愛(ài)華網(wǎng)類(lèi)比法在物理教學(xué)中的應(yīng)用
武漢市第十四中學(xué)----蔡福生
【摘要】在物理教學(xué)中運(yùn)用類(lèi)比方法可以引導(dǎo)學(xué)生自己獲取知識(shí)；同時(shí)又可以激發(fā)學(xué)生聯(lián)想，使學(xué)習(xí)成為學(xué)生自覺(jué)積極的活動(dòng)，有利與發(fā)展學(xué)生的思維能力。
【關(guān)鍵字】類(lèi)比 新概念教學(xué) 相關(guān)知識(shí)教學(xué) 物理解題
在教學(xué)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)這樣現(xiàn)象：學(xué)生在課堂上聽(tīng)的都懂，但自己一做就容易錯(cuò)。分析原因是學(xué)生沒(méi)有掌握學(xué)習(xí)方法。“授人以魚(yú)，不如授人以漁”。所以傳授給學(xué)生學(xué)習(xí)方法更重要。類(lèi)比法即是一種重要方法。
所謂類(lèi)比法是根據(jù)兩類(lèi)不同的物理過(guò)程，找出相同或相似點(diǎn)，從而推出它們之間在其他方面相似的一種科學(xué)方法。是立足于已有物理現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展物理認(rèn)識(shí)的有效試探方法。在物理與研究中具有啟發(fā)思路，舉一反三，觸類(lèi)旁通的作用。例如德布羅意根據(jù)光的波粒二象性類(lèi)比提出：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性的假設(shè)，1972被電子衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。又如庫(kù)侖在電磁學(xué)研究中從牛頓的萬(wàn)有引力定律公式F∝m1m2、/r2中，聯(lián)想到電荷之間的相互作用力也應(yīng)遵從F∝q1q2/r2這一基本的電作用規(guī)律，于是就把庫(kù)侖力的定量關(guān)系類(lèi)比于萬(wàn)有引力公式，而得出F∝q1q2/r2。類(lèi)比是提出科學(xué)假設(shè)的一條重要途徑。
在高中物理階段中，采用類(lèi)比方法進(jìn)行教學(xué)，在比較相近，比較小的范圍內(nèi)做類(lèi)比，是一種切實(shí)可行的科學(xué)方法。例如：機(jī)械波與與光學(xué)（在幾何光學(xué)，物理光學(xué)范圍內(nèi)）的類(lèi)比；原子的行星結(jié)構(gòu)模型與太陽(yáng)系的類(lèi)比：光的微粒說(shuō)－波動(dòng)說(shuō)－波粒二象性歷史發(fā)展的類(lèi)比。現(xiàn)在結(jié)合我在教學(xué)中的一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從以下幾個(gè)方面闡述：
1.類(lèi)比法在新概念教學(xué)中的應(yīng)用。
在物理中有許多概念是用比值定義法來(lái)定義。但學(xué)生由于受數(shù)學(xué)思維定勢(shì)影響往往對(duì)這種定義法理解不透徹，如在電場(chǎng)強(qiáng)度教學(xué)時(shí)許多學(xué)生從公式E=F/q得出E∝F﹑E∝1/q的錯(cuò)誤結(jié)論。此時(shí)可以用學(xué)生已熟知的密度概念來(lái)類(lèi)比。兩者的共同特征是：屬性由本身決定。密度=m/v，體積相同的兩種物質(zhì)，質(zhì)量大的密度大，用單位體積的質(zhì)量來(lái)表示物質(zhì)的這種性質(zhì)，但密度由物質(zhì)本身決定，與質(zhì)量和體積無(wú)關(guān)。同樣，對(duì)于電場(chǎng)中的兩點(diǎn)，如果同樣的點(diǎn)電荷在某點(diǎn)受力大，就說(shuō)明這點(diǎn)的電場(chǎng)越強(qiáng)。我們用單位電荷量的電荷受到的電場(chǎng)力，即電場(chǎng)力與電荷量的比值表示電場(chǎng)的這種性質(zhì)，E=F/q但與F和q無(wú)關(guān)，由電場(chǎng)本身決定。
2.類(lèi)比法應(yīng)用與相關(guān)知識(shí)教學(xué)。
在電場(chǎng)教學(xué)時(shí)，由于電場(chǎng)比較抽象，我們可以利用學(xué)生熟悉的重力場(chǎng)來(lái)類(lèi)比教學(xué)，幫助學(xué)生很好的理解電場(chǎng)的一系列特性。見(jiàn)表
重力場(chǎng) | 電場(chǎng) | |
場(chǎng)的性質(zhì) | 對(duì)放入其中的物體有力的作用 | 對(duì)放入其中的電荷有力的作用 |
