談類比法在電場相關(guān)概念教學(xué)中的應(yīng)用

　　摘要：在電場相關(guān)概念教學(xué)中運用類比的方法，可以使抽象、難懂的知識內(nèi)容，變得不再陌生、抽象，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心及興致，促進(jìn)學(xué)生對新知識的消化、吸收。
　　關(guān)鍵詞：類比法；電場；教學(xué)
　　
　　在學(xué)習(xí)職業(yè)中專《物理》下冊第一章電場時，學(xué)生對電場、電場強(qiáng)度、電勢差、電勢等基本概念感到既抽象又難懂。這是因為，一是職業(yè)學(xué)校的學(xué)生基礎(chǔ)素質(zhì)較差，二是課本內(nèi)容的系統(tǒng)性、邏輯性較強(qiáng)，如果照搬課本講述，內(nèi)容較復(fù)雜、抽象、理論性太強(qiáng)，不利于學(xué)生的理解和掌握。而在教學(xué)中，運用類比的方法，可把相似的、相關(guān)的或看起來“毫不相關(guān)”的事物聯(lián)系起來，使抽象、難懂的知識內(nèi)容，變得不再陌生、抽象，從而在學(xué)生的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，獲得新知識的影子。接下來再將熟知的內(nèi)容與新知識聯(lián)系起來講解，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)的信心及興致，又能促進(jìn)新知識的消化、吸收，收到較好的教學(xué)效果。
　　一、電場與馬拉車的纜繩相比較，通俗地理解電場概念
　　力是物體與物體之間的作用，發(fā)生作用的兩個物體通常是直接接觸的。如手推講桌，手對講桌施加一個作用力，且手與講桌直接接觸。兩個電荷之間也存在著相互作用力，即同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，且電荷之間不需直接接觸。那么它們之間是通過什么發(fā)生作用的呢？原來，它們之間需要借助一種媒介物來發(fā)生，這一點就同農(nóng)村中的馬拉車一個樣。馬拉車時馬對車施加了作用力，馬與車之間并沒有直接相觸，馬拉車的作用力是通過套在馬上的纜繩施加給車的。同樣的道理，在電荷的周圍存在著一種特殊的物質(zhì)叫做電場，電荷與電荷之間的作用力就是借助電場發(fā)生的。這樣將電場由纜繩類比，使看不見、摸不著的抽象的電場變得具體、鮮活起來，加深了學(xué)生對電場概念的理解。
　　二、與描述勻速直線運動的速度類比來理解電場強(qiáng)度
　　電場強(qiáng)度是描述電場中各點力的性質(zhì)的物理量，是本章的一個重點，又是一個難點。在講解這個概念時，首先復(fù)習(xí)勻速直線運動的速度。速度是用來描述物體運動快慢的物理量。做勻速直線運動的不同物體在相同時間內(nèi)，物體通過的位移大，則運動快，否則通過的位移小，則運動慢。而對同一物體做勻速直線運動時，通過位移與通過這段位移所用時間的比值不變，即速度不變，可見比值大小能反映物體做勻速直線運動的快慢。而電場強(qiáng)度與此相似，不同的電場或同一電場的不同地方，電荷受到的電場力大小不同，在電場中的某個地方，同一電荷受到的電場力大，則此處電場強(qiáng)，否則那里電場就弱。由于電荷有正負(fù)之分，且電荷在電場中所受電場力的大小還與電荷所帶的電荷量有關(guān)，故我們首先假設(shè)有一個帶有很小正電荷量的電荷q作為檢驗電荷，將其先后放在Q點電荷所形成的電場中的A點或B點，檢驗電荷q在A、B兩點所受的電場力FA、FB的大小和方向都不相同，由前邊所學(xué)電場的庫侖定律知識可知，A點與Q距離近，B點與Q距離遠(yuǎn)，則A點場強(qiáng)大于B點場強(qiáng)，因而q在A、B兩點受力FA大于FB，將放在A、B兩點的檢驗電荷的電荷量增大到2q時，實驗發(fā)現(xiàn)它在A、B兩點的電場力分別為2FA和2FB，當(dāng)電荷量增大到3q時，A、B兩點的電場力就變?yōu)?FA、3FB。大量實驗發(fā)現(xiàn)，不論電荷量如何變化對電場中同一位置，電荷所受電場力與電荷量的比值不變，即對A點：FA/q=2FA/2q=3FA/3q，B點：FB/q=2FB/2q=3FB/3q，并且電場中不同位置比值不同。由于FA>FB則FA/q>FB/q，則比值的大小與電荷量無關(guān)，只取決于電場本身，反映了電場的性質(zhì)，因此這個比值可以表示電場強(qiáng)弱，比值大電場強(qiáng)，比值小電場弱，這個比值就叫做電場強(qiáng)度.理解電場強(qiáng)度就為以后學(xué)習(xí)帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)、靜電屏蔽等知識打下理論基礎(chǔ)。
