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物理学天生丽质,蕴含着丰富而又深刻的美的本质,在中学物理中有许多物理概念、规律及方法具有对称、均衡、和谐的美,关注它有助于知识的理解和掌握,有助于揭示事物的本质及事物间的相互关系,有助于在美的氛围中汲取物理知识营养,激发学习科学探索自然的志趣。
一、和谐之美
物理学概念中蕴藏着丰富的“和谐之美”,它启迪人们认识和探究未知世界的智慧。例如,
(1)关于时间的变化率的概念:速度v=s/t、角速度ω=Φ/t、加速度a=(vt-v0)/t、功率P=W/t、电流强度I=Q/t等。这些概念遵循共同的特点,即反映“变化快慢”的物理量;
(2)相对立的概念:静止与运动、正电荷与负电荷、N极与S极、引力与斥力、匀速与变速、会聚与发散等。它们是相对立的,也是完美的统一;
(3)相对应的概念:功与冲量、动能与动量。功和冲量都是过程量,功是力对空间的积累,而冲量是力对时间的积累;功是标量,冲量是矢量。动能和动量都是状态量,但动能是标量,动量是矢量。可理解为它们是对物体的运动过程或状态的不同的度量方式。
二、对称之美
物理规律、物理过程及物理“形体”总会让人感受对称的美。例如,万有引力与库仑定律、动量守恒定律与机械能守恒定律、动量定理与动能定理、光的波粒二象性与微观粒子的波粒二象性、机械波与电磁波遵循波的共同规律(波的衍射、干涉和多普勒效应)、单摆运动过程、简谐运动与简谐波的图像等,这些对称与均衡之美真正达到令人惊叹,美不胜收的境地。
三、方法之美
物理问题研究方法上的统一美妙不可言,令人拍手叫绝。例如,
(1)分解与合成:一切矢量的分解与合成、波的独立性与叠加性、场的分解与叠加(如电场与磁场的复合),是具有共性的处理方式。
(2)归一化:安培的分子电流的假说揭示了磁现象的“电”本质,使我们认识到磁铁的磁场和电流的磁场一样,都是由电荷的运动产生的;奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第总结出电磁感应定律,从而认识到电能产生磁,磁也能产生电。麦克斯韦电磁理论,又进一步揭示了电磁之间的相互依存、对立统一的关系,使电磁理论得到完美和归一。
四、思维之美
物理规律的摸索包含思维过程,如伽利略在研究自由落体运动性质中巧妙采用“冲淡”重力的思想,通过合理推理确认了自由落体的运动性质。尤其是汤姆逊、卢瑟福、查德威克等人对微观结构发现与认识过程之美,这些科学家们通过假说、实验、分析与判断、推理、综合,使理论逐步提升和完善,让人们感悟出认识世界过程中的思维方法与品质,从中汲取研究问题的方法和人生宝贵的精神财富,探究自然规律的过程本身艰辛和神奇之美,更激发了人们探索自然世界的无限热情。
五、辩证之美
物理学揭示事物发展变化及相互作用规律,充满辩证法。如楞次定律(感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化)、电磁感应现象等,它们矛盾着的双方既对立(如“阻碍”变化)又统一(如规律反应能量的“守恒”),生动地反映了矛盾的相互对立、相互转化又是统一的辩证法。物理学让学生感悟到事物间的辩证统一,催生学生正确世界观的形成,这种辩证思想也为即将走向社会的学生认识社会和认识自然作出了思想及方法的进步的铺垫。
六、简洁之美
爱因斯坦信仰“宇宙有一种最终的简单性和美”。如爱因斯坦的质能方程E=mc2,牛顿第二定律表达式F=ma,又如纷繁复杂的天体运动服从开普勒三个定律,物体间的万有引力等,数不胜数,它们都给人以简洁、明快、精练的美感。
七、曲线之美
抛体运动的轨迹、天体运动轨迹、电场的电力线与磁场的磁力线、电磁波的波的图线、波的干涉与衍射图样等无不向人们渲染自然曲线之美。以其温柔与力量、流畅与均衡,展现绝伦之美。
八、广阔之美
从浩瀚的太空到微观世界的探索,从经典牛顿力学到近代的量子力学、狭义相对论和广义相对论;从电磁现象到麦克斯韦电磁理论;从光的直线传播到引力场使光线发生弯曲;从质量、长度、时间不变的“千古真理”到相对论的新的时空观;从原子不可分到媒介子、轻子、夸克等等。向人们勾画了一幅宏大精美的长卷,这个长卷给予我们极其丰富的启示,也留给了我们无限的想象和发展的空间,使人油然而生一种追求尽善尽美的神往和冲动。
