談類比法在電場相關概念教學中的應用

摘要：在電場相關概念教學中運用類比的方法，可以使抽象、難懂的知識內容，變得不再陌生、抽象，從而激發學生的學習信心及興致，促進學生對新知識的消化、吸收。

關鍵詞：類比法；電場；教學

在學習職業中專《物理》下冊第一章電場時，學生對電場、電場強度、電勢差、電勢等基本概念感到既抽象又難懂。這是因為，一是職業學校的學生基礎素質較差，二是課本內容的系統性、邏輯性較強，如果照搬課本講述，內容較復雜、抽象、理論性太強，不利于學生的理解和掌握。而在教學中，運用類比的方法，可把相似的、相關的或看起來“毫不相關”的事物聯系起來，使抽象、難懂的知識內容，變得不再陌生、抽象，從而在學生的原有認知結構中，獲得新知識的影子。接下來再將熟知的內容與新知識聯系起來講解，既能激發學生的學習的信心及興致，又能促進新知識的消化、吸收，收到較好的教學效果。

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生作用的呢？原來，它們之間需要借助一種媒介物來發生，這一點就同農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叫做電場，電荷與電荷之間的作用力就是借助電場發生的。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度

電場強度是描述電場中各點力的性質的物理量，是本章的一個重點，又是一個難點。在講解這個概念時，首先復習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，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，否則那里電場就弱。由于電荷有正負之分，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，故我們首先假設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，則A點場強大于B點場強，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，實驗發現它在A、B兩點的電場力分別為2FA和2FB，當電荷量增大到3q時，A、B兩點的電場力就變為3FA、3FB。大量實驗發現，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，只取決于電場本身，反映了電場的性質，因此這個比值可以表示電場強弱，比值大電場強，比值小電場弱，這個比值就叫做電場強度.理解電場強度就為以后學習帶電粒子在電場中的偏轉、靜電屏蔽等知識打下理論基礎。

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的重力勢能，當物體從高處下落到低處時，重力做正功，重力勢能減少，當物體由低處上升到高處時，重力做負功，重力勢能增加。相應的由電場的基本性質：電荷在電場中要受到電場力，因而也具有與其位置有關的勢能，這種勢能叫做電勢能。當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功，則電勢能增加。這樣由重力勢能做類比，學生也較易理解電勢能這個概念了。

當物體在重力場中位置發生變化從高H2到達低處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的Mg有關還與這兩個位置有關，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，還與這兩點的位置有關。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，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的物理量，而它就是初中所學過的電壓。認識到這些，對于第二章學習電流的形成的條件，閉合電路歐姆定律等知識內容奠定了基礎。

對于電勢的學習，當時所教幾個班都在樓上，在學習電勢差概念后，趁熱打鐵及時學習與其密切相關的電勢概念，為降低學習的難度，首先做了類比，讓學生看教室里的電扇高度大約是多少米，假設為2.5m高，那么這個高度是如何確定出來的？有些學生說從我們腳底下的地面算起的。我告訴學生：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？有的學生很快算出來6m高。那么電扇多高呢？回答8.5m米高。隨后強調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位置（即選取基準位置的電勢為零），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，學生很快地理解了電勢這個概念，由高度及高度差的關系，更明確了電勢差與電勢的聯系。

四、小 結

由上述可知，通過這幾個概念的學習，不但鞏固了原有的知識內容，建構了完整的新的知識體系，而且促進了對新知識的理解及其它相關知識的掌握。同時讓學生學會了分析解決復雜、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涵，通過這種模式既突出了教學的重點，又化解了教學的難點，形成了合理的教學結構，使學生在輕松熟知的情景中學習了新知識，提高了抽象思維能力，為今后的學習及工作能力的提高打下一個良好的基礎。