物理学中的“矛盾”

物理学中的“矛盾”【摘要】：矛盾在物理学及其发展中的普遍存在，利用“矛盾思想”解决物理问题的几种方法。【关键词】：物理学、矛盾、吸引与排斥、解题思路一、前言辩正唯物主义中的矛盾是指客观事物本身存在着两种既互相对立又互相统一的倾向。毛泽东同志曾经说过“没有矛盾就没有世界”，说明了矛盾的普遍性原理。即无论是自然界、人类社会还是思维，无论过去、现在或者将来，矛盾都是普遍存在的。整个物质世界，从宇观到宏观，从宏观到微观，所有物质都是相互联系、相互作用、运动变化着的。故以揭示自然界各种物质形态的结构、性质和运动规律为任务的物理学中也普遍存在着矛盾。我们在中学物理教学中发现中学生抽象思维能力已发展到一个层次，完全能够用矛盾思想和方法去认识较复杂的物理现象、物理问题，并把这一思想和方法用在解题的过程中。二、物理世界普遍存在着“矛盾”恩格斯曾指出：“在非生命世界中‘一切运动都存在于吸引和排斥的相互作用中’”，并说：“相互作用是事物的真正的终极原因。”这不难看出，恩格斯是把吸引和排斥的相互作用看作是非生命世界运动的基本矛盾。吸引和排斥的矛盾在物质运动中有多种多样的表现形式，如引力和斥力、收缩和膨胀、凝聚和扩散、吸收和辐射等。正是吸引和排斥的矛盾存在和相互斗争，推动了物质世界的发展。下面我们来具体说明吸引和排斥这一基本矛盾在物理学中的具体表现。1、分子运动中的吸引和排斥分子之间既互相吸引又互相排斥，因此，每个分子都在不停息地运动。在常温下，分子运动的平均速度大约为每秒几百米，一秒钟内，分子之间的碰撞次数大约高达几十亿次。分子运动是无规则的，热就是大量分子无规则运动的宏观表现。分子不停息、无规则的热运动，总是要使分子远离平衡态，这是排斥作用。而分子力（分子之间的吸引力）作用的结果，总是使分子保持在平衡位置附近，这是吸引作用。这样，就使分子力和热运动之间的矛盾，贯串于分子运动的全过程，并决定着物体通常的三种聚集状态（固态、液态、气态）以及它们之间的相互转化。2、原子内部运动的吸引和排斥原子作为电子和原子核组成的有机统一体也具有吸引和排斥的矛盾。原子核和电子之间，由于存在不同的电荷而具有电磁作用力，使电子能绕核运转，这是吸引作用。电子在运动时，具有很大的动能，使电子有离开原子核而去的趋势，这是排斥作用。在一定条件下，电子和原子核之间的吸引和排斥矛盾的斗争达到平衡时，原子处于稳定状态，即处于基态。但平衡是相对的，不平衡是绝对的。如果通过外界条件，如加热、光照等办法，就会破坏原子核和电子之间原来吸引和排斥的平衡，从而使原子状态发生相应的变化。现代科学发展也表明，在超高温的条件下，物质由气态转变为超气态，即等离子态；在超高压的条件下，物质由个固态转变为超固态。其实这也是原子内部的吸引和排斥的矛盾转化造成的。3、电磁运动中的吸引和排斥电磁运动中的吸引和排斥的矛盾主要表现在正电与负电之间的矛盾。各种电磁现象，无论怎样复杂，都是带正电或带负电的粒子运动及相互作用的结果。实验表明，正、负电荷之间存在着同性相斥、异性相吸的相互作用。而正、负电荷在不同条件下的吸引和排斥，产生各种电磁运动状态，形成不同的电磁现象。例如摩擦起电现象，就是通过摩擦的方式，使电荷在两个物体之间进行再分配，促使两个物体之间正、负电荷矛盾激化，因而产生放电现象。又如电流的产生，也是正、负电荷的吸引和排斥的斗争造成的，斗争的结果使带电粒子发生运动，产生电流。4、地球上物体运动中的吸引和排斥地球上物体的机械运动，也是吸引和排斥矛盾的结果。