浅谈高中物理中的知识类比

温小玲

(呼和浩特市和林一中，内蒙古呼和浩特，011500)

浅谈高中物理中的知识类比

温小玲

(呼和浩特市和林一中，内蒙古呼和浩特，011500)

高中物理内容加深，知识点增多，尤其有些概念容易混淆。教师在学习中如能把这些相似的、容易混淆的概念规律进行类比学习，不仅能避免混淆，而且能彻底理解，起到事半功倍的效果。

物理知识；类比；理解；应用

物理知识很多概念、规律、理论是相似的。在教学中如能发现并应用于教学中，能使学生达到触类旁通、举一反三的效果，提高教学效率。

一、质点 点电荷

二、水流 电流 磁通

在过去的初中物理教材中，关于电流的教学中就引用了水流形成的例子。如图1，A、B两个容器底部用管道连接，当A中水面高于B中水面时即可在管道中形成水流。这是因为对管道中的水来说两端存在压力差，即受力不平衡发生流动，当随着水的流动两侧水面高度差逐渐缩小，管中两侧水柱压力差逐渐消失，水的流动逐渐减弱，最后水面相平压力差消失，水流停止流动。要想保持持续的水流，需要A、B两容器中的水有持续的高度差，这样管中水柱两侧就能有持续的压力差从而维持持续的水流。为此，我们可以在图1装置中加装一个水泵让其不断地把水从水面低的一侧抽向高的一侧，让A、B两侧保持持续的高度差从而形成持续的水流，如图2。

图1

图2

我们再看电流的形成，如图3，A、B两导体分别带有正负电荷，这时当有导体搭在它们之间的话，导体中即有电流形成，这是因为A、B之间存在着电势差。但随着电流的流动，B中的负电荷越来越多地跑到A上中和A中的正电荷，它们之间的电势差逐渐减小，最后消失，电流也逐渐减小最终消失。为了让导体中有持续的电流，需要导体两端A、B有持续的电势差存在。为此我们可以在上述图3装置中加装一个“电泵”，如图4，让其不断地从A中取上负电荷注入B中，可使A、B两端保持持续的电势差，从而使导体中保持持续的电流。这个“电泵”是电源，在它内部有非静力电做功把正电荷从低电势处推到高电势处(或把负电荷从高电势处推到低电势处)。这也正是像水泵靠非重力做功把水从低电势处抬到高处一样。

图3

图4

前面水路装置中管道是水流的载体，后面电路装置中导体是电流的载体，前面“水流强度”与管道两端压力差(两端水面高度差)成正比，与管道的“水阻”(对水流的阻碍作用)成反比，这里应该有个水路“欧姆定律”:I水＝U水/R水。电路中导体电流强度与导体两端电压成正比与电阻成反比，即欧姆定律。这显然非常相似。而且导体电阻大小所遵循的电阻定律R＝ρL/S也与水阻大小所遵循的规律相似，“水阻”与水管长度成正比，与水管横截面积成反比。

三、电场 磁场 引力场

电场是存在于电荷周围的一种特殊物质，其特性就是对处在其中的电荷有电场力的作用，但同一电场内不同位置对同一电荷的作用力不一定相同(即同一电荷在有的位置电场力大，有的位置电场力小，而且方向也有可能不一样)，这就是说即使是同一电场，其中不同点对电荷施加力的能力也是不同的。为了描述电场的这一性质，我们引入电场强度和电场线这两种手段。

磁场是存在于磁体或通电导线周围的一种特殊物质，其特性就是对处在其中的磁体或通电导线有磁场力的作用，但同一磁场内不同位置对同一磁体或同一通电导线(电流强度、导体长度、放置方向均相同)的作用力不一定相同，这就是说即使是同一磁场，其中不同点对磁体或通电导线施加力的能力也是不同的。为了描述磁场的这一性质，我们引入电场强度和磁感线两种手段。

以上看出，电场和磁场的情况是相似的。不仅如此，电场强度和磁感强度，电场线和磁感线的定义及性质都很相似。

其实引力场和电场磁场也很相似，特别是地球表面附近一个小区域内的引力场(重力场)，是匀强的，这和匀强电场、匀强磁场相似，其重力加速度和匀强电场中的电场强度是很相似的物理量。

四、动能定理 动量定理

力的作用效果是改变物体的运动状态，那么运动状态的改变量，不难想到一定与力的大小及力作用过程的长短有关。而力作用过程的长短可从空间(即位移)和时间两方面来描述，这就有了功和冲量的概念:W＝FS和I＝Ft，它们分别是力对空间和时间的积累，其效果分别是引起动能(EK)和动量(P)的改变，关系分别就是动能定理(W＝ΔEK)和动量定理(I＝ΔP)，这显然是相似的。不仅如此，这两个定理不仅适用于单个物体也适用于多个物体组成的系统，那么当系统不受外力仅有内力作用时，由于内力的冲量和一定是零，因此系统受的总冲量即为零。从而有ΔP＝0，这就是动量守恒定律。而系统只有重力和弹力做功没有其他力做功时W＝－ΔEP，这就有－ΔEP＝ΔEK亦即ΔEK＋ΔEP＝0，亦即ΔE＝0，这就是机械能守恒定律。

这两部分知识是极其相似的，教学中如果把它们进行对比讲解，学生就能从根本上理解和掌握这两部分知识，达到融会贯通的目的。

五、共振 共鸣 谐振

任何物体都有其固有频率，即自由震荡时的频率。当物体作受迫振动时，其周期性外力的频率等于或接近固有频率时，很小的驱动力就能使其产生很大的幅度的振动。这就是共振。

在声学中，如果发生器件(如空气柱)的固有频率和外来声音(扰动)的频率相同，则产生强烈的震动，发出很强的声音，这就是共鸣。其实也就是共振，只不过在声学中称为共鸣。还有任何LC (并联或串联)回路都有其固有频率，即做自由电磁振荡时的频率。当加在其两端的交变电压或流过其中的交变电流的频率等于其固有频率时，产生和机械振动中共振现象非常相似的现象，这里不再赘述。

六、电场力做功 重力做功 弹力做功

在重力场中，当物体从低处运动到高处时，重力做负功，重力势能增加，增加量等于克服重力所做的功；反之当物体从高处运动到低处时，重力做正功，重力势能减少，减少量等于重力所做的功。重力做功与运动路径无关，仅与始末位置高度差有关。在电场中，当正电荷从低电势处运动到高电势处时电场力做负功，电势能增加，增加量等于克服电场力所做的功；反之当正电荷从高电势处运动到低电势处时电场力做正功，电势能减少，减少量等于电场力所做的功。这里不同的是物体质量只有正的，而电荷却有正负之分。因此负电荷从低电势处运动到高电势处时电场力做正功。这里与正电荷的情况正好相反。弹力做功引起弹性势能变化的情况与之很类似，这里不再赘述。这几种力做功的特点就是做功多少只与始末位置有关，与路径无关。

以上仅是列举几个例子，其实物理学中相似的知识还很多，写这篇文章仅起抛砖引玉的作用，教学中可进一步挖掘、发现和应用。随着我们对物理学的进一步深入的学习，我们最终能知道它们为什么是相似的，它们的相似好多不是偶然的，而是必然的。

[1] 教育部.普通高中课程教科书:实验[M].北京:人民教育出版社，2004.

[2] 教育部.普通高中课程教师教学用书[M].北京:人民教育出版社，2004.

G633.7

A

2095－3712(2014)12－0078－03

温小玲，女，本科，呼和浩特市和林一中教师，中学二级。