李枧芳

(新疆瑪納斯縣第一中學(xué) 新疆 瑪納斯 832200)

在高中物理所涉及的動力學(xué)與電磁學(xué)部分中，當(dāng)我們研究物理現(xiàn)象時，狀態(tài)的改變是其重要特征，在改變的過程中，各個相關(guān)物理量之間相互聯(lián)系又相互制約，反映出特定的規(guī)律、概念和方法，通常我們會將特定的現(xiàn)象歸納為某一物理模型進(jìn)行處理。由于物理模型眾多，它們相互之間又彼此獨立，以致很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中抓不住其中的聯(lián)系，所以對高中物理的學(xué)習(xí)顯得相當(dāng)困難。筆者經(jīng)過十多年從事高中物理教學(xué)工作，總結(jié)出在動力學(xué)和電磁學(xué)中許多的現(xiàn)象中都包含著改變與平衡的辯證關(guān)系，在此與大家分享。

自然界的物理現(xiàn)象，總是在不斷地發(fā)生、發(fā)展、改變，而我們所研究的物理學(xué)，就是想辦法找到這些現(xiàn)象其中的規(guī)律，并利用這些規(guī)律來反推曾經(jīng)的狀態(tài)或預(yù)測將來的狀態(tài)，以此指導(dǎo)我們的工作和生活。但是，要發(fā)現(xiàn)一個新的規(guī)律談何容易？例如，對落體的研究，自古希臘時人們便以為重的物體下落地比輕的物體下落地快，而且深信不疑！而且，這個結(jié)論和我們在生活中看到的現(xiàn)象基本一致。直到伽利略時代人們才認(rèn)識到，如果在不考慮空氣阻力的影響時，重的物體和輕的物體將下落得一樣快，由此得出了自由落體運(yùn)動的規(guī)律。可是這之間，已然經(jīng)歷了兩千多年！當(dāng)然，我們現(xiàn)在研究物理，已經(jīng)方便許多了，畢竟有了亞里士多德、伽利略、牛頓、法拉第、愛因斯坦等偉大的科學(xué)家們的努力，我們可以直接利用他們現(xiàn)成的研究成果，已經(jīng)可以解釋身邊的大自然數(shù)的物理現(xiàn)象了。今天，筆者要在這里分享的，并不是新的規(guī)律，而是包含在之前的規(guī)律當(dāng)中的一種解決問題的思想，那就是我們觀察到的現(xiàn)象的改變，會向著新的平衡的方向發(fā)展。

在動力學(xué)部分，實際研究的是物體的受力情況的改變對物體的運(yùn)動狀態(tài)的影響。我們首先學(xué)習(xí)了物理的運(yùn)動，然后學(xué)習(xí)力，然后學(xué)習(xí)牛頓運(yùn)動定律，再研究物體在共點力作用下的平衡。以上各部分內(nèi)容之間其實是有聯(lián)系的，但是由于學(xué)生剛接觸到高中物理時，往往還停留在關(guān)注現(xiàn)象的階段，所以當(dāng)他們看到一個過程中幾乎所有的物理量都在發(fā)生改變時，便一時手足無措。例如，在研究勻變速直線運(yùn)動時，一個過程中往往只包括了5個物理量：初速度V0，末速度v t ，加速度a，時間t，位移X0學(xué)生一下子頭就大了！當(dāng)我們從動力學(xué)角度分析時，會發(fā)現(xiàn)一個過程的初狀態(tài)和末狀態(tài)都是穩(wěn)定的，由于受恒力作用產(chǎn)生的加速度也不發(fā)生改變，所以真正的變量只有時間t的延續(xù)以及空間位置的改變x，由此便可以列出它們之間的函數(shù)關(guān)系了。學(xué)習(xí)了牛頓運(yùn)動定律之后，我們知道了力是使物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變的原因，本來平衡的物體，如果受力情況發(fā)生改變，所受合力不再為零，其運(yùn)動狀態(tài)便會由此而發(fā)生改變，但是這種改變是有規(guī)律可循的。例如，在需要考慮空氣阻力作用的情況下，自空中由靜止釋放一個物體：在釋放之前，我們可分析得出有外力與物體的重力平衡所以能夠保持靜止；在釋放之后，物體的受力情況發(fā)生改變而不再平衡，物體便在重力作用下加速下落，在加速下落過程中由于物體與空氣之間的相對運(yùn)動而產(chǎn)生了阻礙其向下加速運(yùn)動的空氣阻力，而空氣阻力與物體的速度之間存在正相關(guān)的關(guān)系，因此，只要高度足夠高，空氣阻力都會增大到能夠與重力平衡，物體便會勻速下落，根據(jù)動力學(xué)方法分析，物體實際做的是從靜止開始，加速度逐漸減小的加速運(yùn)動，最終勻速運(yùn)動達(dá)到平衡狀態(tài)。由此，我們便可以聯(lián)想到，如果物體的狀態(tài)發(fā)生改變，則會受到阻礙其改變的作用，最終往新的平衡的方向發(fā)展。

