類比法在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用

中圖分類號(hào):G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào): 1673-1875(2008)09-067-01

一、用類比法說明物理公式適用范圍

物理知識(shí)中，學(xué)生最熟悉的公式就是速度公式v=s/t（或v=△s/△t），同時(shí)也知道平均速度公式v＝s/t( 或v=△s/△t )，把它們合起來看：v=s/t(v=△s/△t)這條公式既可以求運(yùn)動(dòng)物體的勻速度，也可以求平均速度。只是說法有“勻速運(yùn)動(dòng)物體的速度”與“變速度運(yùn)動(dòng)物體在某段時(shí)間（或位移）內(nèi)的平均速度”之區(qū)別而已。

在物理公式中有很多是與v=s/t（或v=△s/△t）相似的。若我們把這些公式與v=s/t類比，就容易理解，掌握它們的適用范圍。如公式p＝w／t與v=s/t類比就可以知道：p＝w／t公式既可以成物體（機(jī)器）均勻做功時(shí)的恒定功率，也可以求物體（機(jī)器）在非均勻做功時(shí)的平均功率.物理意義上也加以類比，恒定功率說成“均勻做功物體的功率”，平均功率說成“非均勻做功物體在某段時(shí)間（或位移）內(nèi)的平均功率”。通過類比還可以知道，公式Ｆ＝（mVt-mVo）/t，既可以求物體所受恒力大小，也可以求物體變力作用時(shí)的平均力。公式ε=△Φ/△t用以求磁通量非均勻變化的平均電動(dòng)勢(shì)，公式I=Q/t求平均電流，用a=(Vt-Vo)/t示非勻加速運(yùn)動(dòng)的平均加速度，等等，用類比法去認(rèn)識(shí)公式適用范圍，避免了生硬地說明公式怎樣用法，也避免了一些繁雜的理論證明。

二、用類比法去理解抽象物理量的物理意義

中學(xué)課本中法拉第電磁感應(yīng)定律ε=△Φ/△t 所表示的物理意義，學(xué)生是很難全面回答出來，因沒有形，在實(shí)驗(yàn)中又難于觀測(cè)出來。若用類比法，與v=△s/△t 進(jìn)行類比，ε=△Φ/△t 的物理意義就很容易理解了，在此列出幾點(diǎn)：

1.速度是狀態(tài)量，即描述運(yùn)動(dòng)物體在某時(shí)刻（位置）所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量，與之類比。電動(dòng)勢(shì)也是一個(gè)狀態(tài)量，表示電磁感應(yīng)中某一時(shí)刻把其他形式的能轉(zhuǎn)變成電能的本領(lǐng)。

2.位置均勻變化時(shí)，△S （或S）是時(shí)間t的一次函數(shù)時(shí)，V是恒量，即物體是勻速運(yùn)動(dòng)。與之類比，若回路中磁通量是均勻變化時(shí)，即△Φ（或Φ）是時(shí)間t 的一次函數(shù)時(shí)，Φ為恒量，即產(chǎn)生了穩(wěn)恒的電動(dòng)勢(shì)。

3.位置非均勻變化時(shí)，速度是變化的，用v=△s/△t 求出的是平均速度。與之類比，回路的磁通量非均勻變化時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是變化的，用ε=△Φ/△t 求出的電動(dòng)勢(shì)是平均電動(dòng)勢(shì)。

4.在變速運(yùn)動(dòng)中，V= lim△s/△t表示物體在某時(shí)刻（位置）的即時(shí)速度，與之類比，在回路的磁通量發(fā)生非均勻變化時(shí)，ε=lim△Φ/△t表示回路中某時(shí)刻的即時(shí)電動(dòng)勢(shì)（瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)）。

通過上面類比法的例子，把本來課本沒有提到的平均電動(dòng)勢(shì)、瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)很自然地引導(dǎo)出來，對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)兩者概念，無疑是一條捷徑。

