类比法在高中物理学习中的应用

◇ 山东 李 刚

在高中物理教学中,可以引导学生通过类比将新旧知识联系起来,从而使他们更好地理解新知识并提高逻辑推理能力．在教授物理概念和定律时,教师可以通过类比在新旧内容之间架起桥梁,实现知识间的顺利过渡．

1 概念类比

在高中物理教学中,类比通常用于介绍物理概念和理解物理意义．例如,在电场和磁场的学习中,教师可以将其与重力场进行比较,找出它们之间的相同点和相似点,并以此为根据把其中某一类对象的有关知识和结论,推移到另一个或另一类对象上．

1.1 万有引力和静电力

学习静电力的性质时,我们知道自然界中任何两个物体都相互吸引,吸引力的方向在它们的连线上,该力大小与两个物体的质量之积成正比,与距离的平方成反比．电荷之间的力是否具有类似于万有引力的形式呢? 之后,展示库仑定律的具体内容,加深学生对知识的理解和记忆．

在重力场中,靠近地球表面的物体受到的重力就是G＝mg．在均匀电场中,电场对放置在其中的电荷有力的作用,可表示为F＝qE．二者相互类比可以加深学生对概念的理解和记忆．

1.2 电场和磁场

磁场的性质相对抽象,学生很难理解,然而磁场和电场具有许多相似的特性．在电场中,相同类型的电荷彼此排斥,不同类型的电荷彼此吸引．在磁场中,同名磁极彼此排斥,异名磁极彼此吸引．

1.3 速率和功率

学习功率时,教师可以利用学生熟知的运动学知识,通过“描述物体运动快慢的物理量”来引入新内容．通过类比提出概念,即“功率是描述做功快慢的物理量”．教师可以由此定义平均功率和瞬时功率,从而使学生更好地衔接新旧知识．

看一组类比:

水平面上一物体是静止的,某时刻以一加速度开始做匀加速直线运动,一段时间后速度大小变为v1,立即换成相反方向的另一恒定加速度,再经过相同时间,物体恰好回到出发点,此时物体的速度大小为v2,则v1∶v2为( )．

A．1∶1 B．1∶2

C．1∶3 D．1∶4

光滑水平面上有一带电滑块,开始时滑块静止．若在滑块所在空间加一水平匀强电场E1,持续一段时间后立刻换成与E1方向相反的匀强电场E2,当电场E2与电场E1持续时间相同时,滑块恰好回到初始位置,且具有动能Ek,则( )．

A．l1＝l2

B．4l1＝l2

C．W1＝0.25Ek,W2＝0.75Ek

D．W1＝0.2Ek,W2＝0.8Ek

2 模型类比

在物理教学中,教师需要经常使用物理模型来帮助学生更生动地理解知识．例如,教师引入新知识时可以将围绕原子核运动的电子的动力学模型与行星的动力学模型进行比较,将电流的微观模型与水的流动进行比较,它们与生活有着紧密联系,可以有效地帮助学生理解知识．

2.1 行星运动模型和电子轨道运动模型

在学习库仑定律时,教师可以引导学生比较万有引力和静电力．万有引力作用使行星绕着太阳旋转,建立了行星运动模型．类似的,在核和电子的库仑力作用下,电子在核周围旋转,建立了电子轨道核运动模型．教师可以引导学生思考,两个力的大小和表达方式相似,其作用效果是否相似? 合理地使用模型类比将抽象问题具体化,使学生更好地理解和应用它们．

2.2 水流模型和电流的微观模型

在探索影响电流大小的因素时,教师可以引导学生接触自然水流方程Q＝Sv．水流与水的横截面和水流的速度有关．类似的,电流微观模型为I＝nqSv,其中电流的大小与电流通过的横截面及电荷的定向运动速度有关．这样与水流类比可以简化学习理解过程,与现实联系并培养学生举一反三的能力．

总之,高中阶段是培养学生创新性思维的重要时期,教师可以合理地使用类比来帮助学生建立知识体系,通过现象分析和比较,了解物理学的本质,提高推理能力和总结能力．