物理学中的美论文

物理科学作为自然科学的重要分支，不仅对物质文明的进步和人类对自然界认识的深化起了重要的推动作用，而且对人类的思维发展也产生了不可或缺的影响。从亚里士多德时代的自然哲学，到牛顿时代的经典力学，直至现代物理中的相对论和量子力学等，都是物理学家科学素质、科学精神以及科学思维的有形体现。随着科技的发展，社会的进步，物理已渗入到人类生活的各个领域。例如，光是找找汽车中的光学知识就有以下几点： 1． 汽车驾驶室外面的观后镜是一个凸镜 利用凸镜对光线的发散作用和成正立、缩小、虚像的特点，使看到的实物小，观察范围更大，而保证行车安全。 2． 汽车头灯里的反射镜是一个凹镜 它是利用凹镜能把放在其焦点上的光源发出的光反射成为平行光射出的性质做成的。 3． 汽车头灯总要装有横竖条纹的玻璃灯罩 汽车头灯由灯泡、反射镜和灯前玻璃罩组成。根据透镜和棱镜的知识，汽车头灯玻璃罩相当于一个透镜和棱镜的组合体。在夜晚行车时，司机不仅要看清前方路面的情况，还要还要看清路边持人、路标、岔路口等。透镜和棱镜对光线有折射作用，所以灯罩通过折射，根据实际需要将光分散到需要的方向上，使光均匀柔和地照亮汽车前进的道路和路边的景物，同时这种散光灯罩还能使一部分光微向上折射，以便照明路标和里程碑，从而确保行车安全。 4． 轿车上装有茶色玻璃后，行人很难看清车中人的面孔 茶色玻璃能反射一部分光，还会吸收一部分光，这样透进车内的光线较弱。要看清乘客的面孔，必须要从面孔反射足够强的光透射到玻璃外面。由于车内光线较弱，没有足够的光透射出来，所以很难看清乘客的面孔。 5． 除大型客车外，绝大多数汽车的前窗都是倾斜的 当汽车的前窗玻璃倾斜时，车内乘客经玻璃反射成的像在国的前上方，而路上的行人是不可能出现在上方的空中的，这样就将车内乘客的像与路上行人分离开来，司机就不会出现错觉。大型客车较大，前窗离地面要比小汽车高得多，即使前窗竖直装，像是与窗同高的，而路上的行人不可能出现在这个高度，所以司机也不会将乘客在窗外的像与路上的行人相混淆。 再如下面一个例子： 五香茶鸡蛋是人们爱吃的，尤其是趁热吃味道更美。细心的人会发现，鸡蛋刚从滚开的卤汁里取出来的时候，如果你急于剥壳吃蛋，就难免连壳带“肉”一起剥下来。要解决这个问题，有一个诀窍，就是把刚出锅的鸡蛋先放在凉水中浸一会，然后再剥，蛋壳就容易剥下来。 一般的物质（少数几种例外），都具有热胀冷缩的特性。可是，不同的物质受热或冷却的时候，伸缩的速度和幅度各不相同。一般说来，密度小的物质，要比密度大的物质容易发生伸缩，伸缩的幅度也大，传热快的物质，要比传热慢的物质容易伸缩。鸡蛋是硬的蛋壳和软的蛋白、蛋黄组成的，它们的伸缩情况是不一样的。在温度变化不大，或变化比较缓慢均匀的情况下，还显不出什么；一旦温度剧烈变化，蛋壳和蛋白的伸缩步调就不一致了。把煮得滚烫的鸡蛋立即浸入冷水里，蛋壳温度降低，很快收缩，而蛋白仍然是原来的温度，还没有收缩，这时就有一小部分蛋白被蛋壳压挤到蛋的空头处。随后蛋白又因为温度降低而逐渐收缩，而这时蛋壳的收缩已经很缓慢了，这样就使蛋白与蛋壳脱离开来，因此，剥起来就不会连壳带“肉”一起下来了。 明白了这个道理，对我们很有用处。凡需要经受较大温度变化的东西，如果它们是用两种不同材料合在一起做的，那么在选择材料的时候，就必须考虑它们的热膨胀性质，两者越接近越好。工程师在设计房屋和桥梁时，都广泛采用钢筋混凝土，就是因为钢材和混凝土的膨胀程度几乎完全一样，尽管春夏秋冬的温度不同，也不会产生有害的作用力，所以钢筋混凝土的建筑十分坚固。 另外，有些电器元件却是用两种热膨胀性质差别很大的金属制成的。例如，铜片的热膨胀比铁片大，把铜片和铁片钉在一起的双金属片，在同样情况下受热，就会因膨胀程度不同而发生弯曲。利用这一性质制成了许多自动控制装置和仪表。日光灯的“启动器”里就有小巧的双金属片，它随着温度的变化，能够自动屈伸，起到自动开启日光灯的作用。 