類比法在電磁學(xué)教學(xué)的應(yīng)用

　　類比法在電磁學(xué)教學(xué)的應(yīng)用【1】

　　【摘要】中學(xué)物理教學(xué)中應(yīng)用類比法去講解概念、規(guī)律，求解習(xí)題及進(jìn)行復(fù)習(xí)，不僅易于教學(xué)，而且可擴(kuò)展學(xué)生的視野、提高分析的綜合遷移能力。

　　【關(guān)鍵詞】類比法 電場(chǎng) 磁場(chǎng) 疊加場(chǎng) 重力場(chǎng)

　　類比法，就是人們根據(jù)兩個(gè)對(duì)象之間在某些方面的相同或相似，推論出它們?cè)谄渌�方面也可能相同或相似的一種認(rèn)識(shí)事物的思維方法。

　　將類比法應(yīng)用于中學(xué)物理教學(xué)中，則可把學(xué)生所熟悉的知識(shí)與陌生的知識(shí)相比較，為認(rèn)識(shí)新事物提供線索和方向，以加強(qiáng)知識(shí)間的橫向聯(lián)系與溝通，從而達(dá)到舉一反三的目的。

　　學(xué)生覺得物理難學(xué)，尤其是電磁學(xué)部分，更是覺得概念抽象，習(xí)題也很難理解。

　　我們?cè)谶@部分內(nèi)容的教學(xué)中應(yīng)用類比法去講解概念、規(guī)律，求解習(xí)題及進(jìn)行復(fù)習(xí)，不僅易于教學(xué)，而且可擴(kuò)展學(xué)生的視野、提高分析的綜合遷移能力。

　　一、電場(chǎng)與重力場(chǎng)

　　在講授電勢(shì)時(shí)，將電場(chǎng)和重力場(chǎng)進(jìn)行類比，找出共同點(diǎn)――電場(chǎng)力和重力做功都與路徑無關(guān)。

　　為此，首先引入重力勢(shì)能的概念，把一個(gè)質(zhì)量為m1的物體放在高度為h的地方，它具有重力勢(shì)能m1gh，把質(zhì)量為m2、m3……的物體放在高度為h的地方，它們分別具有重力勢(shì)能m2gh、m3gh……其勢(shì)能值各不相同，但m1gh/m1=m2gh/m2=m3gh/ m3……=gh是一個(gè)恒量，我們可以把gh叫做重力勢(shì)。

　　其值只決定于重力場(chǎng)中的位置和零點(diǎn)的選擇，與放入重力場(chǎng)中的物體的質(zhì)量無關(guān)。

　　由于學(xué)生對(duì)重力場(chǎng)知識(shí)了解較多，對(duì)重力勢(shì)容易接受，再用類比法引入電勢(shì)的概念，分析它的性質(zhì)和區(qū)別于重力場(chǎng)的特點(diǎn)，這就化“抽象”為“具體”，使學(xué)生對(duì)新知識(shí)有似曾相識(shí)的親近感，深化了教學(xué)內(nèi)容。

　　二、疊加場(chǎng)與重力場(chǎng)

　　輕桿與球、輕繩與球兩種模型在重力作用下在豎直平面內(nèi)做完整圓周運(yùn)動(dòng)的條件建立后，學(xué)生在學(xué)習(xí)到帶電小球在電場(chǎng)中特別是疊加場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，往往不能透徹分析。

　　此時(shí)，教師如能幫助學(xué)生通過等效重力場(chǎng)的角度去思考即將電場(chǎng)和重力場(chǎng)疊加后成為一合力的疊加場(chǎng)G’，則學(xué)生的思維就不存在障礙了。

　　例如.如右圖所示，輕繩系一帶正電、重G的小球懸掛在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，使小球以懸點(diǎn)O為圓心在豎直平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)，則()：

　　A.小球可能作勻速圓周運(yùn)動(dòng)B.小球只能作變速圓周運(yùn)動(dòng)C.小球經(jīng)最低點(diǎn)A時(shí)，繩子拉力可能最小

　　D.在小球經(jīng)最高點(diǎn)B時(shí)，繩子拉力一定最小

　　解析：球受重力G、向上的電場(chǎng)力F及繩的拉力T。

　　將G與F合成為一等效的重力場(chǎng)G’后，只需分析球在重力場(chǎng)G’中的運(yùn)動(dòng)就行了。

　　G’可能有三種情況：

　�、貴=G，G’=0，球受繩拉力T作用而在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)T=mv2/L不變。

