你恐怕没见过,教人思考的物理书是什么样?

科学的故事 2024-12-09 16:27:27

一般的物理书怎样开始静电学?

通常都是从古希腊人的一个发现开始:摩擦过的琥珀,可以吸引轻小物体。

接着会指出一共存在两种电荷,电荷之间存在力的作用,同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。这种力称为静电力。

有的老师这时还会向学生总结出三种情况:

1. 同种电荷互相排斥

2. 异种电荷互相吸引

3. 带电物体(无论带哪一种电荷)可以吸引不带电的轻小物体

大家学到这里时,有没有产生一个疑问呢?

前两种情况中的力,属于静电力,第三种情况中的力,属于什么力呢?

有些物理书会对第三种情况中的力进行解释,有些书则对此保持高贵的沉默。

对第三种情况中的力进行解释的书,有些解释得平淡,有些解释得精彩。

我读到的最精彩的解释,来自物理学教育的经典著作《面向爱探究的头脑的物理学》。

这个解释出场时间很晚。它是在讲完下面许多内容之后,才出场的:

摩擦起电,导体与绝缘体,正负电荷,起电盘,验电器,感应起电,空心导体,高电压静电发电机,电荷守恒,库仑定律,静电场,各种情况下的电场分布,电流与电荷的关系。

它这时候才出场,是因为,直到这时候,我们才具备足够的知识,去理解最早的那个带电体吸引轻小物体的现象。

重要的是,作者没有忘了,那个现象需要解释。

对那个现象的解释,一共用了两段(下图)。本文只介绍第一段(图中用红线圈出)。

我挑这一段的原因是,这一段向我们展示了,物理教育大师是怎样教我们思考,而不是仅仅教我们静止的事实。这一段首先说,古希腊人的电学实验,即摩擦过的琥珀能够把轻木屑吸起来,不是像人以为的那样容易解释。接着提出问题:带电体为什么会吸引不带电的物体呢?因为它在后者身上感应出电荷。(老贾:假设带电体带正电,当它靠近不带电的轻小物体时

由于静电感应,轻小物体靠近带电体的一端带上负电,另一端带上正电。带负电的一端与带电体互相吸引,另一端与带电体互相排斥。由于电荷守恒,两端的电量相同,而由于带负电的一端离带电体较近,所以吸引力大于排斥力,从而带电体与轻小物体之间的总的力,呈现为吸引力。所以,它们之间的吸引力,仍然属于静电力)假如给出这个解释就结束(已经完满完成解释的任务了),那这书也称不上精彩了。

精彩在于,根据这个解释,它立即展开推理:如果带电体对不带电物体的吸引,是由于感应电荷,那么(原文中then),轻小物体应该是导体(比如金属)材料,因为金属中的感应电荷更容易分开。注意这是推理出来的结果。要知道,为了演示摩擦起电,我们通常是用丝绸摩擦过的玻璃棒,或用头发摩擦过的塑料笔,去吸引纸屑或小木屑,很少人(想到)去吸引金属屑。

因为我们没有进行过这个推理。那么,推理的结果与事实符合吗?作者说:事实果然如此,带电棒很容易吸起轻的(因为吸引力要与重力竞争)金属小片,比如铝箔。推理结果与事实的符合,表明了什么呢?它表明,感应电荷提供的解释是正确的。(至少是为它的正确性增加了证据)但是且慢!假如那个解释是正确的,那带电棒应该很难吸起优良的绝缘体,为什么容易把木屑或纸屑吸起来呢?

这是因为,木屑和纸屑中总是含有一定的水份,因而具有一定导电能力。到这里还没完。作者继续进行另一个推理:被感应物体中,远离带电棒的那一端,与带电棒互相排斥,这样就使带电棒与被感应物体之间的吸引效果减弱了。如果把轻小物体所在的桌子接地,当带电棒(假设带正电)靠近它时,感应出的正电荷会跑到地球上,轻小物体上只有负电荷,带电棒对它的吸引力会更大!

