类比法在高中物理教学中的应用

潘海良

摘 要：在物理教学中运用类比方法可以帮助学生快速的理解概念，解决物理问题，同时又可以发展学生的思维能力，使学习成为学生自觉积极的活动，但也应注意其差异性。

关键词：类比法；概念教学；物理解题；发散思维

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1672-8882（2015）01-149-01

在多年的物理教学过程中发现学生在学习法拉第电磁定律时，感到困难，不易理解，在处理这个问题时，我们常用类比法解决，那么，什么是类比法呢？

一、类比法的定义

所谓类比，是根据两个（或两类）对象在某些方面的相同或相似从而推出他们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。在特定的教学中运用此种方法会达到事半功倍的作用。

二、类比法在比值定义概念教学中的应用

对于一些极为陌生、抽象的物理概念，如果用熟悉的、形象化的事物去类比，那么往往会产生“一语道破天机”的惊人作用，帮助学生加速认识过程。现就高中教材中的几种情况列举如下。

学生在理解平均加速度和瞬时加速度之间的关系时，我们可以将学习加速度的过程和学习速度的过程加以比较。在比較中，学生可能很容易理解平均加速度与瞬时加速度之间的关系。比如，我们在引导学生做以下比较时容易得到以下结果——速度是位置的变化率，加速度是速度的变化率；速度与位移的方向相同，加速度与速度变化量的方向相同；在时间很小时，平均速度接近瞬时速度，那么在时间很小时，平均加速度就接近瞬时加速度了。

“场”是物理学中的一个重要概念，“电场”看不见、摸不着，十分抽象，难于理解。尤其是建立电势能和电势的概念，我们也是采用类比法。具体操作如下（1）物体在重力场中具有重力势能，电荷在静电场中也会有势能吗？（2）重力做功与路径无关，静电力做功也与路径无关吗？（3）重力做的正功等于减少的重力势能，克服重力做的功等于增加的重力势能，用公式表示为W= - EP。那么静电力做的正功也等于减少的电势能吗？克服静电力做的功也等于增加的电势能吗？用公式表示也是W= - EP吗？（4）重力势能具有相对性，电势能也具有相对性吗？（5）质点在某点的重力势能等于把它从该点移动到零势能处的过程中重力做的功，电荷在某点电势能也等于把它从该点移动到零势能处的过程中静电力做的功吗？（6）重力势能属于物体与重力场组成的系统，电势能也属于电荷与静电场组成的系统吗？通过以上问题的类比，学生就可以把类比结果列表呈现出来，进而理解电势能的概念。但应该指出的是：静电力做功比重力做功的情况复杂。

在教学中，应用类比法帮助我们理解概念的例子还有很多。例如：用做机械运动的物体的动能和势能类比物体分子无规则运动的动能和势能；等势面类比等高线；场的叠加类比波的叠加等等。利用类比法使抽象、陌生的概念变为具体、熟悉的知识，降低知识理解的难度，提高了学生学习物理的兴趣。

三、类比法在物理解题中的应用

用类比的方法还可以求解一些物理问题，可以用已知模型的物理规律求解一些不熟悉的物理问题，拓展了学生的思维，也简化了解题过程。

例如：用类比法处理复合场问题。各种性质的场同时占据同一空间，从而行成复合场。对于复合场中的力学问题，可以根据力的独立作用原理分别研究每一种场力对物体作用效果，也可以同时研究几种场力共同作用的效果，将复合场等效为一个简单场，然后与重力场中的力学问题进行类比，利用力学的规律和方法进行分析和解答。

例：半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量为m，带正电的小球，空间存在水平向右匀强电场。如图所示，小球所受静电力是重力3/4倍。将小球从环上最低点A点静止释放，则小球所能获得最大动能Ek为多少？

解析：设小球的带电量为q，电场强度为E。小球在运动过程中受到三个力作用，其中只有电场力和重力对小球做功，其各力大小为F= ，设F与竖直方向间夹角为θ，如图所示，则sinθ= codθ= ，把这个合力等效为复合场，此复合场的强度为g/ ，g/与竖直方向的夹角如图所示，设为e，小球沿圆环运动。可以类比与单摆的振动，运动中动能最大的位置在”最低点”，由能的转化及守恒定律可得最大动能

E k=mgr（1 - COSθ） 。

四、类比法在开发学生创造性思维中的应用

运用类比法教学，不但可以帮助学生理解知识，建立知识网络，使知识条理化，还可以培养和开发学生的创造性思维，随着物理教学的深入，学生掌握的知识逐渐形成网络，这里有知识的横向式拓宽，也有递进式的深入，学生的知识和能力就产生了质的飞跃，学生的创造性思维的发展也就寓于其中了。在这过程中，类比法是揭示这些知识内在联系的好方法。例如，图线教学中，V-t图线下的面积表示位移，F-t图线下的面积表示冲量，I-t图线下的面积表示电量，P-V图线下的面积表示功，F-S图线下的面积表示功。通过这些图线的类比，学生们对图线的物理意义有了深刻的认识。如果要求电容器的带电量，我们可以作电容器的放电电流I随时间t的变化规律图线，再由图线面积求电量Q。

类比法能使教学新颖、活跃，又能潜移默化地使学生受到物理方法教育，激发学生的探索精神。但是，类比方法也有其局限性，类比是由个别到个别或一般到一般的不完全归纳推理。因为已知的相似属性和推出的相似属性之间不一定有必然的联系，所以从两个对象之间在某些属性方面的相似或相同，并不能得出它们在某些属性方面必然相似或相同的结论。可见，运用类比方法得出的结论不一定都是可靠的。

类比推理得到的结论的可靠程度是由相比较的两个对象所共有的性质和推出的性质之间的联系决定，只有类比的相同属性多，类比属性与类推属性有本质联系或联系密切，则类比所得结论就比较可靠；否则，可靠程度就小。

因此，正确应用类比方法的关键是，既要选择适当的类比对象，又要抓住事物的本质联系作为推理的依据，同时还要在分析、综合的基础上比同比异，方能得到较为可靠的推论。