，發(fā)生了全反射.由此來說明馬克思主義哲學中的量變到質(zhì)變規(guī)律是多么的生動有趣.原子物理的發(fā)展過程也遵循量變到質(zhì)變的發(fā)展規(guī)律.從貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性現(xiàn)象，居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性元素釙和鐳，湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，打破了原子不可分的傳統(tǒng)觀念.電子和放射性元素的發(fā)現(xiàn)，打開了原子的大門，使人們的認識得以深入到原子的內(nèi)部，盧瑟福通過a粒子大角度散射實驗發(fā)現(xiàn)原子核式結(jié)構(gòu)，還發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，并預言中子的存在，但到查德威克發(fā)現(xiàn)中子，整整經(jīng)過十年的時間.這些量的積累為原子結(jié)構(gòu)模型的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ).

物理學史的發(fā)展過程，是許許多多有志者追求真理的過程，而且追求真理的征途還未完結(jié)，也永遠不會完結(jié).現(xiàn)代科學家已經(jīng)認識到除了我們認知的物質(zhì)以外還存在我們未知的暗物質(zhì)，宇宙間除了有我們認知的能量外還存在著暗能量.另外量子糾纏還糾纏著人類的神經(jīng).那浩瀚的真理之海洋，卻還在我們的面前未曾發(fā)現(xiàn).

物理學史的發(fā)展過程，也是人們對世界認識逐漸深化的過程.物理學家很多同時也是偉大的思想家，在英國的一次影響近代世界發(fā)展的思想家的調(diào)查中，前三位是愛因斯坦、牛頓、馬克思.牛頓為我們理順了自然界運動和力的規(guī)律.而愛恩斯坦“追光”的歷程為我們打開了高速世界的大門.他們的思想、他們的貢獻，極大推動社會發(fā)展的進程.做為一位物理教師我們應為所從事的工作而感到驕傲，并且會由此影響我們的學生研究物理，獻身于物理學的應用和發(fā)展.我們的課堂教學沒有理由不貫穿著物理學史，物理思想的滲透.

[1]鄒艷,《大學物理教學中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)》《學科教學物理》,2005

[2]艾寶勤.《物理》,1996

[3]孫海濱,《物理與工程》,2005

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