巧用“類比法”輕松理解物理概念

摘 要：初中學生正處在形象思維逐步過渡到抽象思維的初級階段，其抽象思維的能力還不高，所以，快速而有效的運用類比法，在學習過程中會達到事半功倍的作用。

關鍵詞：物理概念； 類比； 相似性

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2013）01-029-001

物理概念是客觀事物的物理本質在人們頭腦中的反映，是物理事物的抽象。那么，如何快速而有效的理解這些抽象的物理概念，為我們學習物理掃除障礙呢，這里介紹一個不錯的學習方法——類比法，在物理學習過程中，經常會發現某些不同問題在一定范圍內具有形式上的相似性，其中包括數學表達式的相似性、物理模型的相似性等等。類比法就是在于發現和探索這一相似性，從而利用已知系統的物理規律去尋找未知系統的物理規律。下面通過幾個例子來體會一下如何用類比法理解物理概念。

在學習聲學時會遇到聲波這一名詞，學生對這些現象總是不甚理解。雖然在教材中用了一定的篇幅來描述，但是它的傳播總是無法被學生直接觀察到，所以學生總是似是而非。這時我們如果將聲波和水波去類比，水波卻是看得見、摸得著的，將振動的音叉在平靜的水面中央插入，會看到從該點開始，形成一圈又一圈的水波向四周圍傳播出去，如果遠處的水面上擺放一只小木塊，一會兒會看到小木塊也被引起的上下振動起來，這樣非常形象直觀的被學生能感覺到，加深了對聲音傳播的理解。而此時我們如果進一步觀察會發現在起伏不平的水面上的小木塊仍然是在原位置沒有水平方向移動，只在原位置上下振動。通過進一步的類比，便能理解到在聲波向前傳播中，傳播的只是能量，而不是聲波的傳播介質。這樣通過將抽象的聲波類比為具體水波，很好地鍛煉了我們學生的形象思維能力。

熱量的傳遞過程是看不見摸不著的過程，我們在教學中學生知道熱量總是從高溫物體向低溫物體傳遞或者是從物體的高溫部分向低溫部分傳遞，當兩者的溫度相等時就不發生熱傳遞，但是同學們在理解這一概念時還是覺得比較生硬和空洞，這時，我們可以水位和水流的關系來類比熱傳遞。大家都熟知：水總是從高處往低處流動。我們用管子連接的兩個容器類比兩個接觸的物體或物體的兩個部位，水位高的容器類比高溫物體，水位低的容器類比低溫物體，水總是從高處流向低處，類似的熱量從高溫物體向溫度低的物體傳遞；當兩個容器水位相同時，水就不再流了，類似的，當兩個物體溫度相同時，熱量就不再傳遞了，也就是兩個物體之間既不吸熱也不放熱了。大家也能很容易的從最終兩個容器的水位介于初始的兩個容器水位之間情形類似的理解兩個物體的最終溫度介于初始的高溫物體和低溫物體兩者溫度之間某個溫度了。

在我們通過實驗發現不同導體對電流的阻礙作用不同，即不同導體的電阻不同后，就會提出新的問題：導體的電阻與哪些因素有關？對于這一問題，如何引導學生進行合理的猜想呢？我在教學中用水在管道中流動時也會受到阻礙來類比。水在管道中流動時，水管越細，對水流的阻礙作用越大；水管越長，對水流的阻礙作用越大；水管的材料不同，內表面的粗糙程度不同，對水流的阻礙作用也不同。由此看來，水管對水流的阻礙作用的大小可能與水管的粗細、長短、材料有關。導體的電阻就是導體對電流的阻礙作用，會不會與水管對水流的阻礙作用相類似呢？

