类比法在物理教学中的应用

王月红

摘 要：类比法是一种科学思维方法。主是指通过比较几种事物的本质、概念、规律，从找出它们的相似点或相同点，进而把其中某一事物与物理情景的有关知识、规律和结论推移到另一物理情景中去，解决另一种物理现象中的问题的思维方法。学会类比，对于学生知识的架构、解题能力的提高可以起到事半功倍的效果。

关键词：类比法；物理概念；物理模型

物理学是是自然科学和技术科学的基础，学好物理，从小的方面，有助于学生的升学，从大的方面对促进经济与社会的发展具有重要作用。但从接触物理这门学科开始，很多学生都有畏难情绪，一方面是思想上的不重视导致基础没打扎实；另一方面是没找到好的学习方法。

新课程的教学理念在于以学生为主体，教师为引导。作为一名教育工作者，要明确教育的本质不应是简单的知识传授，方法才是学生今后学习的工具。因而教学过程中教师要尽量做到“授生以渔”。物理的学习方法有很多，笔者重点讨论类比法。

类比法也称类比推理方法，简而言之，就是把两种事物、物理概念、规律进行对比，找出它们的相似点或相同点，从而用一个物理现象的规律去解决另一种物理现象中出现的问题的思维方法。学会类比，对于学生知识的掌握、解题能力的提高可以起到事半功倍的效果。笔者通过几年的物理教学，进行了探索，现小结如下：

1 新课教学中如何运用类比法

1.1 感性认识类比，建立物理概念

物理概念是学习物理的基础，但物理概念往往较为抽象，虽然生活处处是物理，但不代表学生理解其实际含义，特别是当这个概念是看不到摸不到时，学生就更没有感性知识作为铺垫了。此时教师如能利用类比教学，将物理概念生活化、形象化，将有利于初学者更好的学习和掌握物理概念。

如在初中的《浮力》，教材对于浮力方向及作用效果的处理，将物体受到液体对其的浮力与手对物体的托力与类比，将看不到的浮力转化为感受得到的托力，使学生容易得出浮力的方向是竖直向上的，从而使知识的探究过程有迹可循。再如《电路》的教学，电流、电压这些概念对学生而言，看不到、摸不到、感受不到，教师可以在教学中将电流与水流进行类比，提升学生的感性认识，而后通过引导，让学生自主发现要有水流就要有水压，要有持续的水流就要有水循环，从而再推论得出有电流必须要有电压，而要有持续电流则需要有持续的电压，从而再引入电源的概念。

还有些物理概念学生闻所未闻，那么理解起来更显得困难，此时如果用熟悉的、形象化的事物去类比，那么往往能加速学生的认知过程。如高中物理教材对于《电动势》概念的处理就采用了将电源电动势与抽水机的类比，使学生切身体会到电动势表示的是将其它形式的能转化为电能的本领，并且抽水机型号或种类的不同其抽水高度也不同，即电动势的不同。再如：学习电容器的电容概念时，电容是个陌生、抽象的物理概念。教师在教学中将电容器、电容、储存电荷类比容器、容积、储存物资，可以使学生轻松形成电容是反映电容器储存电荷的本领这个概念，电容的大小与储存的电荷的多少无关。并可以自然的引出电容的大小可能与哪些因素有关，从而引发学生结合自身的知识体系思考、猜想，最终再通过实验验证得出电容器的电容类似容器的容积一样由本身结构决定，加深“电容”概念的形成。

1.2 物理意义类比，建立物理概念

如速度、加速度、功率、感应电动势等的物理概念的建立是通过比值法来定义的。其物理意义相似，都与快慢有关，通过类比可以归纳得出快慢有关的物理意义，其定义式的分母为时间，分子则为比较的对象。如表1

1.3 物質本身属性的物理量的定义进行类比

它们的共同特征是：属性由本身所决定。将其应用类比对它们进行教学，有助于对这类概念的理解。如表2

1.4 运用类比法，沟通新旧知识，让学生尽快掌握新知识

类比的过程是对学生所学知识的举一反三，教会学生类比，有利于学生对知识的理解。实践证明，采用类比法进行新课教学，符合学生的认知规律，在教学过程中效果较好。

新旧知识类比学习新概念。如在学习电磁感应电动势时，可以将已学过的电路（图1）与电磁感应的电路（图2）进得对比，将新旧知识进行关联，让学生明确各个部分在电路中的作用，从而理解发生磁通量变化的部分来充当电源，提供电源电动势，并且只要磁通量发生变化就有会感应电动势存在而与是否闭合电路无关。