　�、贔　　③F>G，G’向上，轉(zhuǎn)換一下思維角度，球仍作變速圓周運(yùn)動(dòng)，在最高點(diǎn)B(G’中的“最低點(diǎn)”)，速度最大，T最大;最低點(diǎn)A(G’中的“最高點(diǎn)”)，速度最小，T也最小。

　　故選A、C。

　　三、電場(chǎng)與磁場(chǎng)

　　電場(chǎng)與磁場(chǎng)統(tǒng)稱電磁場(chǎng)，它們間存在著緊密的聯(lián)系，在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化。

　　在教學(xué)中若采用圖表類比，知識(shí)結(jié)構(gòu)、研究方法與教材的理論構(gòu)思將一目了然。

　　如：

　　綜上所述，類比法在物理教學(xué)中能起到解釋、啟發(fā)、模擬、辨析的作用，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力、創(chuàng)新能力有著很大的幫助，能起到很好的教學(xué)效果，能夠有效提高教與學(xué)的效率，但是在教學(xué)過程中也不可盲目類比，不能把類比的思想隨意擴(kuò)大化，類比要恰當(dāng)?shù)轿�，這樣才能最大化地發(fā)揮類比的積極作用。

　　類比法在電磁學(xué)及剛體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用【2】

　　【摘要】教學(xué)要適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，就要重視學(xué)生學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)，要采取恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)模式和手段，多角度、多層次地來培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

　　【關(guān)鍵詞】類比法;靜電場(chǎng);質(zhì)點(diǎn)平動(dòng);剛體轉(zhuǎn)動(dòng)

　　一切物質(zhì)都在不斷地運(yùn)動(dòng)、變化著，絕對(duì)不運(yùn)動(dòng)的物體是不存在的。

　　而物理學(xué)研究的是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的最基本最普遍的形式，包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)、分子熱運(yùn)動(dòng)、電磁運(yùn)動(dòng)、原子和原子核內(nèi)的運(yùn)動(dòng)等等。

　　隨著社會(huì)的發(fā)展，在與生物學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)等學(xué)科的相互滲透中，物理學(xué)不僅本身得到了迅速發(fā)展，同時(shí)也推動(dòng)了其他學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流，教學(xué)應(yīng)著眼于造就一大批開拓型、創(chuàng)新型人才，以適應(yīng)科學(xué)發(fā)展的需要，而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，有一套系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法就顯得尤為重要。

　　一、類比法

　　類比法是學(xué)習(xí)中經(jīng)常采用的一種方法，它就是人們根據(jù)兩個(gè)對(duì)象之間在某些方面的相同或相似，推論出它們?cè)谄渌�方面也可能相同或相似的一種認(rèn)識(shí)事物的思維方法。

　　它能幫助我們從已知事物的有關(guān)理論建立假說去說明新事物;用某些已知的屬性來說明未知的屬性，可以增強(qiáng)說服力，使人們?nèi)菀桌斫狻?/p>

　　類比法不是簡(jiǎn)單的模仿，而是富有創(chuàng)新性的思維方法。

　　其使用過程是選擇兩個(gè)對(duì)象或事物(可以是同類或異類)，并對(duì)它們某些相同或相似的性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，從異中求同，或同中見異，從而產(chǎn)生新知，或得到創(chuàng)造性成果。

　　因此類比法是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的其中一種方法，在人們認(rèn)識(shí)世界和改造世界的活動(dòng)中具有重大意義。

　　在研究問題時(shí)，我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)某些新問題有一種似曾相識(shí)的感覺。

　　這個(gè)時(shí)候類比法就派上了用場(chǎng)，通過研究這種相似性，利用已知的物理規(guī)律去尋找未知的物理規(guī)律，從而發(fā)現(xiàn)新的結(jié)論、新的規(guī)律，創(chuàng)造出新的理論。

　　許多物理上的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，其中包括許多物理定律、公式和推論，都是運(yùn)用類比法的碩果。

　　二、類比法的簡(jiǎn)單應(yīng)用舉例

　　1.靜電場(chǎng)類比重力場(chǎng)

　　運(yùn)用類比教學(xué)法，既能激發(fā)興趣，同時(shí)又進(jìn)行了科學(xué)思維和科學(xué)方法的示范，學(xué)生遇到新的概念和規(guī)律也能作類比分析，逐漸養(yǎng)成好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，形成一套系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法。

