類比——學好物理電磁學的捷徑

很多學生在學習高二電磁學部分時，感覺既抽象而概念又多，學生在高二階段成績出現兩極分化，不能不說電磁學部分是他們心中永遠的痛。如何學好電磁學，化抽象為具體呢?筆者在多年的物理教學中，證明較為有效的方法之一就是讓學生多采用類比方法。怎樣進行類比?根據筆者多年總結，可采用的類比方法如下:

1.物理模型的類比。用點電荷與質電模型對比，質點是物體全部質量集中于一點，質量只有正無負;點電荷是全部電荷集中于一點，而電荷電性卻有正、負之分。質點和點電荷都是為研究物體和帶電體問題方便，而忽略物體和帶電體本身形狀、大小而引入的理想化模型，然后對比它們哪種情況可視作質點、點電荷。磁感線與電場線類比，都是假想模型。磁感線閉合，而電場線不閉合，其切線方向為場強方向。電場基本性質是對于放入其中的正、負電荷有電場力的作用、重力場是對放入其中的物體(質量)有力的作用，而磁場是對非平行磁感線進入的運動電荷(通電導線中電流是由電荷的定向移動形成)有磁場力的作用。

2.物理公式的類比。庫化定律F=可以與高一萬有引力定律F=類比，它們都是平方反比定律。萬有引力定律揭示宇宙中任何兩個物體之間的引力;而庫化定律揭示真空中兩個點電荷間的吸引力或排斥力。對電場強度的定義式E=來說，如何讓學生理解清楚E與F、q無關。或者說，不能說成q一定，E與F成正比;F一定，E與q成反比，一般教師都會用電阻R=來加以說明，但學生在初中時沒有學過電阻定律R=，對電阻認識較膚淺，筆者就啟發學生利用學過的牛頓第二定律F=ma的變式m=來理解，很顯然物體的質量由其本身物質結構、材料決定，而不會是a一定，m與F成正比，F一定，m與a成反比;而同樣由比值定義的電勢差U=，正電荷從A到B電場力做正功，即U==，負電荷從A到B電場力方向相反做負功，即有U==，U仍然與W和q無關，而由電場本身性質決定，對任何電場的電勢差都適用。而點電荷的場強公式的決定式是E=，E卻由Q與r共同來決定。這樣兩個定律的適用條件也可以比較。

3.物理規律內容的類比。電荷守恒定律又可以類比能量守恒定律。在能量守恒定律中各種形式的能量可以相互轉化、轉移，而電荷守恒定律中正、負電荷只有轉移。這是絕對不能混淆的。

4.與高一章節內容之間的類比。電場是一種看不見、摸不著的客觀存在的物質，學生學習時感到很抽象。在教學時，筆者先比較通過接觸產生的彈力、摩擦力，而萬有引力、電場力是非接觸力。地球周圍空間存在重力場，則有電荷周圍空間自然存在著電場，根據牛頓第三定律可知庫侖定律中點電荷之間的力是屬于作用力與反作用力，彼此都處于對方所產生的電場之中，它們的作用不是通過接觸，而是通過電場這種物質發生作用;引入試探電荷，只研究試探電荷的電場力就如研究地面附近的物體的受力而不必時時研究地球受力一樣;電場力做功與重力做功類比，它們做功都與路徑無關，只有重力做功，重力勢能與動能相互轉化，機械能總量保持不變;而只有電場力做功，電勢能和動能的相互轉化中，電勢能和動能的總量保持不變，卻不叫做機械能守恒，因為它是能的另一種存在方式——電場能，就正如熱學中所有的分子勢能和分子動能總和為內能一樣。

物理問題離不開過程分析，中學物理教材中較復雜的過程分析一般是一至二個或二至三個過程。高考物理計算題也遵循這一規律。通過類比使學生對知識的掌握更加明晰，在一定時期內強調某種方法，效果不僅僅在該種方法了，教師看著自己所教的學生學科素養和能力一天天接近自己，甚至超過自己，不也是一種“青出于藍而勝于藍”的欣慰?◆(作者單位:江西省信豐縣第二中學)

□責任編輯:周瑜芽