淺談類比在物理教學中的應用

1、淺談類比在物理教學中的應用摘要：木文主要結介教學中出現(xiàn)的問題，以類比的方法來處理教學屮的難點和新情境下解決 新問題的體會，希望得到方家指正。關鍵詞：類比，物理情境，創(chuàng)新類比，是選擇兩個對象或事物對它們某些相同或相似性進行考察比較。類比 推理，就是根據(jù)兩個對象之間在某些方面的相同或相似，推論出它們在其他方面 也可能相同或相似的一種方法。類比法是通過兩個（類）對象之間某些相同或相 似來解決其中一個對象需耍解決的問題。其關鍵是尋找恰當?shù)念惐葘ο?，這里需 耍直覺、想象、靈感、潛意識等多種心理因素。如果我們在平吋的教學中能夠靈 活運用類比，往往會事半功倍，收到良好的效果。如果能讓學生掌握并靈活運用 類比

2、，在學生的心目中，物理可能不再是那么枯燥和可怕，也是可學而好學進而 樂學的。以下結合我的體會，談談類比在物理教學中的應用，拋磚引玉，不當之 處，請方家指正。一、類比在新授課中的應用1、通過類比，加深對規(guī)律的理解庫侖在研究電荷間的作用力時也是通過與萬冇引力類比而發(fā)現(xiàn)庫侖定律的， 勞厄談此問題吋曾說述“庫侖假設兩個電荷之間的作用力與電量成正比，與它 們之間的距離的平方成反比，這純粹是牛頓定律的一種類比?！钡沁M一步比較 會發(fā)現(xiàn)：庫侖定律公式和萬有引力公式在表面上非常相似，表述的都是力； 萬有引力公式計算的只能是引力而不是排斥的力，庫侖定律公式既可以計算引力 也可以計算排斥的力；電子和質(zhì)子間的萬有引

3、力比它們間庫侖力（靜電力）小 得多，因此在研究微觀帶屯粒子間的相互作用時主要考慮靜電力而忽略萬冇引 力。通過類比，容易止學生認可庫侖定律，同吋可以加深學生對萬有引力定律的 理解。2、通過類比，促進對抽象知識的理解在教授帶電粒子在勻強電場中的偏轉時，因為學生學習過的平拋運動中的物 體的運動比較具體，通過實驗和對閃光照片的研究，學生對平拋運動屮的物體的 認識比較深刻，知道處理平拋運動的問題時，一般將其分解水平方向的勻速直線 運動和豎直方向的口由落體運動，其根據(jù)是物體只受重力，水平方向不受力作用 而做勻速直線，豎直方向沒有初速度做自由落休運動。由于帶電粒子摸不著看不 見，學生難以形成具休的印象。如果

4、我們將帶電粒子進入勻強電場時的運動情況 和受力情況與做平拋運動的物體的運動情況和受力情況進行比較，由于帶電粒子 所受的重力和電場力相比可以忽略，可以認為帶電粒子只受電場力，而電場力和 帶電粒子的初速度也是垂直的，因此帶電粒子的運動和平拋物休的運動性質(zhì)是一 樣的。我們把這類運動可以稱為類平拋運動。因此我們可以用平拋運動的規(guī)律來 解決此類問題。同時應該讓學生懂得：如果我們以后再遇到新的情境、新的問題 時，依然可以通過類比，用我們學過的、已掌握的知識和規(guī)律來解決新的問題。3、通過類比，加深對新知識的理解在學習磁場時可以與電場相類比，如：場的產(chǎn)生，靜電場是由靜止的電荷 在其周圍空間產(chǎn)生的特殊物質(zhì)，靜磁

5、場是由磁體在其周圍空間產(chǎn)生的特殊物質(zhì)； 場的描述，定性描述，電場用電場線，磁場用磁感線，它們都是為形象描述 場而引入的假想曲線，而不是真實存在的線，顯示場線分布的實驗，只是模擬場 線的分布，而不是證實場線的存在，都是以線的疏密程度表示場的強弱，以切線 方向表示場的方向，任兩條線不能相交，但靜電場中的電場線是非閉合曲線而磁 感線是閉合曲線；定量描述，電場用電場強度，磁場用磁感應強度，它們都是 用比值法來定義的，電場強度e=f/q,電場屮某點的電場強度由電場本身決定，與 該點有無電荷以及電荷受力無關，磁感應強度b二f/il,磁場中某點的磁感應強度 由磁場本身決定，與該點有無通電導線及導線受力無關；

6、場的性質(zhì)，電場對放 入其中的電荷有力的作用，且正負電荷在同一點受力方向相反，磁場對放入其 中的通電導線（磁場方向和電流方向不平行）有力的作用，力的方向與磁場方向 和電流方向都垂直，磁場對進入其中的運動電荷（磁場方向和運動方向不平行） 有力的作用，且正負電荷在同一點沿同一方向運動是受力方向相反。二、類比在釋疑和解題中的應用類比不光在課堂教學屮有廣泛的應用，在回答學生的疑問和習題教學屮還有 更廣闊的空間。如生物習題中有這樣一道題：海水深處紅藻較多，原因是紫光在 海水中前進的深度大。學生就有疑問：物理老師上課時不是說，光在空氣中傳播, 由于紅光的波長較長，傳播的距離遠，特別是在大霧的天氣時現(xiàn)象更加明