而事实果然如此!这就是伟大的E.Rogers在那一小段中向我们讲的东西。刺不刺激?你看,他不是只教给我们静止的事实(或理论,或解释),而是根据解释,立即展开推理,推理出几种有趣的结果,然后与实际情况进行比较。这就是科学思维的精髓所在!Rogers在教我们怎样思考!我们面前是一个活跃着的,一直在进行推理与验证的大脑。后一段是告诉我们,即使是完美的绝缘体,也能被带电棒吸引,只不过吸引力很弱。这一段也很精彩(深远而宏大),不过它的精彩是在另一方面,就不介绍了。

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评论列表

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5
2025-01-22 10:31

❌质能方程是一个鬼把戏!!!———能量的具体内涵是动能和势能,是物理公理规定的物理概念。物质质量是其不变的内在本质,能量(动能和势能)都是物质相互作用和相对运动变化的度量(质量不变),是变化现象。能量不是物质的本质,咋能与孤立质量等效???场无质量居然有能量?………数学(包括逻辑)都是基于物理公理的演绎,超越物理公理的数学能量理解当然是虚幻(1+1=2是自然哲学/物理公理,牛顿定义自然哲学公理作为数学原理)。………🍎🍎物质的本质是带电质量体,物质不灭,电荷守恒,电磁力与万有引力统一于物质的不变本质。能量,力,场,波等宇宙一切自然现象,都是物质/粒子相互作用相对运动的变化现象,变化现象当本质(不变现象)是思维错乱丧心病狂。号称物质是波/波是物质/物质是能量,都是搞骗。质能等效是脱离基本公理的数学虚幻,欺师灭祖&蔑视自然,祸害基本概念和认知方法。———有人知道悖论斯坦的狗屁能量内涵是啥吗???狗屎核弹方程是如何应用的???………有趣的是木星象太阳一样自发光,它们的大气也相似。木星是裂变发光还是聚变发光??木星大气中的氦和氢有没有可能是裂变反应释放的???

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4
2025-01-22 10:31

❌以太的小胆太小了!!!以太是波动学派的托辞遮羞布,悖论斯坦干脆厚脸皮直接骗,让波搞独立单干/和物质质量说拜拜,来个二象性指鹿为马,无源场也用上!再诠释诠释,高速低速搞区别对待,宏观微观弄成不同,质量尺寸时间都弄成可以变,能量搞成数学能量,,,还不行?绝对时空也不要了,相对运动搞成残废/让光绝对运动,相对时空更美妙可惜惯性系不同意。又不行了??什么能难住骗子呢?换个假说继续骗,搞广义的,把空间也搞弯,轨道电子不干就不管它了,,,用假说无中生有(🍎哈哈,我说有鬼谁能证无?)号称证明全称命题,脸厚怕啥?坚决把大胆假说革命进行彻底/1955/game over?

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2
2025-01-22 10:31

真理不证自明(不变现象)无法证明(全称命题/可证伪),悖论诠释百年号称证明(全称命题)。古希腊哲学对真理(科学知识)的理解——真理是不变的现象。水流现象千变万化是真实/不是真理。水往低处流现象不变,太阳东升西落现象不变,都是有用的真理/知识。物质不灭,能量守恒,电荷守恒,1+1=2,绝对时空,相对速度,……都是不变的现象/真理。居然有人号称人人不知的空间弯曲是真理,还胡编人人可知的时间是虚幻!!当然都是缺德笑话。几何学与微积分方法符合绝对时空/可微可积,弯曲不均匀空间可积分吗?面积与面积等效吗?科学/哲学追求确定性(知道)是生存的必须,鼓吹不确定是鬼迷心窍❌,科学是观测归纳不是假说证明不是解释稀奇。所有物质100%由带电质量体/粒子构成(不变现象,本质),电子质子结合成中子,正负光子结合成中微子。……不显电性的中子,中微子,穿透材料/等离子体/微观电磁结构的能力强大,中微子极其微小,必然是穿透物质材料的冠军——惯性运动天才。电子质子光子都带电,穿透力当然不行。——物体材料边缘亚原子尺度正负电场密集分布,带电光子电子受引力斥力作用,分裂成双缝干涉条纹,边缘衍射条纹,奇怪吗???

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