物理教与学中巧用类比法

物理教与学中巧用类比法【摘要】在物理学的发展过程中,很多科学家就是巧妙地运用了类比推理，提出科学假说，从而获得巨大成功。在众多的科学方法中，类比方法是科学家最常用的方法。康德曾说过：“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往指引我们前进。”不讲科学家的研究过程中利用类比方法得到的巨大成功，就说说目前横在初高中学生面前的物理学习，类比法也是一中非常重要，有用和有效的学习方法.如果能够正确地掌握和应用这种方法，将使学生在学习物理的道路上更有趣，有方法，有积极的效果.【关键词】类比；比较；应用；概念；公式；图形什么是类比法，类比法也叫“比较类推法”，是指由一类事物所具有的某种性质，可以推测与其类似的事物也应具有这种性质的逻辑推理方法。类比法的作用是“由此及彼”。我们可以把“此”看作是类比的前提，而“彼”则就看作是类比的结论，由此可得类比思维的过程就是一个逻辑推理的过程，它最突出的特点就是是“先比较，再逻辑推理”。“比较”是类比的基础，“比较”既要比较我们所研究不同事物即研究对象的共同点也要比较他们的不同点。研究对象之间的共同点是类比法是否能够使用的前提条件，没有共同点的研究对象之间是无法进行类比推理的。在物理的教与学中，常常有一些十分抽象的、看不见、摸不着的物理量或物理概念，由于不易理解，我们就拿出一个大家能看见的且与之很相似的物理量或物理概念来进行对照比较学习，从而达到理解的目的。物理教师在教学的过程中如果能灵活应用类比法，将能达到事半功倍、画龙点睛、拓宽思路的作用。.概念的类比1.1电压概念与水压概念。初中物理电学是中考的重点和难点，电压电流的概念又比较抽象，不容易掌握，所以可以用水压进行类比的方法帮助学生理解，这是因为水压的作用学生容易观察，生活中又有体会，比较容易理解的缘故。如果有一根水管两端的水面有高度差（即水压），水就会从水位高的一端流向水位低的另一端。则可以知道水管有水压，水才会流动形成水流。和水流一样，导体中的电荷在电源电压的作用下形成定向移动而成电流。水压是形成产生水流，电压使电路中形成电流；水压越大，喷出的水越多，电压越大，电流也将越大；在高中物理书中将抽水机看成提供水压的装置，以此来类比电源是提供电压的装置。水流推动涡轮做功将水能转化为涡轮的动能；类似地，电流通过电灯时电流做功将电能转化为光能。当然在学习过程中，只能把电压与水压进行比较，而不能等同起来，毕竟这是两种完全不同的事物，只能对照水压来理解电压，同时应注意它们的区别。例：某同学在学习电学知识时，在老师的引导下，联想力学实验现象，进行比较并找出了一些相类似的规律，其中不准确的是（）水压使水管中形成水流；类似地，电压使电路中形成电流抽水机是提供水压的装置；类似地，电源是提供电压的装置抽水机工作时消耗水能；类似地，电灯发光时消耗电能水流通过涡轮时，消耗水能转化为涡轮的动能；类似地，电流通过电灯时，消耗的电能转化为内能和光能正确答案是C，因为抽水机工作时没有消耗水能，是将电能转化为水的机械能。1.2磁场概念和电场概念。在高中物理中，“电场”是高考重点，而它的概念比较抽象，学生往往很难理解。我们可以用初中所学的磁场与其类比：磁体的周围存在着磁场，磁场的基本性质是对放入磁场中的其他磁体产生磁力的作用。同样地，电荷的周围也存在着电场，电场对处于其中的电荷有电场力的作用。电场和磁场一样都看不见，摸不着，但又客观存在，都是一种客观存在的物质。为了方便描述磁场，用虚构的带箭头的曲线即磁感线来描述磁场，磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，任意两条磁感线不相交，磁感线上任意一点的切线方向表示改点的磁场方向，磁极间的相互作用力靠磁场传递。同理可类比：为了方便描述电场，用虚构的带箭头的曲线即电场线来描述电场，电场线的疏密程度表示电场的强弱，任意两条电场线不相交，电场线上任意一点的切线方向表示改点的电场方向，电荷间的相互作用力也要靠电场来传递。其实，电场和磁场间能够类比，是因为电和磁间有着密切的联系。通过类比，可以在新旧知识间架起了一座桥梁，既让学生复习已掌握的旧知识，又能顺利地，受和理解新知识，事半功倍。再如：电势W和场强E这两个描述电场的物理量，W、E与检验电荷q有没有关系呢？而？=m/V，当物体的质量和体积发生变化时，物体的密度为某一恒定值；再如，欧姆定律中R=U/I，若电阻不接入电路中，U、I均为零，但电阻R却一定。其原因，它们都是事物本身的物质属性，与其他事物无关。这种简单的类比，使学生可以很容易理解：W、E是描述电场本身性质的物理量，电场是客观存在的，与检验电荷无关，而定义式：E=F/q、甲=£/q只是定义U、E和计算U、E大小的。