再如场的性质的讲解，学生对于电场磁场知识的理解存在一定的困难。通过与重力场的类比，有助于学生对这部分知识的掌握。如表3

2 运用类比法，构建物理模型

“物理模型法”是指通过建立物理模型来研究和学习物理、分析处理和解决物理问题的一种思维方法。如果学生通过分析知道这个问题属于什么模型，就可以运用已有的知识、经验去解决，这其实也是类比的过程。中学物理常见的物理模型有以下几种：

2.1 理想化模型类比，分析适用条件

如质点、点电荷，其判断方法类似，都是研究对象本身比其研究的空间尺度小得多。如轻绳、轻弹簧，都不考虑其重力，但其主要都是提供弹力等等。在研究的过程中将其放在一起类比研究，便于学生找到其共同点和区别点，从而在解题中找到突破口。

2.2 运动变化过程的模型的类比，寻求运动规律

动力学问题在高中物理占了很大一部分，在物理高考中绝大多数题目都离不开以下几种基本运动变化过程的模型，①匀速直线运动②自由落体运动③竖直上抛④平抛运动⑤匀速圆周运动等等。由于这类模型的受力特点与运动特点类似，因而在解题过程中也存在着解题方法的相似。教学过程中，可以将进行类比，找出规律，从而迅速找出解题的方法。比如在解带电粒子在偏转电场中的运动时，类比如表4。

通过类比，学生可以找出两种运动的共同点，并自行推导得出带电粒子在电场或者重力场和电场的复合场中等类平抛运动的解题方法和规律。从而加深学生对此类模型的理解。

3 运用类比法，提高学生分析、解题的能力

很多学生在学习物理上有个误区，认为题目做得越多对于知识的掌握也就越牢固，从而陷入题海中，但又往往事与愿违。教师在习题课中应避免就题讲题，而应将题目进行拓展，并教会学生寻找题目的相似点，通过类比对题目的类型触类旁通。如下关于变速圆周运动的题目：

（1）表演“水流星”节目，拴杯子的绳子长为l，绳子能够承受的最大拉力是杯子和杯内水重力的8倍.要使绳子不断，节目获得成功，重力加速度为g，求： 杯子通过最高点时速度的最小值为多大？

（2）如图3所示，半径R=2.5m的光滑半圆形轨道固定在水平地面上，一小球以某一速度从半圆形轨道的最低点A冲上轨道，恰好能从半圆轨道的最高点B水平飞出，不计空气阻力，求： 小球达到B点时的速度大小。

（3）如图4在水平向右的匀强电场中，有一质量为m、带正电的小球，用长为l的绝缘细线悬挂于O点，当小球静止時细线与竖直方向夹角为θ（如图所示）.现给小球一个垂直于悬线的初速度，使小球在竖直平面内做圆周运动.试问（不计空气阻力，重力加速度为g）： 若小球恰好完成圆周运动，则小球运动过程中的最小速度值是多少？

题（1）和题（2）进行对比，小球在最高点主要是受重力和指向圆心的弹力，如果要恰好完成圆周运动，则最高点所受指向圆心的合力应达到最小，即弹力为零。通过引导，使学生发现变量为弹力，从而判断此类模型的解题方法。

对比题（1）和题（3），都为绳拉小球模型，但区别在于例1的场力为重力，方向竖直向下且在最高点与速度方向相垂直，而小球能否完成完整的圆周运动，取决于是否能通过这个特殊的“最高点”。从而引导学生发现例3的解题规律为把重力与电场力先合成为合场力，并且在速度与其垂直时才是理论上此圆周的最高点。从一定意义上通过类比的方法教会对知识进行了迁移和拓展。

类比法在物理学研究和物理教学中起着重要作用，教师在教学中有意识的对学生进行类比法的教育，有利于培养学生的自学能力、归纳能力、发散思维，提高学生对于知识的理解和解题能力。但值得注意的是进行类比的两事物必须具有可比性，即在某些属性上具有相似性，同时也要告诉学生其知识上的区别，如在《合力与分力》的讲解时，着眼点在效果，教师会将其与一些生活现象如10元钱的效果与两张5元钱的效果相同进行对比，但要注意一个是矢量一个是标量的问题，否则将可能导致错误的结论。