这样的例子举不胜举，物理是一门实用性很强的科学，与工农业生产、日常生活有着极为密切的联系。物理规律本身就是对自然现象的总结和抽象。 谈到物理学，有些同学觉得很难；谈到物理探究，有同学觉得深不可测；谈到物理学家，有同学更是感到他们都不是凡人。诚然，成为物理学家的人的确屈指可数，但只要勤于观察，善于思考，勇于实践，敢于创新，从生活走向物理，你就会发现：其实，物理就在身边。正如马克思说的：“科学就是实验的科学，科学就在于用理性的方法去整理感性材料”。物理不但是我们的一门学科，更重要的，它还是一门科学。 物理学存在于物理学家的身边。勤于观察的意大利物理学家伽利略，在比萨大教堂做礼拜时，悬挂在教堂半空中的铜吊灯的摆动引起了他极大的兴趣，后来反复观察，反复研究，发明了摆的等时性；勇于实践的美国物理学家富兰克林，为认清“天神发怒”的本质，在一个电闪雷鸣、风雨交加的日子，冒着生命危险，利用司空见惯的风筝将“上帝之火”请下凡，由此发明了避雷针；敢于创新的英国科学家亨利�6�1阿察尔去邮局办事。当时身旁有位外地人拿出一大版新邮票，准备裁下一枚贴在信封上，苦于没有小刀。找阿察尔借，阿察尔也没有。这位外地人灵机一动，取下西服领带上的别针，在邮票的四周整整齐齐地刺了一圈小孔，然后，很利落地撕下邮票。外地人走了，却给阿察尔留下了一串深深的思考，并由此发明了邮票打孔机，有齿纹的邮票也随之诞生了；古希腊阿基米德发现阿基米德原理；德国物理学家伦琴发现X射线；……研究身边的琐事并有大成就的物理学家的事例不胜枚举。 物理学也存在于同学们身边。学了测量的初步知识，同学们纷纷做起了软尺。有位同学别出心裁，用透明胶把制好的牛皮纸软尺包扎好，这样更牢固。然后，用大大卷泡泡糖的包装盒作为软尺的外壳，在盒的中心利用铁丝做一摇柄中心轴，软尺的末端固定在轴上，这样一个可以收拾并反复使用的卷尺诞生了。同时，这位同学受软尺自作的启示，用实验解决了一道习题：用软尺测量物体长度时，若把软尺拉长些，测量值是偏大还是偏小？他做了这样一个模拟实验：在白纸上画一条直线，标上刻度，然后用透明胶粘贴，再扯下来，便做成了“软尺”，用“软尺”不仅找到了上题的答案，而且还清楚地看到分度值变大了，知其然，并知其所以然；学了电学的有关知识后，同学们对蚯蚓能承受的最大电压进行了探究：当给它加上1.5V的电压时，蚯蚓迅速分泌粘液，且奋力挣扎，从瓶内跳出瓶外。当给它加上3V的电压时，蚯蚓被电为两截；有同学在测量“2.4V、0.5A”的小灯泡的功率，并研究其发光情况时，不满足于给灯泡加上2.4V的电压，而是用自己早已准备好的小灯泡做破坏性实验，不断加大灯泡两端的电压，直至电压高达9V、灯泡灯丝烧断，才停止探究；有同学在学习蒸发的知识时，不厌其烦地座在桌旁观察相同的两滴水（其中一滴水滩开），进行聚精会神地观察，然后进行分析、对比，得出影响蒸发的因素；……同学们捕捉身边的琐事进行探究的事例屡见不鲜。 身边的事物是取之不尽的，对与现实生活联系很紧密的物理学科来说，更是时时会用到的，用身边的事例去解释和总结物理规律，学生听起来熟悉，接受起来也就容易了。只要时时留意，经常总结，就会不断发现有利于物理教学的事物，丰富我们的课堂，活跃教学气氛，简化概念和规律。新课标告诉我们“义务教育阶段的物理课程应贴近学生生活，符合学生认知特点，激发并保持学生的学习兴趣，通过探索物理现象，揭示隐藏其中的物理规律，并将其应用于生产生活实际，培养学生终身的探索乐趣、良好的思维习惯和初步的科学实践能力。” 今天，人类所有的令人惊叹不已的科学技术成就，如克隆羊、因特网、核电站、航空技术等，无不是建立在早年的科学家们对身边琐事进行观察并研究的基础上的。在学习中，同学们要树立科学意识，大处着眼，小处着手，经历观察、思考、实践、创新等活动，逐步掌握科学的学习方法，训练科学的思维方式，不久你就会拥有科学家的头脑，为自己今后惊叹不已的发展，为今后美好的生活打下扎实的基础。

