高中物理学习过程中体会到的对称美

梁明朗

【摘要】  对称是一个很深刻的问题，他的应用范围已经远远超出了只是在空间图形上讨论的那些狭窄的领域，在笔者的学习过程中逐渐体会到，对称的这种思想它已经深入到了物理定律的研究，以及物理学定律的一些美的体悟，如果能在学习的过程中建立有关对称的一般概念，并把这种感受应用到对物理实际问题的分析中，一定能促进物理学习和解决有关中学物理中的一些问题。

【关键词】  对称性 物理定律 美

【中图分类号】  G633.7             【文献标识码】  A     【文章编号】  1992-7711（2019）01-270-01

在我初中前的很长一段时间里，我的内心是迷茫的，我不知道自己想要从学习中得到什么？如果仅仅为了考试中的那些分數，那么在考试之后最终内心之中总会泛起一些空荡荡的感觉。自从进入高中之后，随着自己对一些事物的认识逐渐加深，才慢慢改变了我认为我对学习的最为深刻的认识。这一切都要从对物理学科中的那些美的体会说起！物理学研究的对象是自然界的运动变化规律，因而物理知识首先便体现出与之相对应的自然美，如力学中的天体运行规律、运载火箭的发射、翻滚的过山车、波的图像;热学中的晶体的多样化;光学中的光的色散、干涉和衍射图样、透镜成像;电学中的电磁感应等等无不体现了物理学的自然美，给人以美的享受。可以说物理本身的知识体系之中存在很多的美学因素，物理学反映的是科学的真，科学的真又表现着科学的美。我想在这里好好谈一谈，我在学习过程中从物理知识中吸取到的对称美！

第一：对称的初步认识

对称的概念来源与生活，最初人们从自身的形体结构，从对生活环境中的植物的花叶，动物形态等各种天然事物的观察中，认识到普遍存在着一种左右对称的关系。这是生活中关于对称的基本含义，指的是几何图形对于某个中心点左右两边的相对对称。我们家乡房子的构造就是对称的，左右的窗子，窗子上贴得剪纸等等，这种对称分布能体现着一种庄严，稳重的美感。在我的生活环境中从小就深刻的在我的认识中悄悄的烙下对称的这种思想。生活中关于对称的另一种含义是指匀称，这也意味着有良好的比例，或者说良好的平衡。很多的艺术品也更是刻意的追求着良好的比例和平衡给人一种谐和的美感。在物理的学习中我们认识了晶体内部结构，比如美丽的雪花就是六边形对称性最有名的样品。

第二：对称性与物理规律

在学习电磁学的时候，我们知道1820年丹麦物理学家奥斯特，在一次讲课快结束时，发现了通电导线附近的小磁针受力偏转，进而发现了电流的磁效应。长期以来，人们把电和磁，当成两个独立的研究对象进行处理，奥斯特的这一惊人发现使得法拉第从对称性出发产生了一连串的思考：这一现象的逆效用是否存在呢？既然通电导线可以产生磁场，那我们能不能用磁铁使导线中产生电流呢？在高中电磁学的学习中我们知道，在1831年11月24日，法拉第向英国皇家学会报告了整个电磁感应的实验情况，法拉第这一划时代的发现，找到了把机械能转化为电能的方法，开创了电气化时代，对整个人类社会产生了极其深远的影响。而这一切都跟对称性有很大的关系，当我在课文中学习了磁场变化产生电场，电场变化产生磁场，这一块的知识时。我由衷的为领略到物理定律中的对称美而感到自豪！

我们都知道电子带负电荷，学习带电粒子在磁场中的运动时，带电粒子向那个方向偏转便跟它带电荷种类有关。可是当我在扩展阅读时，学习到物理学家狄拉克发现自己的方程有两个解，一个解对应的是普通的带负电的电子，它的总能量是正的;另一个解对应的粒子的能量是负值，并且两种能量态的分布是完全对称的。所以狄拉克从对称性出发，大胆预言，一定还存在一种质量与电子完全相同，电量也相等但是却带正电荷的粒子，这种粒子被称为“正电子”。这个预言在1932年被科学家借助云室得到了证实。

第三：中学物理中两种典型的对称

在物理学中，对称性主要体现在物理现象的空间和时间性质的描述上，在学习的过程中我觉得有以下几种典型的对称值得欣赏。

1.镜像对称：例如我们在初中学习的平面镜成像，镜子前面的物体和镜子里面的虚像，就是一种镜像对称。我们就是利用这种对称性来给平面镜成像进行作图的。我觉得类似的还有高中学习动量时，假如一个光滑的小球斜射到坚硬的墙壁上，与墙壁发生弹性碰撞，那么这个小球好像是从在镜中的像直接射出去的，小球的反弹路径的反向延长线与入射路径对于墙面来说就是镜面对称的。而在学习电场中的知识时，我们也借用镜像对称的原理来处理点电荷和附近无限大导体之间的电场问题。

2.中心对称：相对于某个位置的一种对称性，比如单摆或者弹簧振子的运动，还有匀速圆周运动和杨氏双缝干涉实验的图像。

第四：对称性在我们学习物理中的应用

1.它能够指导我们学习和应用物理知识上最突出的功能就是启发直觉思维，许多问题，有时候不必去作论证，就可以借助对称性直接作出判断。

2.利用对称性思想巧妙解题，经常可以收到化难为易，化繁为简的奇效。尤其是一些力学中的平衡问题。

3.时间反演，我们知道拍电影的时候，让一个演员从高墙上跃下，倒着放映时，就会表现出这个演员有绝顶的轻功，好像他可以轻而易举地从地面上一跃而起，反身跳上高墙。所以我们在学习运动学时，可以把一个末速度为零做匀减速直线运动物体，看成是一初速度为零的匀加速直线运动。

总结

我认为应该在学习中体会到物理中美的愉悦功能，使学生好学，乐学，培养兴趣。在我们的物理课程中，蕴含着丰富的审美对象有待我们去深入挖掘。如果能在学习过程中发掘出物理知识的美，就会引起我们无限的遐思，体验愉悦的情感，将会十分有助于物理学习。从此出发我认为有必要探究物理之美。