例谈高中物理中的哲学思想

例谈高中物理中的哲学思想

1.参考系的相对性

要让学生知道，第一，宇宙中不存在绝对静止的参考系。我们也只能“暂时指派”某一系统作为参考系，但参考系一经“指派”，它便承担起“标准”、“公正”和“静止”的临时角色，它就是中心，万物围绕着它。它就是可立足的观察者、评论者、断言者，它长着眼睛“冷眼向洋看世界”，看到了“热风吹雨洒江天”。第二，既然宇宙中不存在绝对标准和公正的参考系，那么任何物体或体系的地位都平等，指派哪个物体或体系作为参考系，都是公平的（当然是惯性系）。第三，指派什么物体或系统作为参考系，对问题的研究，都是合理的。

这其中，各惯性系的平等性是关键，也是难点。要让学生遐想：在茫茫浩瀚的太空中遨游，哪是上，哪是下，哪是东南西北，物体运动造成的“靠近”或“远离”哪个是主动的，物体的运动的快慢等这些问题，都显得毫无意义。说“都在运动着”和说“都在静止着”几乎是等价的。要让学生建立起运动的绝对性和静止的相对性思想。

2.作用与反作用的平等性

其实，牛顿第三定律内容本身并不是难点，对“大小相等，方向相反，并在一条直线上，……”的字面理解没什么难度，而难点在于这个认识要在“作用反作用”平等性的哲学层面上进行提升。

牛顿第三定律的实质，是揭示了作用力与反作用力的平等性。第

一，两个相互作用的物体地位平等，第二，作用力反作用力平等。其实还是个相对性问题，这和前面第一个问题──参考系的相对性──有异曲同工之处。例如，锤子砸钉子问题，站在地面看（或站在钉子的角度看），锤子是主动的，主动砸到钉子上。但如果锤子身上长着眼睛看（或锤子上真的安有摄像头），那么它一定会认为我锤子是“本分”的，我没有动，是你钉子向我进攻，撞到我的身上。

那么我们就要让学生从具体的问题中超脱出来，进行抽象思维的提升：就是甲乙两个物体发生了相互的作用，任何一方都不优越于另一方，地位平等。各自所受的作用力，是公平的、并存的。

3.守恒思想

物体来去自如的运动不能靠自己给自己的力来实现、电源不是产生电荷的源泉、不用燃料或外界输入动力只用巧妙的办法就使机器工作是不可能的等这些物理哲学问题，都涉及到守恒思想。

例如有的资料上介绍，把水池里放上一种菌类，在太阳光照射下，能把水分解，不断的输出氢气和氧气。那氢气和氧气燃烧又变成水流回水池，多么好的能源利用啊。但懂物理哲学的人一眼就能看出：这种装置，需要菌类、水池里要放养料、还需要太阳光照射，再加上导管、水池等复杂的设备，还不如用太阳灶直接吸收太阳能呢，何必绕圈子。再如，对“神七”宇航员太空行走的直播电视中，插播的广告，广告设计者想赶时髦，也是用了“神七”的题材，但那宇航员从船舱“一跃而出”，连演播室里做节目的嘉宾都笑了，说

到“他飞出去，可怎么回来啊？”

守恒问题，只是作为知识来学习的时候，总在知识本身的学习上制造困难。如果在哲学层面上进行归纳和提升时，才能收到“举一反三”作用。

4.热学的定律

本内容涉及到的物理哲学问题最不被“大众”所接受。人们不承认“可用的能量在不可逆转的减少”，甚至不承认“能量不可创造”。人们认为科学在不断的发展，将来的科学无所不能。本内容也最广泛的涉及到政治、经济、社会等领域问题。能量的耗散、原材料的消耗、水土的流失、生态的破坏、环境的污染等等，都与热学定律相关。

热学定律的哲学，就是“扩散说”和“代价说”。“扩散说”是指任何自然系统物质状态的发展变化总规律，都是不可逆转的向着平均势态趋近。描述系统物质状态的量，如温度、浓度、密度、能量集结度（能量可用度）等都如此，进而导致能量的耗散和原材料的消耗。“代价说”是指系统中任何局部的逆转（集结、采集）是可以实现的，但都是以周围更大的扩散为代价。例如燃烧，是炭与氧的化合生成二氧化碳，造成热的扩散。但在一定条件下这个过程可以逆转，可以实现二氧化碳分解为炭和氧而集结一定的能量，但这要以周围更大的能量以及原材料的耗散为代价。所以，人们想利用科学技术制造氧和炭来解决能源问题，那是自欺欺人的。这在前面“守恒思想”中也有类似的例子。

其实，代价说是在说明科学技术的负面作用：科学，不仅解决不了能量的耗散和原材料的消耗（混乱度）问题，相反，正是科学在加快能量的耗散和原材料的消耗（混乱度）的速度！这样说可能过于悲观，但这是客观的物理定律，不以人的意志为转移，也与什么社会意识形态无关。

5.狭义相对论

不是为了寻找学习的秘诀，作为高中生，也不可能把相对论系统的掌握，更谈不上把其熟练的应用到电磁学领域。本人认为，抽取出这样几个即深奥而又通俗、浅显的哲学思想，作为高中生，就是令人满意的了：

第一，测量结果的相对性。对于物理量（时间、速度、长度、质量等）的测量，必须立足在某参考系上进行，其测量结果是针对此参考系而言的，不同参考系测量结果不同。但这些被测对象是绝对的、是客观的。某一参考系的测量结果只是其一方一派所解释的“语言”而已。不同参考系对同一事物所解释的“语言”不同，是它的“立足点”不同，“观察角度”不同，所以“眼光”不同，“看法”不同而已。

第二，某参考系既然有了自己的测量结果，就要依照自己的“语言”解释事物，依照自己的“眼光”、“看法”办事。同时，要理解和允许别的参考系有那些不同的“看法”。

第三，相对性问题，在高速、大尺度空间领域明显起来，在低速、小尺度空间领域，其规律又回到牛顿理论上来。说明狭义相对论与

牛顿理论不矛盾，不冲突，它是对牛顿理论进行了补充、修正、完善和发展。

第四，特别是对时间的相对性问题，学生接受起来感到困难，而且容易使学生“走火入魔”。这里提出，让学生比照着，在容易理解的“某参考系上同一地点、不同时刻的两个事件，在另一参考系上测量，就是不同地点的两件事”的基础上，把“时刻”与“地点”量概念互换一下，则为“某参考系上同一时刻、不同地点的两个事件，在另一参考系上测量，就是不同时刻的两件事”。即要接受地点具有相对性，也要接受时刻具有相对性。把时刻与地点，抽象为两个都可随不同参考系而变换的物理量。

6.辨证思想

例如，前面提到的灯泡灯丝温度升高，其电阻变大还是变小？回答这个问题要两说：一方面，温度升高，分子运动加剧，造成电阻增大。另一方面，分子运动加剧，会使自由电子密度增大，导电性能提高。所以要看哪方面是问题的主要方面。

在高中物理知识中，含有很多的辩证法思想。要让学生从机械、死板的学习中解脱出来，必须让学生辨证的思考问题。诸如“高频波直射性强，那还具有衍射性吗”、“电容的利与弊”、“波粒二象性”、“理想模型不存在，还研究它有什么意义”、“远距离输电中增大电压的高成本与受到的好处怎样平衡”、“波尔原子模型也不准确为什么还要研究它”等等一系列问题，都一定程度包含着辨证的思想。就是在学习的过程中，是多做习题呢，还是多注重基本概念和基