谈到美，你可能联想到自然美和艺术美，而对自然领域中的科学美，大多数人则不易感受到，

物理学中的美，就是一种科学美。著名物理学家杨振宁先生把物理学之美分为三类：即现象之美，理论描述之美，理论结构之美。也有人把物理学之美分为：物理学研究对象的美感，物理学理论的美感，物理学实验的美感和物理学常数的美感等。还有人把物理学之美说成它具有明快简洁美，均衡对称美，奇异相对美和和谐统一美。

一、均衡对称的结构给人一种稳定，完善的美感

当然，物理学家头脑中的对称，并非像前面的图片那样朴素，那样直观；我们要了解物理学中的对称，先从几何图形的对称性说起。

我们再把圆放在平面镜前，设想我们钻进“镜子里的世界”来看这个圆。在镜中世界看到的这个圆，样子依然保持不便。我们便说这个圆具有反射对称性（或宇称不变性）。

物理学中的对称性主要表现在对物理世界规律的研究方面。

根据刚才的例子，我们还可以假设某些物理学家一直埋头对“镜子中的世界”进行研究，如果他们得到的.定律与正常世界的研究成果一致，我们就说这个定律具有反射对称性（或宇称不变性）。

对称的概念在物理学中占有重要的位置，我们不仅要了解直观的对称性，如波的对称，光的反射角与入射角的对称性等；还要了解抽象的对称性，如正功与负功，正电子与负电子等。

二、由于事物的对称美引起了物理学家探索这种美的渴望，从而发现物理结构的和谐统一美

物理学美的形式和内容是多方面的，而且物理学美的特点与艺术美的特点即有所相同，也有所不同。但物理学之美更主要的，还是反映在理性之美，反映在内容与形式美的相结合中。这种美主要表现为对自然界或反映自然运动规律的科学理论、科学成果在结构上的理解和欣赏。

牛顿为此吸收了伽利略对运动的研究成果，得出动力学第一、第二定律；特别是他又根据开普勒第三定律，进一步研究发现万有引力定律。从而用万有引力定律成功解释了抛物运动与行星轨道运动，这是物理史上第一次把之前认为是截然不同的天上星体的运动和地上物体的运动统一起来。这是牛顿对古典力学成功的完美结合，这不仅是因为牛顿有追求理论和谐统一的动机，更重要的是他开辟了一条达到这种和谐统一的正确途径。

物理学的和谐美不仅呈现于整体和局部结构的有机统一之中，而且还呈现在自然规律中的过去、现在和未来的因果链之中。这一切探索都是物理学家在对物理学统一美的欣赏之下激发出来的对美的追求。可见物理学家对于自然之美研究的真诚热爱之情已经达到了“情景交融”的和谐心理状态，物理学家这种追求自然和谐统一的思想境界是何等美妙！

人们喜欢秩序，厌恶混乱；喜欢简洁，厌恶繁杂，大千世界，千变万化盘根错节，如何理出头绪，显出框架呢？每当秋夜人静独自遥望星空，深邃的天际布满了星星，她们是那么的遥远、神秘，而又那么的清晰、实在，你会体验到一种无法替代的美感，这要归功于“遥望”，因为“遥望”使你能从总体上把握万物的真谛，苏东坡的名句：“不识卢山真面目，只缘身在此山中。”《物理学》就是要识大自然的真面目，那只有站在理性的高度“遥望”、鸟瞰宇宙万物，从中抽象出各种模型：质点、刚体、黑体、谐振子、理想气体等，使人感受到大千世界的颗颗“星星”在闪烁，在《物理学》的天地里，小到原子大到太阳都可以有同一名称――质点；帕伐罗帝的歌声和朦胧的月光可以有相同的称呼――波，这是何等的简练何等的气魄，使人想起八大山人山水画，廖廖几笔，辽阔而幽深；想起林风眠的《鹭鹜》，潇酒、气；想起传统京剧，有形而又无形。 2、对称、平衡、各谐乃是人类共通的审美标准 古希腊对匀称、丰满人体美的仰慕；古罗马的建筑；哥德式的教堂；中国的宫殿和庙宇；乃至人性中最不可忽略的性爱也被认为是出于追求完整的本能，相传人本是男女(雌雄)合一的，有四手、四脚、二头，而且无比智慧、有力，上帝怕人动摇他的权威，就下令硬把人一分为二，从此分开的男女都有了恢复原来完整本型的渴望，即性爱，《物理学》中的对称、平衡的理念更是处处可见：作用力与反作用力；正负电荷：S极与N极；粒子的左旋、右旋；正物质与反物质，黑洞与白洞；等等，而最为典型要数电磁场理论： 电场强度E＝F/q 磁感应强度B＝M/p