描述場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量 | 重力加速度g： g=G/m,但與G和m無(wú)關(guān)，取決與地球質(zhì)量，及到地球的距離有關(guān)。 | 電場(chǎng)強(qiáng)度E: E=F/q,但與F和q無(wú)關(guān)，取決與場(chǎng)源電荷，及到場(chǎng)源電荷的距離有關(guān)。 |
場(chǎng)力的大小與方向 | G＝m g，方向與g相同。 | F＝q E，方向與E相同。 |
力做功特點(diǎn) | 1.重力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與初末位置高度差有關(guān)。 2.重力做功與重力勢(shì)能關(guān)系：重力做正功，重力勢(shì)能減少；重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加。 | 1.電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與初末位置電勢(shì)差有關(guān)。 2.電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能關(guān)系：電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。 |
3.類(lèi)比法在物理解題中的應(yīng)用。
物體的運(yùn)動(dòng)及相互作用往往是比較復(fù)雜的，當(dāng)一個(gè)物理事物與另一個(gè)（或幾個(gè)）物理事物在相同情景下產(chǎn)生效果相同時(shí)，我們往往將復(fù)雜的物理事物類(lèi)比與簡(jiǎn)單，易與研究的物理事物。
例如：類(lèi)比法處理疊加場(chǎng)。各種性質(zhì)的場(chǎng)同時(shí)占據(jù)同一空間，從而行成疊加場(chǎng)。對(duì)于疊加場(chǎng)中的力學(xué)問(wèn)題，可以根據(jù)力的獨(dú)立作用原理分別研究每一種場(chǎng)力對(duì)物體作用效果，也可以同時(shí)研究幾種場(chǎng)力共同作用的效果，將疊加場(chǎng)等效為一個(gè)簡(jiǎn)單場(chǎng)，然后與重力場(chǎng)中的力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行類(lèi)比，利用力學(xué)的規(guī)律和方法進(jìn)行分析和解答。
例：半徑為r的絕緣光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，環(huán)上套有一質(zhì)量為m，帶正電的珠子，空間存在水平向右勻強(qiáng)電場(chǎng)。如圖所示，珠子所受靜電力是重力3／4倍。將珠子從環(huán)上最低點(diǎn)A點(diǎn)靜止釋放，則珠子所能獲得最大動(dòng)能E k為多少？
解析：設(shè)珠子的帶電量為q，電場(chǎng)強(qiáng)度為E。
珠 子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到三個(gè)力作用，其中只有電場(chǎng)力和重力對(duì)珠子做功，其各力大小為F＝
,設(shè)F與豎直方向間夾角為θ，如圖所示，則sinθ= COSθ=,把這個(gè)合力等效為復(fù)合場(chǎng)，此復(fù)合場(chǎng)的強(qiáng)度為g/=，g/與豎直方向的夾角如圖所示，設(shè)為θ，珠子沿圓環(huán)運(yùn)動(dòng)?？梢灶?lèi)比與單擺的振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能最大的位置在”最低點(diǎn)”，由能的轉(zhuǎn)化及守恒定律可得最大動(dòng)能Ek=mg’r(1-COSθ)= mgr。
以上是我在教學(xué)中用到類(lèi)比法的一些例子，在物理教學(xué)中運(yùn)用類(lèi)比方法可以引導(dǎo)學(xué)生自己獲取知識(shí)；同時(shí)又可以激發(fā)學(xué)生聯(lián)想，使學(xué)習(xí)成為學(xué)生自覺(jué)積極的活動(dòng)，有利與發(fā)展學(xué)生的思維能力。但在使用類(lèi)比方法時(shí)，要注意各種不同事物之間的差異和區(qū)別，在引進(jìn)新概念、新規(guī)律時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步把它們的本質(zhì)講清楚。只有這樣，才能使學(xué)生更好地理解所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生的思維和加深對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，在教學(xué)中起到舉一反三的好效果。
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