1、从主观表象探索客观事实典例 我们知道物理学是一门以实验作为基础的科学，而实验数据的获取既可以靠我们的感觉器官，也可借助于实验仪器.但是最为原始、最直接的来源还是我们的感觉器官.日出、日落、月缺、花残都是我们能够感知的常见现象.可是我们的感觉器官所获得的信息往往是事情的表象，有些现象是表里如一，有些现象却金玉其外罢了. 在中学物理的学习和教学中，我们应该探索如何透过现象看本质，通过主观找客观.只有这样，才能培养我们认识客观世界的兴趣和能力和探索未知世界的奥秘.为此我们不妨从人类认识物理世界的起步阶段谈起. 没有学过物理的人都知道，在落体运动中，重的物体比轻的物体下落得快.在同一地点释放物体，石块
2、的确比棉花下落要快，这是人所共知的事实.在力和运动的关系问题上，马用力拉车，车才能启动，马持续用力，车才能持续前进，马停止用力以后车就会停下来，这也是不争的事实.因为这些现象太普遍了，司空见惯的东西就很少有人去研究它们.但是亚里士多德却首先对它们进行了归纳和总结，并且得出了我们今天看起来仍然正确，事实上却是荒谬的结论力是产生运动和维持物体运动的原因.但是我们不能否认亚里士多德在物理学方面的贡献.其实我们的祖先在狩猎的时候，在箭矢的后面加上羽毛，大大地提高了它的平稳度和准确性，所依据的正是亚里士多德的这种观念.在常人看来亚里士多德观念的正确性是毋庸置疑的.事情果真是这样吗？伽利略并不这样认为，他
3、将逻辑推理引入到物理研究中来，把一轻一重两个物体捆绑在一起，让他们在空中下落，按照亚里士多德的观点推理出来，一个更重的物体下落没有比它稍轻的物体下落快，显然重的物体比轻物体下落快的观点在逻辑上是互相矛盾的.虽然伽利略猜想，石块比棉花下落快，可能是由于空气阻力造成的，但是，伽利略所处的环境条件还不能消除空气阻力对物体运动的影响，可是伽利略的研究方法却给后人指明了方向.哈雷、牛顿等人正是沿着伽利略所指的方向努力才获得成功的. 在物理学习中，对现象的观察是我们学习和研究的起点.书本知识是他人理论和经验的积累，通过对它的认识和理解在许多方面都能事半功倍，因为我们不可能做到事必躬亲.不过对他人理论的思考
4、才是提高物理研究和运用能力的真正源泉. 当我们在炎热的夏天打开冰箱冷冻室的门，冷气会飕飕地往身体里钻.真的是冷气“进入”了我们的身体吗？其实这不过是我们的感官在“欺骗”我们而已.在这里我们一共受骗两次，一次是我们的眼睛“看见了”从冰箱里冒出来的“冷气”；第二次是我们的皮肤感受到了“冷气”进入体内的冰凉.用我们的知识基础，再加上思考，不难找到“冷气”进入人体内的真相.在自然条件下热量是从高温物体传向低温物体的，空气中含有水蒸气.打开冰箱的时候冷冻室的温度比周围空气和人体的温度都要低得多，在这种情况下人体和空气的热量都会向着温度较低的冰箱里传递.空气中的水蒸气因为失去热量而温度降低，它们凝结成小水
5、滴而被我们的眼睛看见；人体也因为失去热量而温度降低，“我为中心”的潜意识让我们把正在失去热量的身体判断成了身体正在获得冷气. 我们再来看看下面的事例：如图1所示，在一个水平支架上固定有两个装水的瓶子，甲瓶中用细线悬挂一个小铁球（图中黑色球）；乙瓶中用细线拉住一个空心的小蜡球（图中白色球）.当整个装置静止时它们的位置关系如图A.当整个支架以加速度a沿着水平方向向右加速运动时，能够反映水和小球位置关系的图是中的图. 不少同学依据牛顿第一和第二定律，先判断出装置向右加速的时候，因为水的流动性和瓶子的惯性，液面状况应该是左高右低.同样的原因，小球也具有惯性，它们随支架向右加速的时候，需要有向右的作用效
6、果来产生这个加速度.显然，绳子拉力就具有这样的效果.所以图能够正确反映小球与瓶子之间的位置关系. 事实果真如此吗？不是. 为此我们来看一个对比事例：如图2所示，把一个装满水（密度为）的玻璃管水平放置.玻璃管以加速度a沿着水平方向向右运动时，管子中的水一定会以相同的加速度运动，我们将其中的一部分长度为L，横截面积为S的水作为研究对象（图中的阴影部分）.这部分水将在左右两侧水的共同作用下，以加速度a向右运动，依据牛顿第二定律 F1-F2=ma（1） 式中的m为被研究部分水的质量，显然有 m=LS（2） 所以 F1-F2=SLa（3） 如果我们用密度为的材料按照同等的体积和形状大小将图中的阴影部分置
7、换出来，此时在管子向右加速的过程中，左右两侧的水的作用效果并没有改变，它们仍然等于F1-F2，但是物体的质量却发生了变化，变成了m，那么 F1-F2=SLa=ma（4） 因为 m=SL（5） 所以 a=a（6） 讨论：由（6）式可得，如果物体的密度大于水的密度，那么它的加速度a就一定小于水的加速度a，物体会相对于管子向后运动；反之密度小于水的密度，物体的加速度a就一定大于水的加速度a，物体会相对于管子向前运动. 综合得：如果水管子中放的是铁块，它将相对于管子向 左运动；如果水管子中放的是木块（或者是密度更小的气泡），它将相对于管子向右运动.所以图1中，能够正确反映小球与瓶子位置关系的应该是图.
8、 实验验证：如图3所示，找一个矿泉水瓶子装满自来水，把一块小木块（没有木块时，可留下少量空气来代替木块）放进瓶中，盖上瓶盖.用手控制瓶子向右水平运动，我们会看见木块（气泡）相对于瓶子先向右后向左运动，而我们知道瓶子的加速度实际上是先向右后向左的，实验结果果然与我们的推理一致，打开瓶盖把木块换成铁钉，重复前面的实验我们就能够完全证明前面的推理了. 如果没有我们对周边事物的主观认识和感知，肯定不会引发我们对物理现象的思考，更不可能有我们对物理规律的探索.但是也正是这些原始的感知，是我们认识客观世界的最大障碍，要学好物理学，一定少不了归纳与总结，但更需要分析与思考.主观现象与客观事实之间往往隔着一层窗户纸，只要捅破这层纸物理学习就会变得容易.第 5 页 共 5 页
