摘? 要：類比是將一類事物的某些相同方面進(jìn)行比較，從另一事物的正誤證明這一事物的正誤。類比法的特點(diǎn)是先比后推。沒有共同點(diǎn)的對(duì)象之間是無(wú)法進(jìn)行類比的。類比法不僅可以運(yùn)用在物理學(xué)科內(nèi)部，還可以跨學(xué)科運(yùn)用。在物理教學(xué)中運(yùn)用類比法，由已知物理規(guī)律去推出另一種物理規(guī)律或用同一種方法解決不同問題，能起到降低難度，拓展思路的作用，可以有效提升物理教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：類比法；物理規(guī)律；物理教學(xué)

一、以舊知識(shí)突破新難點(diǎn)

舉例而言，在物理學(xué)的電磁學(xué)部分中，一些概念和規(guī)律很抽象，給學(xué)生的學(xué)習(xí)造成困難。教師可以通過類比舊知識(shí)中的模式，來(lái)引導(dǎo)學(xué)生突破新知識(shí)。

例如，電場(chǎng)過于抽象，可以類比重力場(chǎng)。因?yàn)槎唛g有很多共同點(diǎn)：第一，力的大小都滿足平方反比規(guī)律，F(xiàn)=和F=；第二，場(chǎng)強(qiáng)定義相似，E=和g=；第三，做功都與路徑無(wú)關(guān)，只由初末位置決定。

又如，很多學(xué)生不能正確理解電場(chǎng)強(qiáng)度與檢驗(yàn)電荷及庫(kù)倫力的關(guān)系。教師可以類比重力加速度定義，g=，同一位置的重力加速度恒定，與質(zhì)量和重力無(wú)關(guān)。通過這樣的類比來(lái)說明電場(chǎng)強(qiáng)度與檢驗(yàn)電荷及庫(kù)倫力的大小無(wú)關(guān)，只由電場(chǎng)分布決定。同一場(chǎng)中同一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)不變。這樣就可以使學(xué)生更容易接受。教師也可以通過類比加速度的方法，a=，二者均表示變化的快慢，即變化率。在研究動(dòng)量定理的變形式F合=時(shí)，F(xiàn)合大小等于動(dòng)量變化率，表示動(dòng)量變化的快慢。在原子物理部分中，由于氫原子的波爾模型中保留了一些經(jīng)典物理學(xué)觀點(diǎn)，認(rèn)為電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以涉及計(jì)算動(dòng)能、電勢(shì)能、總能量與軌道半徑的關(guān)系。

例如，電子繞氫原子核轉(zhuǎn)動(dòng)的軌道半徑為r，求轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能、速度、周期、角速度。這道題對(duì)學(xué)生而言有一定難度，教師可以類比計(jì)算人造衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的研究方法，=，T=，ω=。將萬(wàn)有引力換成電荷間的庫(kù)侖力，就可以列出庫(kù)倫引力提供向心力表達(dá)式：=，所以Ek==，V=，T=，ω=。由于點(diǎn)電荷電場(chǎng)與星球引力場(chǎng)相似，可以類比得出電勢(shì)能隨軌道半徑的增大而增大，總能量隨之增大。

在研究電勢(shì)差和電勢(shì)問題中，學(xué)生同樣面臨抽象難懂的問題?？梢灶惐戎亓?chǎng)中高度差和高度來(lái)理解。高度是相對(duì)參考平面零點(diǎn)的相對(duì)高度，而高度差是兩點(diǎn)間高度之差，是絕對(duì)的。高度差Δh的計(jì)算遵循起點(diǎn)-終點(diǎn)，即hAB=hA-hB，這樣才符合高度降低時(shí)Δh﹥0。類比高度差的特點(diǎn)，可以很好解釋UAB=φA-φB，也是起點(diǎn)-終點(diǎn)。隨著電勢(shì)φ降低，電勢(shì)差UAB為正。

二、化繁為簡(jiǎn)找到新思路，提高解題效率

將研究的問題與類似的已知模型或過程進(jìn)行比較，找出與其相當(dāng)?shù)奈锢砹浚苯犹子孟嚓P(guān)規(guī)律，是一種解題的新思路。通過物理知識(shí)的遷移可以達(dá)到解決問題的目的。這個(gè)過程要經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：1. 學(xué)生需要掌握基本概念和基本規(guī)律，形成基本的知識(shí)結(jié)構(gòu)，2. 熟悉基本的物理模型以及基本方法和基本技能，3. 熟悉新的情境，抓住問題的特征，將其與已知物理模型聯(lián)系起來(lái)，4. 具體問題具體分析，對(duì)遷移過程及時(shí)反思評(píng)估，形成新的解決模式。