1.3电荷守恒定律和能量转化与守恒定律。讲到电荷守恒定律的概念时，其实我们可以回顾能量转化与守恒定律，“能量既不能凭空创生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化到另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体上，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。”当然了，电荷不能转化，但电荷可以转移，我们只需要将能量转化与守恒定律中的能量改成电荷，将转化的字眼去掉，那么，电荷守恒定律马上就出来了。通过类比，确实在物理学习中可以达到“省力省距离”的效果。另外，像匀速圆周运动的线速度和角速度其实也可以类比匀速直线运动的速度的定义来依样画葫芦，物理学中还有很多类似的概念。.公式之间的类比在物理教学中有很多知识点间有相似特点，把他们进行比较，发现它们之间的相似点和不同点，可以达到加强记忆的目的。比如：在教学中常常把电场与重力场、电势与高度、电势差和高度差进行对比；把万有引力定律和库仑定律等知识内容和知识点进行比较，指导和帮助学生对这些内容之间的共同点和不同点加以区分理解。再如：可以在教库仑定律时从内容的文字叙述和公式的形相似与万有引力定律从两方面作比较，（1）都有跟某个物理量的乘积成正比的描述，（2）万有引力和库仑力都跟距离的平方成反比，（3）从公式F=kQ1Q2/r²和F=GMm/r²来看形式虽然相同但其本质不同，一个是用来计算电荷间的作用力的大小，另外一个是有质量的物体间万有引力大小的计算。在物理教学中也可指导学生类比具有相同形式的公式，比较它们间的相同的变化特点和变化关系，达到掌握知识的效果。教学中指导学生把内容要点不同的但形似的公式列出来比较，找出它们的异同点，例如：把公式a=F/m、v=s/t、C=Q/U和I=U/R等公式，在教学中指导学生从中找出共同点:即第一是公式中具有相同的形式，第二是物理量中具有相同的属性，第三是公式中的物理量具有相同的变化特点.当然，我们也可一帮助学生从物理公式中找出其中一个量不随其他量的变化而变化，如：v=s/t中，如果表示的是匀速直线运动，那么速度其实跟位移和时间是无关的，所以要特别注意这样的公式或物理量的存在.再如，同一段导体它的质量和电阻是保持不变，而I与U、a与F成正比的关系一样。又如：C=Q/U这个公式中对于固定的电容器来说“C”是不变的，是电容本身的属性，与其他物理量无关..图形的类比学习物理中，画图分析非常重要，几乎每道力学知识和一些运动学知识的题都需要画图分析。在很多题目中，用通常意义上的语言或文字表达有时难以表达或过程繁琐。所以，按照正确的方法进行画图分析是学习物理的重要方法和手段，画图分析可以说在物理教与学上具有重要的地位。3.1图形斜率的类比。在高一年的匀速直线运动的s-t图象中我们可以从数学知识中通过图象的斜率求得速度的大小：k=As/At=v（速度的定义：物体在单位时间内通过的位移为物体的速度），那么，通过类比，我们也知道在匀变速直线运动中的v-t图象中，通过对图象的斜率的求解再利用定义可知斜率表示的是加速度：k=Av/At=a（加速度的定义：物体的速度变化与发生这一变化所用的时间的比，叫做物体运动的加速度）。如下图：3.2图形面积的类比。我们也以匀速直线运动的v-t图象为例，在图象中，可以用图象和时间轴围成的面积表示位移（s=vt），如下图，依此类推，在匀变速直线运动中，我们也可以通过画v-t图象，看图象与时间轴围成的面积是多少。此方法不仅可以计算位移的大小，在一定程度上也可用定性的比较位移的大小。再以此类比，在电学的I-t图象中，图象与时间轴围成的面积则表示电量了（Q=It）；再如，如果我们自己做了功率时间图象即P-t图象，那么我们也可以用图象与时间轴围成的图象的面积表示做了多少的功（W=Pt）。.物理规律的类比光（电磁波）可以直线传播，也可以发射和衍射，这些特点和声音类似。我们可以依据声光现象的一些特性类比（见下表）得出光（电磁波）可能也具有波动的特性.加强同学们对声波和光波（电磁波）的理解，其实生活中经常听说过，超声波，微波炉，光波炉等一些名词，我们也可以引用这些加强学生对知识概念的理解。声现象具有：光现象（电磁波）具有：直射直射反射反射折射折射衍射衍射干涉干涉“多普勒效应”原来是描述“声音传播”的定律，通过对声和光进行了类比，多普勒指出“多普勒效应”不仅适用于声波，也还适用于光波、电磁波.哈勃等众多天文学家们根据“多普勒效应”解释了天文学上的“红移现象”，进而得出宇宙大爆炸理论.