学习物理学史有助于更系统地学好物理

李烽韬

物理学作为自然科学的一个分科，以研究物质结构和相互作用及它们的运动规律为己任，在自然科学中地位特殊，它以整个自然界为研究对象，范围非常广阔，它的基础是实验事实，其基本的研究方法是观察、实验。物理学既古老又年轻，早在古代人们在日常生活、生产实践中就积累了一定的物理知识。古希腊的亚里士多德的《物理学》一书，叙述了当时人们对物体运动的有关知识，我国古代的沈括在《梦溪笔谈》中也阐述了许多物理现象。说它年轻是因为，现代物理学的飞速发展正在影响着人们生产、生活的各个领域，特别是20世纪兴起的电子技术、计算机等，引起了一场深刻的技术革命，可以说物理学的飞速发展与人类社会的物质文明息息相关。

但是，我们发现，不少同学用很长时间学习那些具体的物理知识，常常只满足于对具体知识的理解，没能建立起相应的物理观念，对物理世界的规律没能获得一个清晰的基本认识。

中学物理学习，首先是物理基础知识的学习，而中学物理基础知识包括相互区别又相互联系的两个方面，即物理概念和物理规律，要想让学生学好物理概念和规律，就必须掌握正确的学法。

一、从了解物理学史中加深对物理概念的理解

中学物理有大量的物理概念，如力、质量、速度、压强、电流等等，这些物理概念反映了大量物理现象、物理过程等客观事物中最本质的属性。要深刻理解物理概念，并能灵活地运用概念解决问题，全面了解概念的发展史就很必要和重要。比如，力是物理学中最基本的概念之一，初中学，高中学，到大学后继续学习还要讲，但学生总感觉到抽象难懂，理解不深。那么，对力这一自然现象，人们到底是怎样认识的，人们对力现象的认识到底经历了怎样的认识过程，目前又达到怎样的一个水平？其实人们对力现象的认识与我们大家对力的最初的认识是一致的，都是与推、拉、提、压等引起的肌肉紧张、疲劳等主观感觉相联系的。《墨经》中有“力，刑之所以奋也”的说法。刑，指形体，其含义就在于此。难道力就是肌肉紧张、疲劳？肯定不是。这只是人们对力现象的感性认识。到底什么是力？是谁将人们的这一感性认识上升为科学理论？古希腊学者亚里士多德归纳了大量力的现象，提出“力是维持物体运动的原因”，距今已有二千余年，直到十七世纪，牛顿在总结了伽里略、笛卡儿等人的研究成果，提出“力是使物体运动状态改变的原因”，人们对力现象才有了本质的认识。难怪现在还有很多同学在学习力概念时有跟亚里士多得相同的看法，原因就是因为没有透过物理表象，当知道物理这一史实时，我们在学习力的概念时就会有更深的理解，极少犯跟亚里士多德一样的错误。如在学习电磁感应时，介绍历史上探索“磁能生电”进的艰难过程，让学生了解法拉第对磁生电的研究，这样学生仿佛就经历了历史的进展一样，加深了对磁生电的理解，学起来也就轻松得多了，并且对科拉顿跑失良机有更充分的认识。

二、从明确物理学史中更好地掌握物理规律

物理规律是物理学习主要内容，它是一类物理现象及物理过程本质的、必然的联系。了解物理规律发展确定的历程，能加深对物理规律的理解和掌握。能的转化和守恒定律被誉为是十九世纪自然科学的三大发现之一，无论是在哲学界还是自然学界具有崇高的地位，也是中学生学习的一个重点。

那么，该定律究竞是怎样被发现确立的，科学家们为此付出了怎样的努力，进行了哪些方面的研究？了解了这些，无疑能加深学生对定律的学习和理解。追朔起来，守恒思想的萌芽起源于远古时期，古希腊哲学家很早就提出了“运动不灭”的思想，我国明朝王夫之在深入手工作坊考察制墨烧汞过程中得出“生非创有，死非消灭”的结论。1638年，伽利略通过对斜面和摆的研究意识到物体下落过程中所获得的速度，能够使它从新跳回原来的高度，但不会更高。1669年，惠更斯研究完全弹性碰撞时，认识到各个物体的质量与速度平方的乘积的总和，在碰撞前后保持不变等等。其实，科学家们对各种现象之间普遍联系且能相互转化的发现研究开始于十八世纪末十九世纪初。1799年，化学家戴维把两块冰放在真空容器中摩擦，发现冰被溶解。1801年英国科学家尼科尔逊，通过电解水的实验证明电可以产生化学变化。1820年丹麦物理学家奥斯特证明电可以转化为磁。1821年德国人塞贝克制成温差电偶，证明热可以转化为电。1831年英国科学家法拉第证明：磁可以转化为电。1842年楞次、焦尔几乎同时发现了电流的热效应等等。这些发现使科学家们得出了同一个结论：在自然界中各种运动形式都可以相互转化，并相信各种运动是统一的。到十九世纪四十年代，能量守恒的信念基本确立，接着许多科学家便开始了将信念上升为规律的定量研究，其中迈尔、亥姆霍兹、焦尔最为著名。

德国医生迈尔，在1845年根据气体温度发生变化，定压过程吸热大于定容过程吸热的事实，计算出了热功当量的数值J=365Kgm/KCol。可以说，他是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当量的人，也是第一个把能量转化概念应用于生物领域的人。德国物理学家、生物学家亥姆霍兹，在全然不知迈尔、焦尔等人工作的情况下，从生理学问题入手，于1847年发表文章，以其严密的数学方式表达了能量守恒和转化定律。焦尔的实验研究更令人注目，自学成才的英国物理学家焦尔，自1843年起，用尽四十年的时间进行了四百多次实验，通过电和热的转化，电和机械能的转化，机械能和热的转化等测出了热功当量，特别是1847年的6月，在牛津举行英国科学促进协会的会议上，焦尔报告的用法码下落带动铜制的划水轮分别搅水、鲸脑油和水银的实验，测出热功当量的平均值J=4.203J/Cal。在当时的实验条件下，他所测得的热功当量的数值能够保持三十年不作较大更正，这在物理学史上实属罕事，后人不得不为他惊人的耐心和巧夺天工的技术而赞叹。热功当量的测定为能量守恒提供了证据，奠定了坚实的实验基础。大约到了1860年左右，能量转化和守恒定律才被人们普遍接受，而且立即成为整个自然科学的基石。当学生知道了这些史实时，不但明确了发现一种物理规律的艰辛程度，还能更好地明确物理规律的内涵，从而更深层次理解了这一规律。

另外，对历史上一些有杰出贡献的科学家进行个别考察和研究时，我们会认识到，这些科学家对待事物的科学态度、思想方法、高贵品质等都将对我们的学习和成长产生深远的影响和熏陶，受到深刻的启示和启迪，得到巨大的动力和精神食粮，受到鼓舞。

总之，物理学是来源于实际生活而又用到实践中去的一门科学，学生明确了科学家探究物理规律的过程，也就会更加明确物理实验在学习中不可替代的作用，可以用实验去探究还不明了的问题。