　　由于靜電場(chǎng)力和重力做功都與路徑無關(guān)均屬于保守力，所以二者對(duì)應(yīng)的場(chǎng)也有很多相似之處。

　　單純從靜電場(chǎng)角度去分析其性質(zhì)較為復(fù)雜而重力場(chǎng)我們?cè)缫咽熘�，所以在分析靜電場(chǎng)性質(zhì)時(shí)可以采用類比法，將靜電場(chǎng)類比為重力場(chǎng)，詳見表1。

　　2.庫侖定律類比萬有引力定律

　　任何兩個(gè)物體間都有相互吸引力，其作用力大小與它們之間距離的二次方成反比，與兩物體質(zhì)量乘積成正比，表達(dá)式為F=GMm/r?;1785年法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵鲇门こ訉?shí)驗(yàn)對(duì)電荷間的相互作用力進(jìn)行了定量的研究，總結(jié)出真空中庫侖定律：在真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷間的作用力大小與兩點(diǎn)電荷帶電量乘積成正比，與它們之間距離的二次方成反比，數(shù)學(xué)表達(dá)式為F=KQq/r?，我們可以發(fā)現(xiàn)萬有引力定律和真空中庫侖定律在形式上非常相似，K和G均為常數(shù)，萬有引力與庫侖力大小均與二者距離二次方成反比。

　　3.點(diǎn)電荷類比質(zhì)點(diǎn)

　　物體的運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的，根據(jù)研究的需要，建立一個(gè)與實(shí)際情況差距不大的“理想模型”是非常必要的，點(diǎn)電荷和質(zhì)點(diǎn)均是為研究問題方便而引入的抽象的物理模型。

　　如果物體的形狀和大小對(duì)研究問題影響不大時(shí)，可以忽略其大小和形狀，用一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)來代替該物體，將這樣的抽象物理模型定義為質(zhì)點(diǎn);點(diǎn)電荷概念的引入可以類比質(zhì)點(diǎn)，點(diǎn)電荷也是一種抽象的物理模型，當(dāng)帶電體的幾何形狀對(duì)研究問題影響不大時(shí)，可以忽略其大小形狀及電荷分布情況，認(rèn)為所有電荷都集中在一個(gè)點(diǎn)上，將這樣的一個(gè)抽象物理模型定義為點(diǎn)電荷。

　　4.剛體轉(zhuǎn)動(dòng)類比質(zhì)點(diǎn)平動(dòng)

　　為研究問題方便在《力學(xué)》中引入了兩個(gè)抽象的物理模型――質(zhì)點(diǎn)和剛體，由于質(zhì)點(diǎn)和剛體分別研究的是平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)問題，因此，看似沒有緊密聯(lián)系，但二者的運(yùn)動(dòng)規(guī)律卻有及其相似之處，加以比較進(jìn)行應(yīng)用學(xué)生接收效果會(huì)更好。

　　平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)比一覽表(詳見表2)。

　　通過以上列表可以發(fā)現(xiàn)二者在形式上極其相似，找到二者異同就可以更好的加以運(yùn)用，在處理剛體轉(zhuǎn)動(dòng)問題時(shí)類比質(zhì)點(diǎn)平動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就可以準(zhǔn)確快速處理相關(guān)問題，起到事半功倍的效果。

　　5.磁感線類比電場(chǎng)線，磁通量類比電通量

　　磁感線和電場(chǎng)線都不是實(shí)際存在的曲線，均是為研究問題方便而引入的假象曲線，二者的疏密均代表相應(yīng)場(chǎng)的強(qiáng)弱，曲線在某點(diǎn)的切線方向代表相應(yīng)場(chǎng)在該點(diǎn)的強(qiáng)弱;磁通量和電通量也有著非常相似的地方，分別代表穿過某一個(gè)面的磁感線條數(shù)和電場(chǎng)線條數(shù)。

　　三、運(yùn)用類比法教學(xué)，建立樹形網(wǎng)絡(luò)知識(shí)圖

　　在教學(xué)中，要特別重視在講授新概念時(shí)聯(lián)系舊知識(shí)，建立新舊知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，在新舊知識(shí)類比中加深理解，開拓思路，對(duì)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)進(jìn)行梳理，使知識(shí)條理化。