學(xué)生在學(xué)習(xí)恒定電場(chǎng)的相關(guān)知識(shí)時(shí)，時(shí)常覺得學(xué)習(xí)不夠系統(tǒng)和深刻，教師可以指導(dǎo)學(xué)生將其與水流進(jìn)行類比，深入淺出地講授。水可以自發(fā)地從管道高處流向管道低處，但處于同一水平線后會(huì)停止。若要水不斷從高處流向低處，需借助電動(dòng)機(jī)將低處的水抽向高處，使兩處保持固定的水位差。同理，電流會(huì)自發(fā)地從電勢(shì)高處流向電勢(shì)低處，但之后電勢(shì)差會(huì)減到零，不會(huì)有電流。必須有電源，把電流再次運(yùn)回正極，保持電勢(shì)差。

學(xué)習(xí)串并聯(lián)電路時(shí)，可以類比水流在河道中流動(dòng)的問題。串聯(lián)就是一條河道，任何位置的流量都相等。并聯(lián)越多，相當(dāng)于河道越寬，流量越大，電流越大，阻礙越小，電阻越小。

在物理教學(xué)中，為達(dá)到簡(jiǎn)單高效解決問題的目的，需要把復(fù)雜的真實(shí)情境，轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單明了、通俗易懂的情境，進(jìn)而總結(jié)出具有實(shí)用價(jià)值的規(guī)律，即建立模型。多數(shù)人對(duì)物理學(xué)科有刻板印象，認(rèn)為其晦澀難懂。這就造成學(xué)生還未接觸物理學(xué)習(xí)時(shí)就先產(chǎn)生畏難情緒，給物理教學(xué)造成了很大的困難。突破物理學(xué)習(xí)障礙的重要能力是建模能力。只要將復(fù)雜的情景轉(zhuǎn)化為不同的、常見的、形象的、易懂的模型，就能出現(xiàn)“山重水復(fù)疑無(wú)路，柳暗花明又一村”的效果。這就要求教師在物理教學(xué)中要大膽嘗試建模能力的培養(yǎng)。但模型的建立不能生搬硬套，要找到問題的本質(zhì)。抓主干，去枝葉，把抽象復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為生動(dòng)形象、簡(jiǎn)潔明了的問題。例如，從宏觀到微觀的中心天體模型，可以解決上到行星繞恒星運(yùn)動(dòng)，下到電子環(huán)繞原子核運(yùn)動(dòng)的問題。從碰撞中的相距最近與最遠(yuǎn)，建立完全非彈性碰撞的共同速度模型。類比電場(chǎng)可以建立電流場(chǎng)模型。除了運(yùn)用已有的模型之外，教師還要鼓勵(lì)學(xué)生大膽建模，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

例如，在面對(duì)其他特殊情況的單擺時(shí)，公式中的等效重力加速度發(fā)生變化，造成學(xué)生理解困難。教師可以根據(jù)單擺周期公式T=2π，建立單擺的g的產(chǎn)生原因模型：g=，F(xiàn)為擺球在平衡位置處?kù)o止時(shí)所受的彈力。只要找到彈力F，就能找到不同單擺的等效g′，就可以解決單擺在超失重狀態(tài)及具有橫向加速度時(shí)如何找單擺的等效g′的問題。

通過運(yùn)用類比方法化繁為簡(jiǎn)，也可以解決復(fù)雜的碰撞問題。例如，質(zhì)量為m的小球甲沿光滑水平面，以速度V1撞擊靜止的質(zhì)量也為m的小球乙，發(fā)生彈性碰撞。研究碰后的速度。根據(jù)機(jī)械能守恒和動(dòng)量守恒，mV12=mV1′2+mV22，mV1=mV1′+mV2，可得出V1′=0，V2=V1，碰后出現(xiàn)交換速度。以此種模型可輕松解決小球以一定的速度沖上斜面，再反向離開斜面時(shí)的速度如何計(jì)算的問題。許多看似復(fù)雜的問題，運(yùn)用類比法可以轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的模型，從而輕松解決。

在復(fù)雜抽象的電場(chǎng)中也可以運(yùn)用類比法，以等量異種電荷的電場(chǎng)線分布為例，如圖1，兩電荷連線的中垂線BA為等勢(shì)面。兩電荷連線上各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為每個(gè)電荷各自產(chǎn)生的電場(chǎng)在一條直線上的同向矢量合，即E=E1+E2。

請(qǐng)看例題1：一個(gè)孤立點(diǎn)電荷，靠近一個(gè)不帶電的金屬板時(shí)，電荷與金屬板距離為d，求電荷與板距離的一半處即處的場(chǎng)強(qiáng)。

此題的復(fù)雜在于無(wú)法運(yùn)用點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)公式計(jì)算。但點(diǎn)電荷與金屬板之間的電場(chǎng)線分布圖和等量異種電荷間的分布圖相同，如圖2?？深惐鹊攘慨惙N點(diǎn)電荷之間的電場(chǎng)由兩個(gè)點(diǎn)電荷電場(chǎng)疊加產(chǎn)生合場(chǎng)強(qiáng)這一規(guī)律，轉(zhuǎn)化為兩個(gè)電場(chǎng)之和。E合=E1+E2=+=，充分體現(xiàn)出類比法的優(yōu)勢(shì)。

