淺談類比法在物理教學中的應用

(江蘇省儀征市第二中學，江蘇 揚州 211400)

類比法(Method of analogy)也叫比較類推法.是指由一類事物所具有的某種屬性，可以推測與其類似的事物也具有這種屬性的推理方法.類比法的作用是“由此及彼”，如果把“此”作為是前提，“彼”看作是結論，那么類比過程就是一個推理過程.類比法的特點就是先比后推，既要比共同點，又要比不同點，類比對象間存在的共同點和相似性是類比法能夠實施的前提條件，沒有共同點和相似性的對象之間是無法進行類比的.類比法在研究物理問題上曾發揮較大威力，19世紀50年代，W.湯姆生就曾用類比法研究電學問題，他將靜電力分布和熱流分布進行類比，指出電場線與熱流線、等勢面和等溫面、電荷與熱源相對應，達到了預期結果.在高中物理教學中同樣可以采用類比法進行教學，根據知識間的相似性，移植現成的物理概念、圖像及表達式，認識和學習新知識，中學物理的許多知識點間是可以類比的，如用直觀、形象的水壓和水流來類比抽象的電壓和電流，就可以降低學生學習電壓和電流的難度，從而避免學生由于某些物理知識的抽象性造成的學習困難，使學生易于學習和掌握新知識.

1 用電場強度類比磁感應強度

在講授物理3-2中《磁場》這一章知識時，由于磁場和電場都非常抽象，學生普遍感到學習有些困難，但磁場和電場具有很多相似性，教學時就可以采用講授《電場》這章知識的方法來組織教學，學生通過學習和練習，已初步建立了電場的知識體系，這樣就可以大大降低學生學習磁場的難度.通過類比法學習磁場知識的同時，又可以反過來加深對電場知識的理解和鞏固.

2 用重力場類比電場

在學習電場能的性質及其描述的物理量電勢φ和電勢差U時，可用重力場來類比，一是重力場與電場都屬保守力場，具有相似性，可以進行類比.二是學生有很好的重力場知識的儲備.

根據重力勢能是由物體與地球組成的系統共同具有的，推出電荷的電勢能應是電荷與電場共同具有的.在學習電勢φ這個概念時，學生普遍感到難掌握和理解，可根據公式EP=mgh與EP=qφ來類比，電場中電勢φ與重力場中高度h類似，由于高度h具有相對性，與參考位置選取有關，順理成章得到電勢φ同樣具有相對性，與零電勢位置選取有關.也可由重力場中高度差Δh與參考位置選取無關，類比出電場中電勢差U與零電勢位置選取無關.由重力做功特點類比得出電場力做功特點，即電場力做功只與電荷在電場中初、末位置有關，而與經過的路徑無關，所有這些，都有利于學生掌握像電場中抽象和難于理解的概念和規律，同時學生也可以通過類比法的應用，掌握處理物理問題的方法，增強學生探索未知世界的能力.

3 由水的流量計算，類比推出流體及類似流體的相關結論

水的流量Q是水流通過水管某一截面單位時間內水的體積，通常是通過建立柱體模型，對水流應用微元法加以處理.

例1 已知水管的橫截面積為S，水在管中的流速為v，求水管中水的流量.

圖1

例2 有一電扇，每片葉片長度為L，扇葉旋轉推動空氣運動速度為v，設空氣密度為ρ，求電扇推動空氣做功的功率(假定電風扇對空氣所做的機械功全部轉化為空氣的動能).

圖2

通過類比水流建模，把一個氣流動態變化問題轉化為一個靜態問題，這樣就成為一個易求模型.

例3 根據安培力是洛侖茲力的宏觀表現，推導帶電粒子垂直進入勻強磁場所受洛侖茲力大小.

圖3

通過類比水流模型，把一個微觀抽象的電荷動態情境轉化為一個靜態模型，使抽象問題形象化、直觀化，降低了學生學習微觀世界知識的難度.

事實上，高中物理中很多知識點的教學都可采用類比法進行教學，如：研究核外電子繞核運動時，可類比天體在萬有引力作用下的運動，也可用靜電場類比電流場等.

總之，正確運用類比法進行教學，可以達到以下效果：(1)可降低學生接受新知識的難度和坡度，達到事半功倍的教學效果.(2)可以揭示各知識點之間的區別和聯系，加深學生對知識點的理解和掌握.(3)通過教師在教學過程中類比法的使用，可使學生學到科學的研究方法，并通過該方法去學習新知識，認識未知世界.在使用該方法時，切記牽強附會，生搬硬套，在充分利用各知識點間的聯系和共性的同時，注意揭示各知識點間的區別，從而對新知識有更深刻、更全面的了解和掌握.