浅谈类比在物理教学中的应用

1、浅谈类比在物理教学中的应用摘要：木文主要结介教学中出现的问题，以类比的方法来处理教学屮的难点和新情境下解决 新问题的体会，希望得到方家指正。关键词：类比，物理情境，创新类比，是选择两个对象或事物对它们某些相同或相似性进行考察比较。类比 推理，就是根据两个对象之间在某些方面的相同或相似，推论出它们在其他方面 也可能相同或相似的一种方法。类比法是通过两个（类）对象之间某些相同或相 似来解决其中一个对象需耍解决的问题。其关键是寻找恰当的类比对象，这里需 耍直觉、想象、灵感、潜意识等多种心理因素。如果我们在平吋的教学中能够灵 活运用类比，往往会事半功倍，收到良好的效果。如果能让学生掌握并灵活运用 类比

2、，在学生的心目中，物理可能不再是那么枯燥和可怕，也是可学而好学进而 乐学的。以下结合我的体会，谈谈类比在物理教学中的应用，抛砖引玉，不当之 处，请方家指正。一、类比在新授课中的应用1、通过类比，加深对规律的理解库仑在研究电荷间的作用力时也是通过与万冇引力类比而发现库仑定律的， 劳厄谈此问题吋曾说述“库仑假设两个电荷之间的作用力与电量成正比，与它 们之间的距离的平方成反比，这纯粹是牛顿定律的一种类比。”但是进一步比较 会发现：库仑定律公式和万有引力公式在表面上非常相似，表述的都是力； 万有引力公式计算的只能是引力而不是排斥的力，库仑定律公式既可以计算引力 也可以计算排斥的力；电子和质子间的万有引

3、力比它们间库仑力（静电力）小 得多，因此在研究微观带屯粒子间的相互作用时主要考虑静电力而忽略万冇引 力。通过类比，容易止学生认可库仑定律，同吋可以加深学生对万有引力定律的 理解。2、通过类比，促进对抽象知识的理解在教授带电粒子在匀强电场中的偏转时，因为学生学习过的平抛运动中的物 体的运动比较具体，通过实验和对闪光照片的研究，学生对平抛运动屮的物体的 认识比较深刻，知道处理平抛运动的问题时，一般将其分解水平方向的匀速直线 运动和竖直方向的口由落体运动，其根据是物体只受重力，水平方向不受力作用 而做匀速直线，竖直方向没有初速度做自由落休运动。由于带电粒子摸不着看不 见，学生难以形成具休的印象。如果

4、我们将带电粒子进入匀强电场时的运动情况 和受力情况与做平抛运动的物体的运动情况和受力情况进行比较，由于带电粒子 所受的重力和电场力相比可以忽略，可以认为带电粒子只受电场力，而电场力和 带电粒子的初速度也是垂直的，因此带电粒子的运动和平抛物休的运动性质是一 样的。我们把这类运动可以称为类平抛运动。因此我们可以用平抛运动的规律来 解决此类问题。同时应该让学生懂得：如果我们以后再遇到新的情境、新的问题 时，依然可以通过类比，用我们学过的、已掌握的知识和规律来解决新的问题。3、通过类比，加深对新知识的理解在学习磁场时可以与电场相类比，如：场的产生，静电场是由静止的电荷 在其周围空间产生的特殊物质，静磁

5、场是由磁体在其周围空间产生的特殊物质； 场的描述，定性描述，电场用电场线，磁场用磁感线，它们都是为形象描述 场而引入的假想曲线，而不是真实存在的线，显示场线分布的实验，只是模拟场 线的分布，而不是证实场线的存在，都是以线的疏密程度表示场的强弱，以切线 方向表示场的方向，任两条线不能相交，但静电场中的电场线是非闭合曲线而磁 感线是闭合曲线；定量描述，电场用电场强度，磁场用磁感应强度，它们都是 用比值法来定义的，电场强度e=f/q,电场屮某点的电场强度由电场本身决定，与 该点有无电荷以及电荷受力无关，磁感应强度b二f/il,磁场中某点的磁感应强度 由磁场本身决定，与该点有无通电导线及导线受力无关；

6、场的性质，电场对放 入其中的电荷有力的作用，且正负电荷在同一点受力方向相反，磁场对放入其 中的通电导线（磁场方向和电流方向不平行）有力的作用，力的方向与磁场方向 和电流方向都垂直，磁场对进入其中的运动电荷（磁场方向和运动方向不平行） 有力的作用，且正负电荷在同一点沿同一方向运动是受力方向相反。二、类比在释疑和解题中的应用类比不光在课堂教学屮有广泛的应用，在回答学生的疑问和习题教学屮还有 更广阔的空间。如生物习题中有这样一道题：海水深处红藻较多，原因是紫光在 海水中前进的深度大。学生就有疑问：物理老师上课时不是说，光在空气中传播, 由于红光的波长较长，传播的距离远，特别是在大雾的天气时现象更加明