三、舉一反三，解決類似問題

物理教學(xué)的關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，教師需要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生發(fā)散思維的培養(yǎng)。教師要讓學(xué)生深入生活，聯(lián)系實(shí)際，在生活勞動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，充分運(yùn)用類比法、分類法、歸納法、推理法、綜合法等方法，建立不同事物、不同問題的聯(lián)系。此外，在解題過程中，教師應(yīng)充當(dāng)領(lǐng)路人的角色，指引學(xué)生多角度、多層次地研究問題，達(dá)到多種方法研究、多角度觀察。以點(diǎn)到線，以線到面，逐層推廣。教師要經(jīng)常指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行逆向思維、直覺思維、類比聯(lián)想思維訓(xùn)練。

在物理教學(xué)中，教師要找到各章節(jié)、各學(xué)科間的聯(lián)系點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)基本知識(shí)與方法的理解，拓展知識(shí)結(jié)構(gòu)，注重?cái)?shù)學(xué)工具的運(yùn)用。把物理問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，注重幾何、三角函數(shù)、二次函數(shù)、不等式的求最值等方法的運(yùn)用，并要明確各種模型的適用條件和推廣范圍。

例如，速度即位移變化量與時(shí)間之比，本質(zhì)上表示位移變化的快慢。以此類推，a表示v變化的快慢，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)表示磁通量變化的快慢，動(dòng)量定理中的合外力表示動(dòng)量變化的快慢。同樣既然引力場(chǎng)與放入的質(zhì)量無(wú)關(guān)，可類比推理出靜電場(chǎng)與放入的檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，磁場(chǎng)與放入的電流元無(wú)關(guān)?？梢园训卦履Ｐ徒鉀Q問題的方法類比推廣到日地模型、任意中心天體模型、原子核電子模型。運(yùn)用類比方法聯(lián)系新舊知識(shí)，進(jìn)行分析比較，抓住本質(zhì)，進(jìn)而提高學(xué)生的分析能力。

例2，如圖3所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，R為變阻器。問：變阻器阻值R調(diào)到多大時(shí)，變阻器上消耗的電功率最大。

這是一道很具有代表性的題目。根據(jù)PR=I2R=R=，電源輸出最大功率的條件為內(nèi)外電阻相等，即R=r，可以直接根據(jù)結(jié)論計(jì)算得出結(jié)果。當(dāng)出現(xiàn)下面第一種變式題時(shí)，例3，如圖4，在干路中串聯(lián)了一個(gè)定值電阻R1，求變阻器阻值多大時(shí)，變阻器上功率最大？

類比例題2的結(jié)論，R外=r時(shí)，輸出功率最大。把r+R1等效為一個(gè)內(nèi)阻r1，當(dāng)R=r1=r+R1時(shí)，PR最大。當(dāng)出現(xiàn)第二種變式題時(shí)，例4，如圖5，定值電阻變?yōu)榕c變阻器并聯(lián)，求變阻器阻值多大時(shí)，變阻器上的功率最大？

依然采用類比等效內(nèi)阻的方法解題，把R1與內(nèi)阻r并聯(lián)，如虛線框內(nèi)的部分，整體看作等效內(nèi)阻r1，但畢竟內(nèi)阻r為干路，R1為支路，不應(yīng)該是并聯(lián)，可以比較結(jié)果來(lái)驗(yàn)證類比的結(jié)論是否正確。過程如下：

當(dāng)達(dá)到最大功率時(shí)，分母應(yīng)最小，=r，所以R=時(shí)有最大功率PM，而的阻值剛好等于R1與r并聯(lián)的阻值?？梢姡妙惐确ǖ贸龅慕Y(jié)論是完全正確的，所以r1=r并=時(shí)，PR有最大值。

在學(xué)習(xí)其他物理知識(shí)時(shí)，也可以運(yùn)用類比方法，教師可以類比這種模型的思路解決很多類似問題。

四、結(jié)語(yǔ)

通過以上三個(gè)方面的詳細(xì)論述，可以發(fā)現(xiàn)運(yùn)用類比方法在物理教學(xué)中能夠化難為易，開拓學(xué)生的思路，提高學(xué)習(xí)效率，起到事半功倍的作用。它可以幫助教師更好地傳授知識(shí)，同時(shí)也可以幫助學(xué)生更好地理解和掌握物理知識(shí)。未來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，類比法在物理教學(xué)中的應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛。

參考文獻(xiàn)：

［1］張柯. “類比聯(lián)想法”建構(gòu)模型在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用［J］. 數(shù)理化解題研究，2023（11）：72-74.

［2］谷巍. 培養(yǎng)建模能力，提高學(xué)生物理解題能力［J］. 亞太教育，2021（08）：176-177.

［3］陳客利. 探討物理學(xué)習(xí)中的思維障礙［J］. 物理教學(xué)探討，2012（12）：17-19.

（責(zé)任編輯：廖? 藝）