中学物理教学中的类比

江苏省常熟市周行学校 周雪夏

中学物理教学中的类比

江苏省常熟市周行学校 周雪夏

类比是一种科学的思维方法。在中学物理教学中，合理地应用类比讲解物理现象、模型、概念、规律、习题等，不仅可以把抽象的新知识纳入已有的知识系统中来，化抽象为形象、化难为易、化繁为简，同时又可以激发学生进行联想，具有启发思路、举一反三、触类旁通的作用，所以不失为一种促进学生的知识“迁移”、提高学生素质的有效方法。

类比 物理分析 比较形象

类比是选择两个对象，对它们的某些相同或相似性进行考查比较。类比法是富有创造性的创意技法，历史上，许多重大的科学发现、技术发明都是运用类比创意技法的结果。

最初牛顿提出光的微粒说，是因为看到光的反射现象与弹性小球撞到硬壁被反射回来的现象相似；惠更斯提出的光的波动说，则是因为看到光从一种介质传播到另一种介质中发生折射的现象与水波由深水区传到浅水区发生折射的现象相似；麦克斯韦提出的光的电磁说则是因为发现电磁波在真空中传播的速度与光在真空中传播的速度非常接近。正是在不断的类比中，人们对于光的本性的认识得到了逐步的完善与发展。

虽然物理是以实验为基础的学科，给人的感觉比较具体、形象，但是其理论是对实验、事物等经过抽象而形成的，学生往往觉得物理理论很抽象，难以理解和接受。而运用类比的方法进行教学，能以旧带新，可以引导学生的思维从形象提升到抽象，帮助学生有效地把握物理知识，培养能力。

一、用类比法讲物理现象和模型

物理学的研究是从对物理现象的感知、物理模型的认识入手的，但是许多物理现象和物理模型往往是微观的、陌生和抽象的，难以直接进行直观的观察和解释。这时，通过类比，我们能收到化难为易，化陌生为熟悉，化抽象为形象的效果，深化和强化了对新知识的理解和记忆。

例如：月球发光——月球像镜子一样反射太阳光；布朗运动中的颗粒运动和液体分子运动关系——好比是“树动知风”，由树叶的摇动知道空气的流动；电循环——好比是水循环，电流如水流，电压如水压，电线如水管，电池如水泵；相邻两个分子间的相互作用力——就像用弹簧连接的两个小球间相互作用的弹力；气体对器壁的压力——好比大量密集雨滴撞击伞面而产生的持续、均匀的压力；卢瑟福的原子模型——原子的葡萄干蛋糕或枣糕模型；氢原子的核外电子绕核的圆周运动——好比是地球绕太阳的圆周运动。

二、用类比法讲物理概念

形成正确的物理概念是学生学好物理的关键所在，但有些物理概念抽象易混淆，用类比的方法可以使学生借类比事物为“桥”，从形象思维顺利过渡到抽象思维，从而深刻理解和牢固掌握新概念。

例如：与重力势能类比，引入电势能的概念；与滑梯两端高度差类比，引入电势差的概念；与电场强度概念的建立方法类比，引入磁感应强度的概念；与不同横截面的容器装水本领大小类比，引入不同电容器容纳电荷的本领即电容的概念；与机械振动中的共振现象类比，引入电磁振荡概念等等。

三、用类比法讲物理规律

物理规律（包括定律、定理、原理和定则等）是物理现象、过程在一定条件下发生、发展和变化的必然趋势及其本质联系的反映，它是中学物理基础知识最重要的内容，是物理知识结构体系的枢纽。当物理规律抽象得难以直接被揭示和发现时，我们可以与已知规律进行类比，通过比较两种规律在某些方面的相似和相同，实现从一个客体系统的知识向另一个客体系统知识的过渡。

比如，学习万有引力定律的时候，可以类比库仑定律。库仑在研究电荷之间的作用力的规律时利用钮秤实验得出了电荷之间作用力与两个带电体电荷量及其距离的定量关系，进而建立了库仑定律，而卡文迪许在库仑的启发下，也进行了钮秤实验，验证了万有引力的存在并测得了引力常数。通过类比，使学生挖掘事物的本质与相互联系的能力，加强掌握新规律的能力。

四、用类比法讲试题

解题，就是物理方法和知识的应用过程。它是实现知识“迁移”的重要一环，是物理教学的重要组成部分。应用类比于物理解题，其根据是物理原型的特征。教学中，通过分析问题的特征，把它与已知的物理原型进行类比，从而找到方法，解出习题。

有一类运动学问题，许多学生感到困惑。如一只小船具有相对于静水的恒定速度，小船在逆水中行驶时，一只木箱从船上落入水中，等船上的人发现后，立刻掉转船头追赶，结果在5min后追上木箱，求从木箱落水到被追上共用了多少时间。设水流速度恒定，掉转船头的时间不计。这类问题许多学生都认为缺少条件，无法计算。在解决这类问题时，本人采用这样的方法：假设人在行驶的火车车厢内向前行走，不小心掉下一个钱包，5min后才发现，立即返回。很明显人再次走到钱包处仍需5min（假定人相对车厢的速度不变）。这里若把人与小船类比，火车与水流类比，钱包与木箱类比，则选木箱或水流为参照物时，小船远离和靠近木箱的时间相等，所以木箱从落水到被追上共用时10min。这类问题，一般选木箱或水流为参照物，这样有三个不变量：小船远离和靠近木箱的速度、距离、时间相等。这是理解此类问题的关键。

五、应用类比的注意事项

应用类比法必须以事物间的相同或相似为基础，但任何物理现象、模型和概念、规律之间都存在着差异性，也必然具有其他相同的属性。所以类比是一种或然性的推理，有时结论并不可靠（特别是以现象作为类比的根据时）。在物理学的发展史上，曾有人将电磁波与机械波类比从而得出电磁波与机械波一样也需要媒质来传播的错误结论。

故在物理教学中，应引导学生仔细分析、比较，透过现象抓住与所研究问题相对应的特征，选择恰当的类比对象，提高其结论的可靠程度，更好地掌握和应用类比的方法。