7、顯，因 此交通路口的禁行標志是紅燈。這一題的答案應該是紅光在海水屮前進的深度大 才對呀？針對這種疑問，我問他們，紅光的波長較長，在空氣中傳播的距離遠， 是什么原因？進一步提示，這里考慮的是各種色光的衍射本領，而在海水屮傳播 時，就象子彈穿入木材一樣，應該考慮光的穿透本領，我們知道，子彈的動能越 大，在同一木材中進入的深度就大，同樣，光子的能量越大，其進入海水的深度 也就越大。在物理練習中，有時一道題解起來很麻煩，但是如果我們應用類比，可以迅 速得到答案。如下題例1：如圖，一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，各質(zhì)點的振幅都是2 cm,某 時刻p、q兩質(zhì)點的位移都是lcm,質(zhì)點p的速度方向沿y軸負方向，

8、質(zhì)點q與 之相反，已知p、q兩點相距60m,求此列波的最大波長2pq1 本題若依據(jù)機械波的生成機制來判斷并求解比較麻煩，若用 數(shù)學中的三角函數(shù)知識求解也比 較麻煩。對于一道填空題似乎也20406080100犯不著花費如此的精力。聯(lián)系到波的圖象上的各質(zhì)點的位移變化是按止弦規(guī)律進 行的，其值與正弦函數(shù)的值和相位有具休的對應關系，由p、q的位移是振幅的 一半,其位置類似于函數(shù)圖象中的？和，通過類比很快得岀p、q間距離lpq=n6 6入+入,當n=0時x有最大值入max=3lpq=180m,可迅速得到答案。12 12 練習：一起輝電壓為110伏的毎管接在220伏的正弦式交流電路屮，求氛管在1 分鐘內(nèi)發(fā)

9、光的次數(shù)和發(fā)光的時間。有時物理練習所的物理情境和物理過程比較復雜，解題過程也比較煩瑣，如 果利用類比，可以化繁為簡，迅速得到答案，如下題。例2：在光滑水平面上有一靜上的物體?，F(xiàn)以水平恒力甲推這個物體，作用一段 時間后，換成相反方向的水平恒力乙推這個物體。當恒力乙作用時間與恒力甲作 用時間相同時，物體恰好回到原處，此時物體的動能為32j。則在整個過程屮， 恒力甲做的功等于多少？恒力乙做的功等于多少？學生對該物體的運動過程能分清，但解答過程比較煩瑣，我讓他們冋憶學過 的豎直上拋運動是怎樣處理的，我們既可以分階段求解，也可以將全過程視為勻 減速直線運動而用運動學公式求解?？紤]到恒力甲和恒力乙作用在物

10、休上的時間 相同，產(chǎn)生的位移大小也一樣，而該題中的物休從受恒力乙起其運動和受力與豎 直上拋運動相似。從功的公式w=fs可以看出：恒力甲做的功與恒力乙做的功之 比即為恒力甲與恒力乙之比，以恒力甲的方向為正，設物體在恒力甲為”，作 用時間t時的速度為v,位移為s,做的功w|,恒力乙為f2,做的功為w2,則可得如 下方程：在恒力甲作用時 f| =majv= a"s= af/2 wi=f】s在恒力乙作用時f2=-ma2 -s=vt- a2t2/2 f2(-)s ek= w2- w) ek=32j可以解得：f2=3fiw=8jw2=24j練習：在方向為豎直方向場強為ei的勻強電場中，一帶電液滴

11、恰好靜止在a點。 現(xiàn)不改變場強方向而便場強突然增大到e2,經(jīng)歷了一段時間后，乂保持 e2大小不變，突然使電場方向反向，乂經(jīng)歷了一段同樣長的時間，液滴恰 好返冋a點。求e/e2例3：有一邊長為0.2mx0.1 m的閉合線圈，ih數(shù)為100 |巾,總電阻為100q,線 圈平面與磁場垂直，若磁場以如圖規(guī)律變化，求1分鐘內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量。這是一個全新物理情境的新題，以學生所掌握的現(xiàn)有數(shù)學知識，即使知道 磁場隨時間周期性變化，也無法求tljab/at,午一看似乎無從下手，但是如果 我們冋憶己學過的交變電流的知識就知道，當閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉動時會產(chǎn)生匸弦式交變電流，而穿過線圈的磁通量以余弦規(guī)律變 化，木題中線圈雖然不動但磁場按止弦規(guī)律變化。±<i)=bs可知e也按止弦規(guī) 律變化，其變化情況同線圈在磁場中勻速轉動時的變化情況類似。由類比可知本 題中的線圈里產(chǎn)牛的感應電流變化規(guī)律與線圈在磁場中勻速轉動產(chǎn)牛感應電流變化規(guī)律是相同的。由 em=nbs 3二n 6 m 3可知如將此題類比于線圈轉動的情況貝ij： 3 二互二一 rad/s=100 n rad/st 20x10em=n © m 3 =nbms 3=100x0.2x0.2x0. 1x 100 jiv=4