地球上物体的机械运动，有一个特点：在地球引力场内任何地方都不能摆脱地心引力即重力的影响，换句话说，总是吸引占优势。因此，要使物体作机械运动，就要克服重力或物体之间的摩擦力。这就是排斥的作用。例如物体上抛运动，首先，要有排斥的作用，即给物体一个很大的动能，使它克服地球重力而上升，此时是排斥胜过吸引。尔后，地球重力作用又占优势，吸引胜过排斥，使物体下落。正如恩格斯所说：“在地面上的纯粹的机械运动中，我们所碰到的是重量即吸引占有决定性的优势的情形，因而在这里运动的产生有两个阶段：首先是抵抗重量，然后是让重量起作用。一句话，是先使物体上升，然后再使之下降。”由此可见，即使是在吸引占优势的地球上，也不可能没有排斥。地球上物体的机械运动也表现了吸引和排斥的矛盾。三、物理学的发展以“矛盾”为动力物理学中矛盾是普遍存在的，矛盾的产生和解决促进了物理学的不断发展。在物理学研究的过程中，由于科学实验和科学理论这两者发展是不平衡的，因此，人们在进行科学实验时，往往会出现一些新的实验事实与原有理论发生矛盾，旧的理论已不能解释新的实验事实，在这种情况下，为了解决矛盾，就迫使科学家们去寻求创立新的理论。科学理论和科学实验两者相互作用、相互促进，永不会停留在同一个水平上，这时矛盾的解决只是暂时的，它们的不断产生和解决，使人们对自然界的认识不断地深化，理论不断地发展。因此，科学实验和科学理论的矛盾是物理学发展的直接动力。我们在解决科学理论与科学实验之间的矛盾的时候，要学会用矛盾的对立统一规律来解决。例如在一个复杂的事物中，往往包含着许多矛盾。这些矛盾在事物发展中所起的作用是不同的，其中有主要矛盾，也有次要矛盾。在众多的矛盾中，要善于抓住并解决主要矛盾，而带动其他矛盾的解决，从而可以推动事物的发展。比如物理学中建立的许多物理模型就是对许多复杂问题进行具体分析，找出其中的共同本质和主要矛盾，排除其他对研究问题没有影响或影响不大的次要矛盾（次要因素）建立起来的。四、利用“矛盾思想”解决物理问题的几种方法在整个物理学中普遍存在着矛盾，因此我们在处理物理问题的过程中，经常会遇到许多对立的东西，如：运动与静止、曲与直、正与反等。这些对立事物的双方也有相互渗透、相互贯穿的统一面。即它们都是对立统一的。因此我们在解决这些问题的时候，不仅要看到它们的对立面，也要看到矛盾的双方相互渗透、相互贯穿的统一的一面。由矛盾的对立统一规律得到：在一定的条件下，矛盾对立的双方还会发生转化。因而要促进事物的转化，就要创造转化的条件。物理学中有许多包含矛盾转化的实例。1、运动与静止物体的运动本身就是矛盾，物体在同一瞬间既在某一地方、又不在某一地方，这种矛盾的连续产生和解决就构成了机械运动。因此物体的运动是绝对的，而静止是相对的。我们说某物体是处于静止还是运动，或做什么类型的运动，总是相对于一定的参照物而言的。当参照物改变时，运动与静止可能相互转化。在通常情况下，一般选地面或固定在地面上不动的物体为参照物，但有时如果取某一运动的物体为参照物，可以使物理问题的解决非常简便。例1、辆汽车一前一后在笔直的公路上匀速前进，运动方向相同，后车的速度V大于前车的速度V。当两车相距为L时，后车的司机立即刹车，使后车做匀减速运动。要2使两车不相撞，后车的加速度应取多大？分析与解答：本题如取地面为参照物，需要联立几个方程才能求得结果。如我们改前车为参照物，即把前车静止，后车在距离L处以初速度（V-V）、加速度a做匀减速直线运动。考虑临界状态，即后车刚碰到前车时，2速度为0，则有（V-七）2=2Al，所以a=（V1-V2）2/2L，要使两车不相撞，应有a>2（V-V）2/2L。122、正与反12