　　隨著教學(xué)的深入學(xué)生掌握的知識(shí)逐漸形成網(wǎng)絡(luò)，這里有知識(shí)的橫向的拓展，也有縱向的知識(shí)深入，學(xué)生的知識(shí)和能力就產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，學(xué)生的創(chuàng)造性思維的發(fā)展也就寓于其中了。

　　四、結(jié)語

　　以上幾個(gè)例子是類比法在教學(xué)中的簡(jiǎn)單應(yīng)用舉例，在其他學(xué)科中也可嘗試使用此法，會(huì)起到事半功倍的效果。

　　因此教學(xué)要適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，就要重視學(xué)生學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)，要采取恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)模式和手段，多角度、多層次地來培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[3]夏兆陽.大學(xué)物理教程[M].高等教育出版社，2004.

　　類比法在高中物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)中的應(yīng)用【3】

　　摘要：本文主要闡述了類比法的含義及特點(diǎn);探討了類比法在高中物理復(fù)習(xí)教學(xué)中的意義;討論了類比法在高中物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)中的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：類比法 高中物理 電磁學(xué)復(fù)習(xí) 應(yīng)用

　　類比法在實(shí)際教學(xué)中，尤其是理科教學(xué)中發(fā)揮了極其重要的作用。

　　高中物理復(fù)習(xí)時(shí)間緊、任務(wù)重，而電磁學(xué)又是高中物理復(fù)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此運(yùn)用類比法進(jìn)行復(fù)習(xí)，不僅可以幫助學(xué)生建立電磁學(xué)知識(shí)體系，還可以極大地提高學(xué)習(xí)效率。

　　一、類比法的含義及特點(diǎn)

　　類比是一種根據(jù)兩個(gè)或兩類對(duì)象的相同或相似方面來判斷它們?cè)谄渌�方面也可能相同或相似的一種推理方法。

　　由概念可知，類比法的基本特點(diǎn)就是“比較”和“推理”。

　　所謂“比較”是指通過想象、聯(lián)系、分析等思維方式在具有某種相似關(guān)系的兩個(gè)對(duì)象之間建立聯(lián)系;而“推理”則是需要根據(jù)這種聯(lián)系，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐方式進(jìn)一步判斷這種聯(lián)系的準(zhǔn)確性與可靠性，進(jìn)而達(dá)到從已知對(duì)象性質(zhì)推斷未知對(duì)象性質(zhì)的目的。

　　二、類比法在高中物理知識(shí)復(fù)習(xí)中應(yīng)用的意義

　　(一)有利于降低物理知識(shí)復(fù)習(xí)的難度

　　進(jìn)入高中階段，物理課程無論是從知識(shí)量上，還是從知識(shí)難度上都有了一個(gè)較大的提升，而在復(fù)習(xí)中，一些學(xué)生由于一時(shí)無法建立完善的知識(shí)體系，從而出現(xiàn)了學(xué)習(xí)障礙，因此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生從舊知識(shí)出發(fā)，在教學(xué)言語、講授方法、物理思維等方面進(jìn)行類比，使學(xué)生在相對(duì)簡(jiǎn)單的舊知識(shí)中找到與新知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系與差異，進(jìn)而完成復(fù)習(xí)內(nèi)容的遷移。

　　(二)有利于改善物理復(fù)習(xí)教學(xué)的效果

　　高中物理相較于初中物理而言，邏輯性和抽象性更為明顯，因此，一些學(xué)生在復(fù)習(xí)中，常常會(huì)出現(xiàn)掌握了基礎(chǔ)知識(shí)卻不能靈活運(yùn)用的情況，從而影響了復(fù)習(xí)教學(xué)的效果。

　　而究其原因，就是學(xué)生還沒有形成系統(tǒng)的知識(shí)體系，沒有形成對(duì)物理規(guī)律的深刻認(rèn)識(shí)，因此，高中物理教師在復(fù)習(xí)教學(xué)中應(yīng)該根據(jù)基本的物理規(guī)律，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，以深化學(xué)生的理解，進(jìn)而提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力。

　　(三)有利于培養(yǎng)學(xué)生的類比思維和創(chuàng)新能力

　　類比不僅是一種教學(xué)方法，還是一種思維方式，高中物理教師在復(fù)習(xí)教學(xué)中，一方面可以利用概念類比、因果類比等方式幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)梳理;另一方面還應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生掌握類比這種思維模式，并通過對(duì)物理規(guī)律的探究，以及對(duì)物理知識(shí)的遷移實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方法的創(chuàng)新。