三、利用類比法把抽象的問題直觀化

問題：MM、NN為兩根光滑的金屬導(dǎo)軌（足夠長(zhǎng)），兩根導(dǎo)軌間有垂直向里的磁場(chǎng)，ab質(zhì)量為m1，cd 質(zhì)量為m2 放在導(dǎo)軌上的兩根金屬棒，開始時(shí)，金屬棒ab 初速度V1速度向左運(yùn)動(dòng)，cd以初速度V2的速度向右運(yùn)動(dòng)，V2>V1，這兩根金屬棒最后運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是怎樣的？

從題目分析，絕大部分學(xué)生不知道根據(jù)什么定律公式去求解。因?yàn)轭}目是為提高學(xué)生解題能力而設(shè)置的，所述現(xiàn)象很難涉及到實(shí)際應(yīng)用；而且，題目雖然表達(dá)比較“直觀”，但它們的運(yùn)動(dòng)過程是比較“抽象”的。如若經(jīng)過簡(jiǎn)單分析后，再用類比法，就不難解出結(jié)果了。我們以磁場(chǎng)方向垂直板面向里，兩個(gè)導(dǎo)軌位置分別在上下兩端，兩根導(dǎo)體在豎直方向分為左右兩側(cè)，簡(jiǎn)述這個(gè)解題過程：

1．學(xué)生根據(jù)ab、cd的初運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，得出回路產(chǎn)生感應(yīng)電流方向a→c→d→b→a；

2．學(xué)生還可以根據(jù)ab、cd棒的電流方向判斷出它們的受力方向，向右和向左，并F1＝-F2；

3．再深入地分析，若ab、cd棒與ＭＭ｀、ＮＮ｀轉(zhuǎn)成的面積不增不減時(shí)，回路中沒有電流，棒不再受力作用，ab、cd棒一定是以共同速度運(yùn)動(dòng)。

上述三個(gè)問題對(duì)學(xué)生來說不是難點(diǎn)，難的是運(yùn)動(dòng)以后的狀態(tài)，若我們把這個(gè)問題與碰撞加以類比，學(xué)生就能理解到：

1.兩棒所受的力是大小相等，方向相反，同時(shí)出現(xiàn)，同時(shí)消失作用在不同物體上的作用力與反作用力可類比為碰撞時(shí)兩個(gè)物體所受的作用與與反作用力，兩棒的運(yùn)動(dòng)過程可類比為碰撞過程。

2.由于電路中的電流產(chǎn)生熱效應(yīng)，把系統(tǒng)中的功能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，并最后以共同速度運(yùn)動(dòng)，與碰撞類比，它們是“完全彈性碰撞”。

3.題中把a(bǔ)b、cd棒看成一個(gè)系統(tǒng)，除重力、支持力平衡外，再?zèng)]有受其他外力，與碰撞類比，這個(gè)系統(tǒng)動(dòng)量守恒。

通過兩棒運(yùn)動(dòng)過程的一些特征與碰撞類比，就可以把兩棒的運(yùn)動(dòng)過程，看成是“完全非彈性碰撞”，可用運(yùn)動(dòng)量守恒定律解決這個(gè)問題。解法如下：取向右方向?yàn)檎较?，列出?dòng)量守恒方程：-m1v1+m2v2=(m1+m2)v，得:v=(m2v2-m1v1)/(m1+m2)。討論(1)若m1=m2時(shí)，即m1v1m2v2時(shí)，v方向向左。

上面相互作用的問題實(shí)際上是一種抽象的碰撞問題，只要我們考慮與實(shí)際碰撞去類比，就會(huì)將抽象的碰撞變成直觀的碰撞了。

總之，類比法為學(xué)生認(rèn)識(shí)和掌握新體制概念、新規(guī)律，把抽象的問題直觀化提供了一條捷徑，類比法應(yīng)用在物理教學(xué)中無疑是一種行之有效的教學(xué)方法。