　　三、電勢能、電勢差、電勢與重力勢能、高度差、高度類比
　　眾所周知，在地球附近的物體時刻都受重力作用，這一點同電荷在電場中要受到電場力作用相似。此時我們可認(rèn)為物體處在地球的重力場中，由于物體在重力場中具有與其位置相關(guān)的重力勢能，當(dāng)物體從高處下落到低處時，重力做正功，重力勢能減少，當(dāng)物體由低處上升到高處時，重力做負(fù)功，重力勢能增加。相應(yīng)的由電場的基本性質(zhì)：電荷在電場中要受到電場力，因而也具有與其位置有關(guān)的勢能，這種勢能叫做電勢能。當(dāng)電場力對電荷做正功，電荷的電勢能減少，若電場力對電荷做負(fù)功，則電勢能增加。這樣由重力勢能做類比，學(xué)生也較易理解電勢能這個概念了。
　　當(dāng)物體在重力場中位置發(fā)生變化從高H2到達(dá)低處H1時，則重力做的功等于重力勢能的變化量。這個比值可表明重力做功不僅與物質(zhì)的Mg有關(guān)還與這兩個位置有關(guān)，而這個比值就是這兩個位置的高度差。同樣道理，電荷在電場中兩點間移動時，電場力做的功與電荷量有關(guān)，還與這兩點的位置有關(guān)。對于確定的兩點，則電場力做的功與電荷量的比值是不變的。對于不同的兩點則比值不同。顯然這個比值就揭示了電場力對電荷做功與這兩點的位置有關(guān)，而這兩點位置是電場本身決定的。這個比值就叫做電勢差。電勢差就是用來表示電場性質(zhì)的物理量，而它就是初中所學(xué)過的電壓。認(rèn)識到這些，對于第二章學(xué)習(xí)電流的形成的條件，閉合電路歐姆定律等知識內(nèi)容奠定了基礎(chǔ)。
　　對于電勢的學(xué)習(xí)，當(dāng)時所教幾個班都在樓上，在學(xué)習(xí)電勢差概念后，趁熱打鐵及時學(xué)習(xí)與其密切相關(guān)的電勢概念，為降低學(xué)習(xí)的難度，首先做了類比，讓學(xué)生看教室里的電扇高度大約是多少米，假設(shè)為2.5m高，那么這個高度是如何確定出來的？有些學(xué)生說從我們腳底下的地面算起的。我告訴學(xué)生：此時，是以我們腳底下的樓面作為高度的零點的。要知道，現(xiàn)在我們處在三樓，若每層樓高度為3m，則腳底下的地面為多高？有的學(xué)生很快算出來6m高。那么電扇多高呢？回答8.5m米高。隨后強(qiáng)調(diào)此時這個高度是以一樓為地面作為高度的零點確定出來的。而電扇與三樓地面的高度差為8.5m-6m=2.5m，此時2.5m的高度差就是剛才學(xué)生回答的以三樓為地面作為高度的零點時電扇的高度。同樣道理，電場中兩點的電勢差，若以其中一點作為基準(zhǔn)位置（即選取基準(zhǔn)位置的電勢為零），則這兩點之間的電勢差即為另一點的電勢。這樣用上邊的高度做類比，學(xué)生很快地理解了電勢這個概念，由高度及高度差的關(guān)系，更明確了電勢差與電勢的聯(lián)系。
　　四、小結(jié)
　　由上述可知，通過這幾個概念的學(xué)習(xí)，不但鞏固了原有的知識內(nèi)容，建構(gòu)了完整的新的知識體系，而且促進(jìn)了對新知識的理解及其它相關(guān)知識的掌握。同時讓學(xué)生學(xué)會了分析解決復(fù)雜、抽象問題的方法。由此看來，通過類比的方法借助簡約化的語言，很容易揭示概念的內(nèi)涵，通過這種模式既突出了教學(xué)的重點，又化解了教學(xué)的難點，形成了合理的教學(xué)結(jié)構(gòu)，使學(xué)生在輕松熟知的情景中學(xué)習(xí)了新知識，提高了抽象思維能力，為今后的學(xué)習(xí)及工作能力的提高打下一個良好的基礎(chǔ)。