浅谈类比法在物理教学中的应用

(江苏省仪征市第二中学，江苏 扬州 211400)

类比法(Method of analogy)也叫比较类推法.是指由一类事物所具有的某种属性，可以推测与其类似的事物也具有这种属性的推理方法.类比法的作用是“由此及彼”，如果把“此”作为是前提，“彼”看作是结论，那么类比过程就是一个推理过程.类比法的特点就是先比后推，既要比共同点，又要比不同点，类比对象间存在的共同点和相似性是类比法能够实施的前提条件，没有共同点和相似性的对象之间是无法进行类比的.类比法在研究物理问题上曾发挥较大威力，19世纪50年代，W.汤姆生就曾用类比法研究电学问题，他将静电力分布和热流分布进行类比，指出电场线与热流线、等势面和等温面、电荷与热源相对应，达到了预期结果.在高中物理教学中同样可以采用类比法进行教学，根据知识间的相似性，移植现成的物理概念、图像及表达式，认识和学习新知识，中学物理的许多知识点间是可以类比的，如用直观、形象的水压和水流来类比抽象的电压和电流，就可以降低学生学习电压和电流的难度，从而避免学生由于某些物理知识的抽象性造成的学习困难，使学生易于学习和掌握新知识.

1 用电场强度类比磁感应强度

在讲授物理3-2中《磁场》这一章知识时，由于磁场和电场都非常抽象，学生普遍感到学习有些困难，但磁场和电场具有很多相似性，教学时就可以采用讲授《电场》这章知识的方法来组织教学，学生通过学习和练习，已初步建立了电场的知识体系，这样就可以大大降低学生学习磁场的难度.通过类比法学习磁场知识的同时，又可以反过来加深对电场知识的理解和巩固.

2 用重力场类比电场

在学习电场能的性质及其描述的物理量电势φ和电势差U时，可用重力场来类比，一是重力场与电场都属保守力场，具有相似性，可以进行类比.二是学生有很好的重力场知识的储备.

根据重力势能是由物体与地球组成的系统共同具有的，推出电荷的电势能应是电荷与电场共同具有的.在学习电势φ这个概念时，学生普遍感到难掌握和理解，可根据公式EP=mgh与EP=qφ来类比，电场中电势φ与重力场中高度h类似，由于高度h具有相对性，与参考位置选取有关，顺理成章得到电势φ同样具有相对性，与零电势位置选取有关.也可由重力场中高度差Δh与参考位置选取无关，类比出电场中电势差U与零电势位置选取无关.由重力做功特点类比得出电场力做功特点，即电场力做功只与电荷在电场中初、末位置有关，而与经过的路径无关，所有这些，都有利于学生掌握像电场中抽象和难于理解的概念和规律，同时学生也可以通过类比法的应用，掌握处理物理问题的方法，增强学生探索未知世界的能力.

3 由水的流量计算，类比推出流体及类似流体的相关结论

水的流量Q是水流通过水管某一截面单位时间内水的体积，通常是通过建立柱体模型，对水流应用微元法加以处理.

例1 已知水管的横截面积为S，水在管中的流速为v，求水管中水的流量.

图1

例2 有一电扇，每片叶片长度为L，扇叶旋转推动空气运动速度为v，设空气密度为ρ，求电扇推动空气做功的功率(假定电风扇对空气所做的机械功全部转化为空气的动能).

图2

通过类比水流建模，把一个气流动态变化问题转化为一个静态问题，这样就成为一个易求模型.

例3 根据安培力是洛仑兹力的宏观表现，推导带电粒子垂直进入匀强磁场所受洛仑兹力大小.

图3

通过类比水流模型，把一个微观抽象的电荷动态情境转化为一个静态模型，使抽象问题形象化、直观化，降低了学生学习微观世界知识的难度.

事实上，高中物理中很多知识点的教学都可采用类比法进行教学，如：研究核外电子绕核运动时，可类比天体在万有引力作用下的运动，也可用静电场类比电流场等.

总之，正确运用类比法进行教学，可以达到以下效果：(1)可降低学生接受新知识的难度和坡度，达到事半功倍的教学效果.(2)可以揭示各知识点之间的区别和联系，加深学生对知识点的理解和掌握.(3)通过教师在教学过程中类比法的使用，可使学生学到科学的研究方法，并通过该方法去学习新知识，认识未知世界.在使用该方法时，切记牵强附会，生搬硬套，在充分利用各知识点间的联系和共性的同时，注意揭示各知识点间的区别，从而对新知识有更深刻、更全面的了解和掌握.