正与反是对立的，但没有正，反也就不会存在，因此它们又是统一的。当人的观察方向、思考问题方向、解决问题方向的改变时，它们会相互转化。因此，当某一物理问题从某个方向去思考难以求解时，我们不妨把这个问题换一个角度来思考，或许能把问题解决或者较方便的解决。例2、试证明不可能存在有如图1所示的静电场：即其电场线互相平行而其疏密则不均匀。分析与解答：本题是从正面很难说明，我们不妨从反面来考虑这个问题。设有这样的静电场存在，在此电场中作两条垂直于电场线的直线AB和A2B2，如图，则此两直线应各自为一条等势线，即应有电势差uaia=1ub1ib2,另一方面根据公式U=Ed，又应有U>U（因为A处电力线较密，，则ea>eb）。这样得出互相矛盾的结论，A1说明这种静电场是不可能存在的。3、一般与特殊一般与特殊是一个辨证的统一体，一般是对特殊的共同性的概括，而特殊又总具有一般的性质，即一般存在于任一特殊之中。在一定的条件下，一般性的问题与特殊性的问题会相互转化。例3、一个闭合圆形导线环，位于匀强磁场中，磁场方向垂直于线环平面。设线环由细均匀的导线做成，电阻率为P。当磁感应强度随时间成正比地增大时，线环中电流为i。若线环半径增大1/3，求线环中电流的大小。分析与解答：对本题，我们不宜过早地分两种情况寻找感生电流与有关量的关系。而应先在一般情况下寻找电流与线环半径的关系。据厂竺=S*，因为*为定植，故即£奶3尸2点3".又据R=PL,AtAtAtS'si'r'因为为定植，故RsLsr，即Rsr，因为i=r，所以ixr,—=—=3,i=3i。4、曲与直曲与直之间也是对立统一的，实际曲与直并没有绝对的界限，它们在一定的条件下会发生相互转化。大的曲可以看成是由许多小的直构成，因此，曲可以通过分割而变成直，曲与直可以相互等效地代替；当参照物改变时，曲线运动可以转化为直线运动，反之也然。例4、设想一竖直放置的足够长的圆柱形磁铁，产生一个如图2所示的均匀辐射磁场。有一个与磁铁同轴的圆环通过磁场下落。若在环周处的磁感应强度大小为B。试求环下落的最大速度。（设铜环的半径为

r,电阻率为P'，密度为r,电阻率为P'，密度为p）图2分析与解答：在高中物理中只讲直导线在匀强磁场中切割磁力线的感生电动势及安培力的计算，对于如本题的圆环，应作如何处理呢？为了能运用已有知识求解，我们可以将圆环分割成n个小段，只要n到足够大，每一段也=i都可视直导线段。因此，每一段的感应电动势为n.屁=BMv，受到的安培力为AF=BIM。因为每一小段的电动势方向相同（俯视绕顺时针方向）安培力方向也相同（竖直向上），所以，圆环的总电动势为£=nks=BMI，受到的总安培力为F=nAF=BlI。所以，图2的圆环可用图3的直导线替代（MN、PQ的电阻均为零）。据此可以计算得圆环下落的最大的速度为v=咛。5、部分与整体部分与整体是物质世界普遍存在的一对矛盾，部分与整体是对立的，但部分与整体也是互相依存的，一方面，整体由部分组成，整体不能脱离其它部分而存在，另一方面，部分作为整体内部的相互联系或相互作用之中。我们在认识事物的过程中，只要处理好部分与整体的关系，才能获得关于客体的正确认识。例5、如图4所示，质量为m光滑球静止地搁在质量为m的斜面和竖直墙之间，求斜面对水平地面压力的大小。2分析与解答：此题只要以球和斜面组成的系统为研究对象，就不难得出，斜面对地面的压力即为整个系统对地面的压力，其大小为（m1+m2）g。五、结束语实施素质教育，要求面向全体学生，注重学生的全面发展