　　三、類比法在高中物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)中的應(yīng)用

　　(一)共存類比的應(yīng)用

　　共存類比是一種較為直觀，也比較容易被學(xué)生接受的類比方法，該方法主要利用知識(shí)之間簡(jiǎn)單的相似關(guān)系來確定推理鏈條。

　　在物理知識(shí)中，電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間存在許多相似的關(guān)系，因此，教師在復(fù)習(xí)教學(xué)中，就可以運(yùn)用共存類比將這些關(guān)系一一列出，如電荷之間的作用力與磁極之間的作用力，都遵循著同名相斥、異名相吸的規(guī)律;磁極周圍的磁場(chǎng)可以類比電荷周圍的電場(chǎng)等。

　　而經(jīng)過引導(dǎo)，學(xué)生就會(huì)順著這共存類比的思路不斷探究電磁的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)而完成了由“電”到“磁”的推導(dǎo)。

　　(二)因果類比的應(yīng)用

　　因果類比顧名思義，就是根據(jù)類比對(duì)象之間存在的相似的因果關(guān)系而形成的一種推理中介。

　　例如在“電流的形成”的復(fù)習(xí)過程中，教師就可以運(yùn)用水流形成的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行因果類比：水之所以會(huì)流動(dòng)有兩個(gè)關(guān)鍵的因素，那就是水和地勢(shì)的高度差，而如果將電流與水流進(jìn)行類比，那么相當(dāng)于“水”的就是電荷，而相當(dāng)于“高度差”的就是電壓，這樣電荷就會(huì)在電壓所形成的電場(chǎng)力的作用下，沿著一個(gè)固定的方向不斷運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而形成電流。

　　而這樣的類比既形象又準(zhǔn)確，大大提高了學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。

　　(三)對(duì)稱類比的應(yīng)用

　　對(duì)稱是客觀事物中普遍存在的一種對(duì)比關(guān)系，而運(yùn)用這種關(guān)系所形成的對(duì)稱類比方法，也是高中物理教學(xué)中比較常見的一種教學(xué)方法。

　　前面已經(jīng)提到，在電和磁之間存在著千絲萬縷的聯(lián)系，而對(duì)稱聯(lián)系也是其中的一種，如電場(chǎng)中的正負(fù)電荷的對(duì)稱性，與磁場(chǎng)中的南北磁極的對(duì)稱性極為類似，而運(yùn)用這一特點(diǎn)，教師可以讓學(xué)生根據(jù)電流的磁效應(yīng)來類比推斷磁場(chǎng)中感應(yīng)電流的情況，進(jìn)而使學(xué)生深刻理解“電生磁，磁生電”的內(nèi)在含義。

　　(四)性質(zhì)類比的應(yīng)用

　　在物理教學(xué)中，運(yùn)用相似的規(guī)律、概念來推斷不同知識(shí)點(diǎn)之間相同的性質(zhì)關(guān)系，不僅有利于學(xué)生的理解，也有利于提高復(fù)習(xí)效率，例如歸納“電功率”的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，教師就類比了“速度”和“功率”的概念，前者利用“物體在單位時(shí)間內(nèi)通過的位移”來表述“物體運(yùn)動(dòng)快慢”的性質(zhì)，而后者則根據(jù)“物體在單位時(shí)間內(nèi)做的功”，來定義“物體做功快慢”，這樣通過類比我們就很容易的出“電功率”是利用“用電器在單位時(shí)間內(nèi)所消耗的電能”來表示“電器消耗電能快慢”這一性質(zhì)。

　　這樣的類比可以讓學(xué)生在物理知識(shí)融匯貫通的基礎(chǔ)上，對(duì)物理規(guī)律形成深刻的認(rèn)識(shí)與理解。

　　四、結(jié)語

　　總之，類比法是一種符合人類認(rèn)知規(guī)律和思維模式的科學(xué)方法，在高中物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)中，應(yīng)用類比方法，不僅可以把知識(shí)重難點(diǎn)納入到已有知識(shí)系統(tǒng)中來，變難為易、化繁為簡(jiǎn)，還可以激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，進(jìn)而達(dá)到啟發(fā)思路、舉一反三，提高學(xué)生思維能力的教學(xué)目的。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[3]劉玉富.類比法在高中物理電學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科學(xué)咨詢(教育科研)，2015，(06).

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