物理教育大师教我们看到现象的连续性(你老师教过吗?)

百科   2025-01-17 09:39   广东  

在简单、机械的头脑看来,世界上充满截然不同的事物。

善于思考的头脑,却能看出,许多表面上截然不同的事物,实质是一样的,这一个可以经过连续的过程,丝滑地变成那一个。

在牛顿之前,世人看不出月亮与苹果有什么关系。它们截然不同。

牛顿却能这样思考:苹果有重量;把苹果拿到珠穆朗玛峰顶上,还有重量;把苹果拿到比珠穆朗玛峰还要高的地方,应该也还有重量;……把苹果拿到月亮那么远的地方,应该也还有重量吧(虽然重量可能会随着高度而变小),那么,月亮应该也有重量吧。

世人一直认为,鱼,乌龟,鸟,牛羊,人,是截然不同的动物。直到200多年前,一些最优秀的头脑开始认识到,这些表面上截然不同的物种,是在一个连续的演化过程中,陆续形成的,每一种都可以通过一条不间断的连线,与另外一种连起来。

我在这个系列以前的一篇文章中介绍过,《面向爱探究的头脑的物理学》在带我们认识电路时,引导我们看到,电路中的白炽灯,与发热的导线是一回事,白炽灯丝只不过是特别细、发热特别厉害的一小段导线而已。

但是,在一般人看来,白炽灯与导线,是截然不同的两样东西。

初中的学生开始学习物理。在一些学生看来,物理课中、题目中出现的这个东西和那个东西,截然不同,需要分别去记。但另一些学生则能看出来,许多表面似乎截然不同的问题,其实是一样的,这一个只不过是那一个的“伪装”。

这种思维能力,这种眼力,除了靠天分,还可以靠后天培养,即:从优秀的老师或物理书中学习。

《面向爱探究的头脑的物理学》中,到处都是这种引导的例子。今天再介绍一个,有心的读者一定会受到许多启示。

这是介绍毛细现象。作者是用下面的步骤讲解:

第一步:把一支很细的玻璃管,插在装有墨水的槽中。玻璃管内的墨水不顾重力,向上爬到很高的地方才停下。

这时候,玻璃管内的墨水,与槽中的墨水,不一样高。

第二步:可是,我们分明知道,U形管两边的水面会一样高,即使两臂粗细不同(连通器的例子)。
第三步:(本书是在介绍液体表面张力的过程中,作为推想,引入毛细现象)作者叫我们想到,玻璃管越细,液体表面张力的作用越大,所以,把图6-14中的那支细臂,换成更细的玻璃管,看看如何。
发现,两边的液面这回不一样高了,细臂中的液面比另一边的高。
第四步:一般会认为,图15与图13不一样。然而,作者告诉我们:你们已经见过图15了,它就是图13,只不过“伪装”了一下。
图15怎么能是图13呢?怎么看出来?
分析分为4步。第1步,粗管那边,高出液面的部分,显然没用,可以剪掉(不用实际去剪,而是运用想象去剪)。
第2步:粗管不一定非得在右边,在左边也是一样,而且,不是非得只有一支粗管,有两支也是一样。
第3步:粗管与细管,不一定非得分开很远,挨近也是一样。
第4步:虽然挨近,不是非得分开,挨在一起也是一样。这就是图13。
我不知道你以前有没有用这种方法思考过问题,或者,你的物理老师有没有教过这种方法?
在有些学生(更不用说物理学家们了)那里,这种方法就跟吃饭或走路一样,再平凡不过了,他们随时都在使用它。


科学的故事
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