类比法在高中物理核心素养教学中的运用

摘  要：当前新课程改革呼唤教师转变教育教学的背景下，如何有效地推动基于核心素养的教学改革，就要保证课堂教学方式的有效性。要有有效的教学策略：有效的教学方式，物理观念的渗透，物理科学方法的教学，解决实际问题能力的培养，自学能力的养成等。课堂是培养学生核心素养的主阵地，本文通过对静电场与万有引力场的概念、定义、定理、公式进行分析类比，进而总结出一些对高中物理静电场教学的心得体会。

关键词：核心素养教学;静电场;万有引力场;相似性;类比法

对进入高二的理科学生来说，功课突然变难、学业任务变多、压力变大，采用高一的学习方法很难应付高二课程的学习，导致学习成绩不够理想，从而给学生们造成很大的心理落差，很容易使学生失去对学习理科的兴趣和信心，所以高二是高中阶段的一个重要分水岭。尤其是学生对物理《静电场》的学习，就暴露出很大的问题：由于《静电场》中的概念、定义、定理、公式比较多，造成学生对其吃不准、理解不透、公式记不住，在实际运用时经常出现概念性的问题、甚至张冠李戴、错误百出。那么如何更好、更有效地学习《静电场》呢？笔者根据学习从教心得，总结发现万有引力场与静电场有很多相似之处，若将万有引力场的概念、定义、定理、公式等应用到静电场的教学中，更便于学生对静电场的学习掌握、理解和应用。

1.万有引力场与静电场中概念、定义的相似性

1.1质点与点电荷

在万有引力场中，如果物體的大小、形状对研究的问题所起的作用很小或没有，或物体的尺寸大小远小于物体间的距离，就可以忽略其体积，将它看作有质量的点，称为质点;在静电场中，如果带点体本身的尺寸大小，比问题所涉及的距离小得多，就可以忽略其大小，将其看成带有电量的点，称为点电荷。点电荷与质点的概念很相似：都是忽略物体本身大小而看成一个点，但这个点具有物体的物体全部质量或电量，都是科学的抽象、理想化的物理模型。

1.2引力强度与电场强度

万有引力场中引力强度等于该点处单位质量的物体所受的引力，即g=G/m。而电场中某处的电场强度等于该点处的单位试探电荷所受的电场力，即E=F/q;都属于从物质的本质上进行定义的。

1.3 势的定义

引力场中某点的引力势在数值上等于把单位质量的物体从该点移到无穷远处万有引力所做的功，即V=W/m;电场中某点的电势在数值上等于把单位正电荷从该点移到无穷远处静电力所作的功，即;两定义中都是把无穷远处作为势的零点。

1.4势能的定义

质点在引力场中的引力势能，等于把该质点移到零引力势能出万有引力做的功;点电荷在电场中的电势能等于把点电荷移到零电势处静电力所做的功。

2.万有引力场与静电场中定理、公式的相似性

2.1万有引力与库仑力

真空中点电荷之间的库仑力与质点间的万有引力，两个公式非常对称、极为相似，F大小与距离的平方成反比，与两点电荷所带电量或质点的质量的乘积成正比。宏观中物体间的万有引力定律与微观中电荷间的库仑定律竟然有如此的相似，充分体现到物质世界的和谐美、对称美的自然法则。其实，整个静电学都是借鉴和利用了万有引力理论的已有成果而发展起来的。

2.2重力做功与电场力做功

重力做功：质量为m的物体在重力的作用下，从hA位置运动到hB位置时，重力做功WAB=mghAB，重力所做的功与物体的起始位置和终止位置有关，但与物体经过的路径无关。同样电场力做功：试探电荷q在电场力的作用下，从A运动到B，电场力做功WAB=qEdAB=qUAB，因此在电场中，静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关，故两力都为保守力。

2.3重力势能与电势能

在物体仅受重力时，重力对物体做正功，物体重力势能减小，动能增加，相反重力对物体做负功，物体重力势能增大，动能减小，即：WAB=EPA-EPB;同样电荷仅受电场力时，电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小，动能增大，而电场力对电荷做负功，电荷的电势能增大，动能减小，即：WAB=EPA-EPB;

2.4平抛运动与类平抛运动

在引力场中，如果物体的初速度V0与重力垂直，物体在水平方向上将做匀速直线运动，即：Vx=V0，y=V0t，在竖直方向上将做自由落体运动，即Vy=gt，y=1/2gt2，称为平抛运动;而在电场中，如果电荷的初速度V0与电场力垂直，电荷在与电场力垂直的方向将做匀速直线运动，即：Vx=V0，x=V0t，在与电场力平行的方向将做匀加速直线运动，即：Vy=at，y=1/2at2，称为类平抛运动;

3.结束语

通过以上对万有引力场与静电场的相关概念、定义、定理、公式进行分析比较，我们不难发现万有引力场、静电场之间有很多惊人的相似之处，因此我们在讲授静电场时，不妨借用同学们已经比较熟悉的万有引力场的相关知识，进行相似类比法讲授，譬如：在讲授“点电荷”时，概念比较抽象就可以有意地引导学生回顾一下学习“质点”时，抓住事物的主要矛盾，将物体科学地抽象为一个有质量而体积不计的有质量的点;再者就是利用“平抛运动”与“类平抛运动”的相似性进行相关的计算等。这样充分利用静电场与万有引力场的相似性进行类比教学，可以更好地帮助学生理解静电场中的概念、定义、定理、公式等知识，从而达到事半功倍的效果。

参考文献

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作者简介：吕磊（1981年10月），男，河南，光学硕士研究生，中学中级物理教师，任教于广东省珠海市实验中学，兼物理教研组长。