類比法在高中物理核心素養教學中的運用

摘? 要：當前新課程改革呼喚教師轉變教育教學的背景下，如何有效地推動基于核心素養的教學改革，就要保證課堂教學方式的有效性。要有有效的教學策略：有效的教學方式，物理觀念的滲透，物理科學方法的教學，解決實際問題能力的培養，自學能力的養成等。課堂是培養學生核心素養的主陣地，本文通過對靜電場與萬有引力場的概念、定義、定理、公式進行分析類比，進而總結出一些對高中物理靜電場教學的心得體會。

關鍵詞：核心素養教學;靜電場;萬有引力場;相似性;類比法

對進入高二的理科學生來說，功課突然變難、學業任務變多、壓力變大，采用高一的學習方法很難應付高二課程的學習，導致學習成績不夠理想，從而給學生們造成很大的心理落差，很容易使學生失去對學習理科的興趣和信心，所以高二是高中階段的一個重要分水嶺。尤其是學生對物理《靜電場》的學習，就暴露出很大的問題：由于《靜電場》中的概念、定義、定理、公式比較多，造成學生對其吃不準、理解不透、公式記不住，在實際運用時經常出現概念性的問題、甚至張冠李戴、錯誤百出。那么如何更好、更有效地學習《靜電場》呢？筆者根據學習從教心得，總結發現萬有引力場與靜電場有很多相似之處，若將萬有引力場的概念、定義、定理、公式等應用到靜電場的教學中，更便于學生對靜電場的學習掌握、理解和應用。

1.萬有引力場與靜電場中概念、定義的相似性

1.1質點與點電荷

在萬有引力場中，如果物體的大小、形狀對研究的問題所起的作用很小或沒有，或物體的尺寸大小遠小于物體間的距離，就可以忽略其體積，將它看作有質量的點，稱為質點;在靜電場中，如果帶點體本身的尺寸大小，比問題所涉及的距離小得多，就可以忽略其大小，將其看成帶有電量的點，稱為點電荷。點電荷與質點的概念很相似：都是忽略物體本身大小而看成一個點，但這個點具有物體的物體全部質量或電量，都是科學的抽象、理想化的物理模型。

1.2引力強度與電場強度

萬有引力場中引力強度等于該點處單位質量的物體所受的引力，即g=G/m。而電場中某處的電場強度等于該點處的單位試探電荷所受的電場力，即E=F/q;都屬于從物質的本質上進行定義的。

1.3 勢的定義

引力場中某點的引力勢在數值上等于把單位質量的物體從該點移到無窮遠處萬有引力所做的功，即V=W/m;電場中某點的電勢在數值上等于把單位正電荷從該點移到無窮遠處靜電力所作的功，即;兩定義中都是把無窮遠處作為勢的零點。

1.4勢能的定義

質點在引力場中的引力勢能，等于把該質點移到零引力勢能出萬有引力做的功;點電荷在電場中的電勢能等于把點電荷移到零電勢處靜電力所做的功。

2.萬有引力場與靜電場中定理、公式的相似性

2.1萬有引力與庫侖力

真空中點電荷之間的庫侖力與質點間的萬有引力，兩個公式非常對稱、極為相似，F大小與距離的平方成反比，與兩點電荷所帶電量或質點的質量的乘積成正比。宏觀中物體間的萬有引力定律與微觀中電荷間的庫侖定律竟然有如此的相似，充分體現到物質世界的和諧美、對稱美的自然法則。其實，整個靜電學都是借鑒和利用了萬有引力理論的已有成果而發展起來的。

2.2重力做功與電場力做功

重力做功：質量為m的物體在重力的作用下，從hA位置運動到hB位置時，重力做功WAB=mghAB，重力所做的功與物體的起始位置和終止位置有關，但與物體經過的路徑無關。同樣電場力做功：試探電荷q在電場力的作用下，從A運動到B，電場力做功WAB=qEdAB=qUAB，因此在電場中，靜電力所做的功與電荷的起始位置和終止位置有關，但與電荷經過的路徑無關，故兩力都為保守力。

2.3重力勢能與電勢能

在物體僅受重力時，重力對物體做正功，物體重力勢能減小，動能增加，相反重力對物體做負功，物體重力勢能增大，動能減小，即：WAB=EPA-EPB;同樣電荷僅受電場力時，電場力對電荷做正功，電荷的電勢能減小，動能增大，而電場力對電荷做負功，電荷的電勢能增大，動能減小，即：WAB=EPA-EPB;

2.4平拋運動與類平拋運動

在引力場中，如果物體的初速度V0與重力垂直，物體在水平方向上將做勻速直線運動，即：Vx=V0，y=V0t，在豎直方向上將做自由落體運動，即Vy=gt，y=1/2gt2，稱為平拋運動;而在電場中，如果電荷的初速度V0與電場力垂直，電荷在與電場力垂直的方向將做勻速直線運動，即：Vx=V0，x=V0t，在與電場力平行的方向將做勻加速直線運動，即：Vy=at，y=1/2at2，稱為類平拋運動;

3.結束語

通過以上對萬有引力場與靜電場的相關概念、定義、定理、公式進行分析比較，我們不難發現萬有引力場、靜電場之間有很多驚人的相似之處，因此我們在講授靜電場時，不妨借用同學們已經比較熟悉的萬有引力場的相關知識，進行相似類比法講授，譬如：在講授“點電荷”時，概念比較抽象就可以有意地引導學生回顧一下學習“質點”時，抓住事物的主要矛盾，將物體科學地抽象為一個有質量而體積不計的有質量的點;再者就是利用“平拋運動”與“類平拋運動”的相似性進行相關的計算等。這樣充分利用靜電場與萬有引力場的相似性進行類比教學，可以更好地幫助學生理解靜電場中的概念、定義、定理、公式等知識，從而達到事半功倍的效果。

參考文獻

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作者簡介：呂磊（1981年10月），男，河南，光學碩士研究生，中學中級物理教師，任教于廣東省珠海市實驗中學，兼物理教研組長。