類比法在引入復(fù)雜物理概念教學(xué)中的應(yīng)用

王梅

類比是利用兩個(gè)對象的某些相同或相似的性質(zhì)，推斷它們在其他性質(zhì)上也有可能相同或相似的一種推理形式.類比法在中學(xué)物理教學(xué)中應(yīng)用廣泛，特別是在引入新概念、新知識(shí)上應(yīng)用甚廣.下面舉例說明類比法在引入復(fù)雜物理概念教學(xué)中的應(yīng)用.

案例1：電容概念比較抽象，學(xué)生理解起來比較困難.在講解電容概念時(shí)，我采用類比法引入這個(gè)概念，使學(xué)生容易理解.比如，將電容器類比成水杯，水杯的容積類比于電容器的電容.水杯的容積反映水杯盛水本領(lǐng).因此，電容器的電容就反映電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量.一個(gè)固定的水杯做好了，不管這個(gè)水杯裝不裝水，這個(gè)水杯的容積是一定的.同樣，一個(gè)固定的電容器做好了，不管電容器帶不帶電，帶多少電，是不影響電容器的電容的.這樣類比，能幫助學(xué)生理解抽象的、陌生的物理概念.

案例2：電場力做功是中學(xué)物理教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn).在講解電場力做功時(shí)，我把它與重力做功進(jìn)行類比.它們的共同點(diǎn)都是與路徑無關(guān)，與初末位置有關(guān).電場力做功比重力做功更復(fù)雜一點(diǎn).初末位置相同，質(zhì)量也相同的甲乙兩物體，重力做功相同；而初末位置相同，電荷量也相同的甲乙兩個(gè)電荷，電場力做功不一定相同.因?yàn)樽匀唤绲碾姾捎袃煞N，電荷量相同的正負(fù)電荷，初末位置相同，它們的電場力做功剛好相反，一個(gè)做正功，一個(gè)做負(fù)功.這樣類比，能使學(xué)生理解電場力做功不僅僅取決于初末位置，而且與粒子的電性有關(guān).

案例3：磁感應(yīng)強(qiáng)度B是用來描述磁場強(qiáng)弱及方向的一個(gè)物理量，比較抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)這個(gè)概念時(shí)很困難.在講解這個(gè)概念時(shí)，我把磁感應(yīng)強(qiáng)度類比于電場中的電場強(qiáng)度.電場強(qiáng)度E的定義是電場中某一點(diǎn)檢驗(yàn)電荷所受的電場力與檢驗(yàn)電荷的電荷量的比值，那么我們可以把檢驗(yàn)電荷類比于這里所講的電流元IL（很短的通電直導(dǎo)線）.同樣，把檢驗(yàn)電荷在電場中所受的電場力類比于磁場中所受的作用力（安培力）.利用類比法，電場強(qiáng)度的比值法定義就是把電流元垂直放入磁場中所受的安培力與所對應(yīng)的電流元的比值.用這個(gè)比值法來反映磁場強(qiáng)弱，即把這個(gè)概念命名為磁感應(yīng)強(qiáng)度.空間任意一定點(diǎn)的電場強(qiáng)度僅僅取決于電場及該點(diǎn)位置，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)，不管該位置放正的檢驗(yàn)電荷，還是負(fù)的檢驗(yàn)電荷，還是將檢驗(yàn)電荷移走，都不影響該處的電場強(qiáng)度，即電場強(qiáng)度與檢驗(yàn)電荷無關(guān).同樣，用類比法可以得到空間任意一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度也與電流元無關(guān)，不管該位置放電流元，還是將電流元移走，不管這個(gè)電流元垂直放入該位置還是與磁場成一定的角度放置，都不影響該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，即磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流元無關(guān).這樣，可以把抽象的、難以理解的概念講解清楚.

案例4：在初接觸點(diǎn)電荷概念時(shí)，學(xué)生感到困惑，于是我引導(dǎo)學(xué)生類比學(xué)過的質(zhì)點(diǎn)概念.質(zhì)點(diǎn)定義：用來代替物體有質(zhì)量的點(diǎn)；條件：物體的形狀和大小對所研究的物理過程起次要作用或不起作用時(shí)，就可以看成質(zhì)點(diǎn).這樣，學(xué)生輕松地類比起來.當(dāng)帶電體本身的大小和形狀對所研究的問題起次要作用或不起作用時(shí)，就可以將帶電體視為點(diǎn)電荷.然后我提出問題：質(zhì)點(diǎn)實(shí)際是否存在，質(zhì)點(diǎn)一定是質(zhì)量小、體積小的物體嗎？學(xué)生回答：質(zhì)點(diǎn)是理想化模型，是科學(xué)的抽象，實(shí)際不存在，它不一定是質(zhì)量小、體積小的物體.我追問：那么，點(diǎn)電荷呢？學(xué)生很快得出結(jié)論：點(diǎn)電荷也是理想化模型，是科學(xué)的抽象，實(shí)際不存在，它不一定是體積小、質(zhì)量小的帶電體……這樣類比，學(xué)生更容易掌握新的概念.

案例5：磁感線概念的引入借助于類比法講解效果明顯.我先讓學(xué)生回顧電場線的特點(diǎn)：（1）電場線是假想的，是為形象直觀地描述電場強(qiáng)弱及方向而引入的，實(shí)際不存在.（2）電場線從正電荷出發(fā)，終止于負(fù)電荷或無窮遠(yuǎn)，或由無窮遠(yuǎn)處終止于負(fù)電荷，電場線不閉合.（3）兩條電場線不相交.（4）電場線的密疏表示強(qiáng)弱，越密集處電場強(qiáng)度越大，越稀疏處電場強(qiáng)度越小.（5）電場線上任意一點(diǎn)切線方向表示該點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向……然后引導(dǎo)學(xué)生把磁感線類比成電場線，歸納總結(jié)得到磁感線對應(yīng)的規(guī)律：（1）磁感線是假想的，是為形象直觀地描述電場強(qiáng)弱及方向而引入的，實(shí)際不存在.（2）磁感線是閉合的曲線.以條形磁鐵為例，在條形磁鐵的外部，磁感線是由N指向S，而內(nèi)部是由S指向N.（3）兩條磁感線不相交.（4）磁感線的密疏表示強(qiáng)弱，越密集處磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，越稀疏處磁感應(yīng)強(qiáng)度越小.（5）磁感線上任意一點(diǎn)切線方向表示該點(diǎn)的磁場方向（磁感應(yīng)強(qiáng)度方向）……

總之，類比法在引入復(fù)雜物理概念教學(xué)中的應(yīng)用，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的效率.