在電磁學(xué)部分，我們首先學(xué)習(xí)靜電場，然后學(xué)習(xí)恒定電流，然后學(xué)習(xí)磁現(xiàn)象(主要是電流的磁效應(yīng))，再學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，再研究交流電原理和電磁波的形成和傳播。

在靜電場部分，假如有一塊導(dǎo)體，正常情況下會處于電中性狀態(tài)，其內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零，當(dāng)我們將其放在一個外電場中時，由于靜電感應(yīng)現(xiàn)象，會在沿電場方向的導(dǎo)體兩端感應(yīng)出等量異種電荷，因此會在其內(nèi)部形成與外電場等大反向的附加電場，根據(jù)電場疊加原理而導(dǎo)致在其內(nèi)部場強(qiáng)處處為零，沿著其表面移動電荷時，電場力也不做功。這樣，當(dāng)原本的平衡被打破時，便在其內(nèi)部產(chǎn)生反向的附加電場來阻礙其改變，最終在導(dǎo)體的內(nèi)部便再次處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)，我們稱之為靜電平衡狀態(tài)。

在研究磁現(xiàn)象部分時，磁流體發(fā)電機(jī)是一個非常有意思的裝置：兩塊彼此平行放置的金屬板，之間有與它們垂直兩個永磁體的平行磁極形成的由N極出發(fā)進(jìn)入S極的磁場，當(dāng)有等離子體以一定的初速度v0垂直進(jìn)入這個磁場區(qū)間時，根據(jù)左手定則可以判斷，其中的正電荷受到洛倫茲力會向一個金屬板方向偏轉(zhuǎn)并聚集在板上形成正極，而負(fù)電荷由于受到與正電荷相反方向的洛倫茲力會向另一個金屬板方向偏轉(zhuǎn)并聚集在板上形成負(fù)極，兩金屬板之間便會形成由正極指向負(fù)極的電場，阻礙更多的電荷向極板上聚集，當(dāng)洛倫茲力與電場力平衡，等離子體便不再偏轉(zhuǎn)而勻速通過兩極板中間區(qū)域。

諸如此類的現(xiàn)象還有許多，我們都可以從中找到類似的關(guān)系，當(dāng)一個平衡的狀態(tài)被變化的環(huán)境條件打破時，便往往會產(chǎn)生新的制約條件來阻礙其繼續(xù)變化，直到新的平衡狀態(tài)被建立為止。掌握了這種思想，我們再反觀高中物理，便會發(fā)現(xiàn)有許多現(xiàn)象的改變當(dāng)中，都能找到這種不變的相同點，只要我們多歸納、多總結(jié)、多思考并應(yīng)用，便能以動力學(xué)和電磁學(xué)為主干，將高中物理的內(nèi)容串起來了。事物總在變化，但我們“以不變應(yīng)萬變”，根據(jù)“哪里有改變，哪里就有阻礙”的思想去分析、處理問題，也許可以另辟蹊徑，最終解決問題。