類比法在高中物理學習中的應用

◇ 山東 李 剛

在高中物理教學中,可以引導學生通過類比將新舊知識聯系起來,從而使他們更好地理解新知識并提高邏輯推理能力．在教授物理概念和定律時,教師可以通過類比在新舊內容之間架起橋梁,實現知識間的順利過渡．

1 概念類比

在高中物理教學中,類比通常用于介紹物理概念和理解物理意義．例如,在電場和磁場的學習中,教師可以將其與重力場進行比較,找出它們之間的相同點和相似點,并以此為根據把其中某一類對象的有關知識和結論,推移到另一個或另一類對象上．

1.1 萬有引力和靜電力

學習靜電力的性質時,我們知道自然界中任何兩個物體都相互吸引,吸引力的方向在它們的連線上,該力大小與兩個物體的質量之積成正比,與距離的平方成反比．電荷之間的力是否具有類似于萬有引力的形式呢? 之后,展示庫侖定律的具體內容,加深學生對知識的理解和記憶．

在重力場中,靠近地球表面的物體受到的重力就是G＝mg．在均勻電場中,電場對放置在其中的電荷有力的作用,可表示為F＝qE．二者相互類比可以加深學生對概念的理解和記憶．

1.2 電場和磁場

磁場的性質相對抽象,學生很難理解,然而磁場和電場具有許多相似的特性．在電場中,相同類型的電荷彼此排斥,不同類型的電荷彼此吸引．在磁場中,同名磁極彼此排斥,異名磁極彼此吸引．

1.3 速率和功率

學習功率時,教師可以利用學生熟知的運動學知識,通過“描述物體運動快慢的物理量”來引入新內容．通過類比提出概念,即“功率是描述做功快慢的物理量”．教師可以由此定義平均功率和瞬時功率,從而使學生更好地銜接新舊知識．

看一組類比:

水平面上一物體是靜止的,某時刻以一加速度開始做勻加速直線運動,一段時間后速度大小變為v1,立即換成相反方向的另一恒定加速度,再經過相同時間,物體恰好回到出發點,此時物體的速度大小為v2,則v1∶v2為( )．

A．1∶1 B．1∶2

C．1∶3 D．1∶4

光滑水平面上有一帶電滑塊,開始時滑塊靜止．若在滑塊所在空間加一水平勻強電場E1,持續一段時間后立刻換成與E1方向相反的勻強電場E2,當電場E2與電場E1持續時間相同時,滑塊恰好回到初始位置,且具有動能Ek,則( )．

A．l1＝l2

B．4l1＝l2

C．W1＝0.25Ek,W2＝0.75Ek

D．W1＝0.2Ek,W2＝0.8Ek

2 模型類比

在物理教學中,教師需要經常使用物理模型來幫助學生更生動地理解知識．例如,教師引入新知識時可以將圍繞原子核運動的電子的動力學模型與行星的動力學模型進行比較,將電流的微觀模型與水的流動進行比較,它們與生活有著緊密聯系,可以有效地幫助學生理解知識．

2.1 行星運動模型和電子軌道運動模型

在學習庫侖定律時,教師可以引導學生比較萬有引力和靜電力．萬有引力作用使行星繞著太陽旋轉,建立了行星運動模型．類似的,在核和電子的庫侖力作用下,電子在核周圍旋轉,建立了電子軌道核運動模型．教師可以引導學生思考,兩個力的大小和表達方式相似,其作用效果是否相似? 合理地使用模型類比將抽象問題具體化,使學生更好地理解和應用它們．

2.2 水流模型和電流的微觀模型

在探索影響電流大小的因素時,教師可以引導學生接觸自然水流方程Q＝Sv．水流與水的橫截面和水流的速度有關．類似的,電流微觀模型為I＝nqSv,其中電流的大小與電流通過的橫截面及電荷的定向運動速度有關．這樣與水流類比可以簡化學習理解過程,與現實聯系并培養學生舉一反三的能力．

總之,高中階段是培養學生創新性思維的重要時期,教師可以合理地使用類比來幫助學生建立知識體系,通過現象分析和比較,了解物理學的本質,提高推理能力和總結能力．