追求美是人类的崇高境界,也是科学家为之不懈求索的志向。只有站在一定高度,才会使人们有“一览众山小”的情怀,才会有像诗人那样的视地球为“小小寰球”的大气。而教学若能让师生对美产生共鸣,这正是新课程理念所期待的。
(责任编辑 黄春香)
一、和谐之美
物理学概念中蕴藏着丰富的“和谐之美”,它启迪人们认识和探究未知世界的智慧。例如,
(1)关于时间的变化率的概念:速度v=s/t、角速度ω=Φ/t、加速度a=(vt-v0)/t、功率P=W/t、电流强度I=Q/t等。这些概念遵循共同的特点,即反映“变化快慢”的物理量;
(2)相对立的概念:静止与运动、正电荷与负电荷、N极与S极、引力与斥力、匀速与变速、会聚与发散等。它们是相对立的,也是完美的统一;
(3)相对应的概念:功与冲量、动能与动量。功和冲量都是过程量,功是力对空间的积累,而冲量是力对时间的积累;功是标量,冲量是矢量。动能和动量都是状态量,但动能是标量,动量是矢量。可理解为它们是对物体的运动过程或状态的不同的度量方式。
二、对称之美
物理规律、物理过程及物理“形体”总会让人感受对称的美。例如,万有引力与库仑定律、动量守恒定律与机械能守恒定律、动量定理与动能定理、光的波粒二象性与微观粒子的波粒二象性、机械波与电磁波遵循波的共同规律(波的衍射、干涉和多普勒效应)、单摆运动过程、简谐运动与简谐波的图像等,这些对称与均衡之美真正达到令人惊叹,美不胜收的境地。
三、方法之美
物理问题研究方法上的统一美妙不可言,令人拍手叫绝。例如,
(1)分解与合成:一切矢量的分解与合成、波的独立性与叠加性、场的分解与叠加(如电场与磁场的复合),是具有共性的处理方式。
(2)归一化:安培的分子电流的假说揭示了磁现象的“电”本质,使我们认识到磁铁的磁场和电流的磁场一样,都是由电荷的运动产生的;奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第总结出电磁感应定律,从而认识到电能产生磁,磁也能产生电。麦克斯韦电磁理论,又进一步揭示了电磁之间的相互依存、对立统一的关系,使电磁理论得到完美和归一。
四、思维之美
物理规律的摸索包含思维过程,如伽利略在研究自由落体运动性质中巧妙采用“冲淡”重力的思想,通过合理推理确认了自由落体的运动性质。尤其是汤姆逊、卢瑟福、查德威克等人对微观结构发现与认识过程之美,这些科学家们通过假说、实验、分析与判断、推理、综合,使理论逐步提升和完善,让人们感悟出认识世界过程中的思维方法与品质,从中汲取研究问题的方法和人生宝贵的精神财富,探究自然规律的过程本身艰辛和神奇之美,更激发了人们探索自然世界的无限热情。
五、辩证之美
物理学揭示事物发展变化及相互作用规律,充满辩证法。如楞次定律(感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化)、电磁感应现象等,它们矛盾着的双方既对立(如“阻碍”变化)又统一(如规律反应能量的“守恒”),生动地反映了矛盾的相互对立、相互转化又是统一的辩证法。物理学让学生感悟到事物间的辩证统一,催生学生正确世界观的形成,这种辩证思想也为即将走向社会的学生认识社会和认识自然作出了思想及方法的进步的铺垫。
六、简洁之美
爱因斯坦信仰“宇宙有一种最终的简单性和美”。如爱因斯坦的质能方程E=mc2,牛顿第二定律表达式F=ma,又如纷繁复杂的天体运动服从开普勒三个定律,物体间的万有引力等,数不胜数,它们都给人以简洁、明快、精练的美感。
七、曲线之美
抛体运动的轨迹、天体运动轨迹、电场的电力线与磁场的磁力线、电磁波的波的图线、波的干涉与衍射图样等无不向人们渲染自然曲线之美。以其温柔与力量、流畅与均衡,展现绝伦之美。
八、广阔之美
从浩瀚的太空到微观世界的探索,从经典牛顿力学到近代的量子力学、狭义相对论和广义相对论;从电磁现象到麦克斯韦电磁理论;从光的直线传播到引力场使光线发生弯曲;从质量、长度、时间不变的“千古真理”到相对论的新的时空观;从原子不可分到媒介子、轻子、夸克等等。向人们勾画了一幅宏大精美的长卷,这个长卷给予我们极其丰富的启示,也留给了我们无限的想象和发展的空间,使人油然而生一种追求尽善尽美的神往和冲动。
追求美是人类的崇高境界,也是科学家为之不懈求索的志向。只有站在一定高度,才会使人们有“一览众山小”的情怀,才会有像诗人那样的视地球为“小小寰球”的大气。而教学若能让师生对美产生共鸣,这正是新课程理念所期待的。
(责任编辑 黄春香)