7、显，因 此交通路口的禁行标志是红灯。这一题的答案应该是红光在海水屮前进的深度大 才对呀？针对这种疑问，我问他们，红光的波长较长，在空气中传播的距离远， 是什么原因？进一步提示，这里考虑的是各种色光的衍射本领，而在海水屮传播 时，就象子弹穿入木材一样，应该考虑光的穿透本领，我们知道，子弹的动能越 大，在同一木材中进入的深度就大，同样，光子的能量越大，其进入海水的深度 也就越大。在物理练习中，有时一道题解起来很麻烦，但是如果我们应用类比，可以迅 速得到答案。如下题例1：如图，一列简谐横波沿x轴正方向传播，各质点的振幅都是2 cm,某 时刻p、q两质点的位移都是lcm,质点p的速度方向沿y轴负方向，

8、质点q与 之相反，已知p、q两点相距60m,求此列波的最大波长2pq1 本题若依据机械波的生成机制来判断并求解比较麻烦，若用 数学中的三角函数知识求解也比 较麻烦。对于一道填空题似乎也20406080100犯不着花费如此的精力。联系到波的图象上的各质点的位移变化是按止弦规律进 行的，其值与正弦函数的值和相位有具休的对应关系，由p、q的位移是振幅的 一半,其位置类似于函数图象中的？和，通过类比很快得岀p、q间距离lpq=n6 6入+入,当n=0时x有最大值入max=3lpq=180m,可迅速得到答案。12 12 练习：一起辉电压为110伏的毎管接在220伏的正弦式交流电路屮，求氛管在1 分钟内发

9、光的次数和发光的时间。有时物理练习所的物理情境和物理过程比较复杂，解题过程也比较烦琐，如 果利用类比，可以化繁为简，迅速得到答案，如下题。例2：在光滑水平面上有一静上的物体。现以水平恒力甲推这个物体，作用一段 时间后，换成相反方向的水平恒力乙推这个物体。当恒力乙作用时间与恒力甲作 用时间相同时，物体恰好回到原处，此时物体的动能为32j。则在整个过程屮， 恒力甲做的功等于多少？恒力乙做的功等于多少？学生对该物体的运动过程能分清，但解答过程比较烦琐，我让他们冋忆学过 的竖直上抛运动是怎样处理的，我们既可以分阶段求解，也可以将全过程视为匀 减速直线运动而用运动学公式求解。考虑到恒力甲和恒力乙作用在物

10、休上的时间 相同，产生的位移大小也一样，而该题中的物休从受恒力乙起其运动和受力与竖 直上抛运动相似。从功的公式w=fs可以看出：恒力甲做的功与恒力乙做的功之 比即为恒力甲与恒力乙之比，以恒力甲的方向为正，设物体在恒力甲为”，作 用时间t时的速度为v,位移为s,做的功w|,恒力乙为f2,做的功为w2,则可得如 下方程：在恒力甲作用时 f| =majv= a"s= af/2 wi=f】s在恒力乙作用时f2=-ma2 -s=vt- a2t2/2 f2(-)s ek= w2- w) ek=32j可以解得：f2=3fiw=8jw2=24j练习：在方向为竖直方向场强为ei的匀强电场中，一带电液滴

11、恰好静止在a点。 现不改变场强方向而便场强突然增大到e2,经历了一段时间后，乂保持 e2大小不变，突然使电场方向反向，乂经历了一段同样长的时间，液滴恰 好返冋a点。求e/e2例3：有一边长为0.2mx0.1 m的闭合线圈，ih数为100 |巾,总电阻为100q,线 圈平面与磁场垂直，若磁场以如图规律变化，求1分钟内线圈产生的热量。这是一个全新物理情境的新题，以学生所掌握的现有数学知识，即使知道 磁场随时间周期性变化，也无法求tljab/at,午一看似乎无从下手，但是如果 我们冋忆己学过的交变电流的知识就知道，当闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时会产生匸弦式交变电流，而穿过线圈的磁通量以余弦规律变 化，木题中线圈虽然不动但磁场按止弦规律变化。±<i)=bs可知e也按止弦规 律变化，其变化情况同线圈在磁场中匀速转动时的变化情况类似。由类比可知本 题中的线圈里产牛的感应电流变化规律与线圈在磁场中匀速转动产牛感应电流变化规律是相同的。由 em=nbs 3二n 6 m 3可知如将此题类比于线圈转动的情况贝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