馬菊

物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué)，它的研究范圍小到微觀粒子，大到宏觀天體運(yùn)動(dòng)。物理作為自然科學(xué)的重要分支，不僅對(duì)物質(zhì)文明的進(jìn)步和人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的深化起了重要的推動(dòng)作用，而且對(duì)人類的思維發(fā)展也產(chǎn)生了不可或缺的影響。從亞士里多德時(shí)代的自然哲學(xué)，到牛頓時(shí)代經(jīng)典力學(xué)，直至現(xiàn)代物理中的相對(duì)論和量子力學(xué)，都是物理學(xué)家科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)精神以及科學(xué)思維的有形體現(xiàn)。

自然規(guī)律不是根據(jù)有限的事實(shí)歸納出來的，新知識(shí)的建立常常不在于實(shí)驗(yàn)證據(jù)的多寡，而在于研究者的洞察力。日常生活與工作中，新認(rèn)識(shí)、新見解是這樣，物理學(xué)更應(yīng)該是這樣。分析物理學(xué)研究的前因后果，大自然的“相似形”正如顆顆小恒星鑲在宇宙各個(gè)閃光點(diǎn)上，引導(dǎo)人類去尋找歸納。如果將這些“相似形”，用空間曲線串起來，它就是我們學(xué)習(xí)物理、探究物理的大道之一。

初中義務(wù)教育階段的物理淺顯、通俗易懂，它對(duì)物理規(guī)律的陳述往往是建立在初中生已有思維方式和能夠接受的最簡(jiǎn)單的概念和定義基礎(chǔ)上的。

一、“相似形”體現(xiàn)在基本概念上

義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理中，（1）速度的定義是：物體在單位時(shí)間內(nèi)通過的路程。公式v=s/t，s表示路程，t表示時(shí)間，v表示速度。（2）密度的定義：在物理學(xué)中，把某種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量叫做這種物質(zhì)的密度。公式：ρ=m/V，m表示質(zhì)量，V表示體積，ρ表示密度。（3）在講述地球表面物體所受重力時(shí)講道：在同一地點(diǎn)物體受到的重力與它的質(zhì)量的比是個(gè)定值：g=G/m=9.8牛/千克，G表示物體受到的重力，m表示物體質(zhì)量，g表示這個(gè)定值，并解釋為質(zhì)量為1kg的物體受到的重力為9.8N。（4）熱值的定義是：1kg某種燃料完全燃燒時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量叫做這種燃料的熱值。公式： λ=Q/m ，Q表示熱量，m表示質(zhì)量，λ表示熱值。（5）比熱容的定義是：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高（或降低）1度所吸收（或放出）的熱量，叫做這種物質(zhì)的比熱容。公式c=Q/ （mΔt）， Q表示熱量，m表示質(zhì)量，Δt表示溫度變化，c表示比熱容。

比較前四個(gè)，不難發(fā)現(xiàn)它們的“相似”之處，都定義為在某單位物理量的限度之內(nèi)存在的另一個(gè)物理量。如果把它們四個(gè)用同一形式k來表示，某單位物理量用x表示，另一個(gè)物理量用y表示，它們的定義式就可統(tǒng)一寫為k=y/x，這不正是物理定義“相似”被同一數(shù)學(xué)形式表達(dá)式所表達(dá)了嗎？而第五個(gè)比熱容的定義可看作是：“k=y/x”的擴(kuò)充，不妨寫為：k=y/（xz），即k定義為在兩個(gè)單位物理量的限度之內(nèi)存在的另一個(gè)物理量。那么我們還能設(shè)想是否存在一個(gè)物理量，被定義在多個(gè)單位物理量的限度之內(nèi)。這樣初中階段基本概念就很容易地被搞清楚了。

二、“相似形”體現(xiàn)在對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的描述上

密度、比熱容、電阻，從不同角度對(duì)物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行描述。對(duì)密度是這樣闡述的：同一種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值是一個(gè)常數(shù)，它反映了物質(zhì)固有的一種屬性，即ρ=m/V，也就是說，某種物質(zhì)的性質(zhì)之一密度與物質(zhì)質(zhì)量多少和體積無關(guān)，但可用質(zhì)量與體積的比值來表達(dá)。同樣對(duì)比熱容的闡述是：不同種類的物質(zhì)，在質(zhì)量及溫度變化相同時(shí)，所吸入（或放出）熱量一般不同，即：c=Q/（mΔt），同樣某物質(zhì)的比熱容與熱量多少、質(zhì)量多少、溫度變化值無關(guān)，但可用它們的比值來表達(dá)。根據(jù)歐姆定律得，對(duì)某成品電阻器，其電阻值可表達(dá)為R=U/I，即當(dāng)電阻器不更換，電阻兩端電壓與通過電阻的電流比值是一個(gè)定值，但可用它們的比值來表達(dá)。同理，對(duì)比熱容、電阻也可以有這樣的理解方式，這樣我們不是把對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的理解框在一個(gè)模式了嗎？第一個(gè)性質(zhì)理解清楚了，第二、第三個(gè)也就輕松接受了。

其實(shí)，物理學(xué)對(duì)大自然現(xiàn)象的描述中還有許多“相似形”，不妨再找一找。要想輕松學(xué)習(xí)物理，還要看看以往的前輩們是怎樣尋找大自然的“相似形”的。（1）按照麥克斯韋電磁理論，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)不斷地相互交替，由近及遠(yuǎn)地傳播出去。變化的電磁場(chǎng)在空間以一定的速度傳播，就是電磁波。電磁波在本質(zhì)上與機(jī)械波是不相同的。于是，描述電磁波就用與描述機(jī)械波相似的數(shù)學(xué)形式來表達(dá)，即用“相似形”的思維去考慮不同的波動(dòng)。（2）1842年，奧地利物理學(xué)家克里斯蒂安一多普勒提出，當(dāng)聲源在運(yùn)動(dòng)中時(shí)，聽者會(huì)感到單調(diào)有高低的變化。聲源接近時(shí)，聲波被“壓縮”，聽者感到音調(diào)變高;聲源遠(yuǎn)離時(shí)，聲波被“拉伸”，音調(diào)變低。1868年，科學(xué)家哈根斯首次用反光鏡測(cè)得天狼星的譜線偏紅，且算出天狼星離開我們的視向速度是47km/s，量一量譜線就能確定恒星的運(yùn)動(dòng)速度，這一方法簡(jiǎn)直太便捷了。這也是用“相似形”思維去分析不同的波動(dòng)，達(dá)到了一般難以想到的結(jié)果。

讓我們?cè)谙容厒兊木竦墓奈柘拢^續(xù)學(xué)習(xí)、探究物理規(guī)律，多多尋找大自然的“相似形”，使得物理學(xué)永遠(yuǎn)向著最先進(jìn)的方向發(fā)展。

編輯 謝尾合