在我們理解電流時可以把它和水流類比，要得到持續的水流，就需要有水壓，還要有連接容器的水管，這樣，我們就容易理解要形成電流就要電壓還要有閉合的電路了

在建立功率概念時，可以通過學生已熟悉的速度概念的形成過程進行類比，要比較物體運動的快慢，可以用相同的時間比較距離的長短；也可以相同的距離比較時間的多少；但在距離和時間都不同時，就必須看單位時間內通過距離的多少來定義速度。同理，比較物體做功的快慢可以用做相同的功來比較所花時間的多少；也可用相同的時間比較做功的多少；在做功和時間都不同時，就要看單位時間內做功的多少，從而建立功的概念。

在學習內能的概念時，由于內能概念相當抽象，學生正處于從形象思維向抽象思維過渡過程中，對于內能中分子動能與分子勢能這一抽象的概念難以理解。教學中我緊抓機械能和分子動理論這兩個學生已掌握的舊知識，利用類比幫助學生建立概念。物體由于運動而具有動能；組成物體的分子在作無規則運動，因此分子具有動能，且分子運動越劇烈，其分子動能就越大。彈簧伸長或被壓縮就有引力或斥力而具有彈性勢能；分子間存在相互作用的引力和斥力，因此分子具有勢能。所有這些物體內部分子的動能與分子勢能統稱為內能。這樣我們對內能的概念是不是容易理解多了呢？

在理解物質的比熱容的概念時，大家對比熱容這一概念很難理解。比熱容究竟是表示什么的物理量？其實，比熱容就是不同物質容納能量的能力。好比人的酒量，不同的人酒量不同，喝一樣多的酒，酒量小的人醉了，酒量大的人還沒感覺。不同的物質在質量相同的情況下，吸收一樣多的熱量比熱容小的物質溫度變化就大，而比熱容大的物質的溫度變化就小。同樣，酒量不同的兩個人都喝醉了，酒量大的人一定喝得多；質量相同的不同物質，溫度升高一樣多，比熱容大的物質吸收的熱量就一定多。用這樣深入淺出的類比，學生一下子就豁然開朗了，在愉悅的心情中就理解了比熱容這樣一個非常抽象的物理概念。

類比方法能使我們更容易理解和接受比較抽象的物理概念，但是，我們也要知道類比方法是由個別到個別或一般到一般的不完全歸納推理。因為已知的相似屬性和推出的相似屬性之間不一定有必然的聯系，所以從兩個對象之間在某些屬性方面的相似或相同，并不能得出它們在某些屬性方面必然相似或相同的結論。所以，運用類比方法得出的結論不一定都是可靠的。

例如將聲波與水波類比時，水波僅僅是從一個點在平面上將能量向四周傳播，而聲波是從一個點將能量向上下左右前后的整個立體空間傳播。

又如我們在學習電流的時候，運用電流和水流進行類比，對電流的學習提供了形象化的支持，但我們也應該對運用該方法的負面作用有清醒的認識，學生可能會對電流和水流做進一步的類比，認為是正電荷像水似的從電源正極出發，流過用電器，回到負極。其實在電流的流動過程中，如果電路是導線，一般是電子在導線內作定向移動，從電源負極流到正極，如果電路是溶液，而是正離子或負離子在作定向移動；還有部分學生會類比聯想到電流流過用電器時，會被用掉一部分，因此串聯電路中，從電源正極開始，電流是逐漸減小的。而實際情況是，在串聯電路中電流處處相等。

再如在將內能與機械能類比時，就不能認為內能和機械能一樣，有的時候物體的內能也可以為零，而實際上物體的內能不可能為零的。

所以用類比學習知識和探究問題的同時，必須對兩種概念、實驗、規律的形成過程等進行對比，這樣既找到了它們的聯系，又發現了它們的區別，更有利于學生理解、掌握知識和知識的形成。

因此，正確應用類比方法的關鍵是，既要選擇適當的類比對象，又要抓住事物的本質聯系作為推理的依據，同時還要在分析、綜合的基礎上比同比異，方能得到較為可靠的推論。

希望通過本文的介紹，能使大家更巧妙的應用類比法來幫助我們更輕松的學好物理概念，讓學生不再覺得物理難學。