浅谈力学与电磁学教学中的类比法

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  摘 要:力学与电磁学是基础物理学中主要的两个组成部分,其理论体系中的很多知识存在相似之处,教师如果能善于运用类比的方法启发学生,学生就会很快地接受并融会贯通,感受到物理学的趣味性,最终获得很好的教学效果。
  关键词:力学;电磁学;类比法
  力学与电磁学是大学物理的基础学科,条理清晰地掌握它们的基本概念、公式、规律是极其重要的。物理学作为一门结构严密的科学,其不同的知识之间都能以特定的方式联系、组合起来,力学与电磁学之间也是一样,所以运用一些方法,如类比的方法,归纳和总结等,找出各个知识点之间的关系,使之构成紧密的知识网络,可以加深对知识的理解,也有利于从整体上对知识进行把握。此外,从物理学的发展历程中看,无论是创建新概念的过程,还是解决物理难题的过程,甚至是对未知领域探索的过程,都渗透着类比的思想和方法。类比法即类比推理。它是根据两个对象某些属性的相同推出它们的其它属性也可能相同的间接。物理学家们在研究物理时就常常会使用到类比法,例如:英国著名物理学家法拉第从奥斯特发现电流的磁效应得到启示,对电流的磁效应进行了仔细的分析,认为磁也应该能生电,经过近十年的实验探索,得出了“电磁感应定律”。在教学方面,教师在传授物理知识的同时,若能有机的应用类比法,做到适当、正确、恰到好处,就能使学生比较顺利地认识理解物理现象,形成物理概念,掌握物理规律,还有利于学生独立的进行探索,产生学习物理的兴趣,建立科学的物理思维,创新思维。
  一、类比法在教学中的应用
  教师在讲授新课的过程中,将容易混淆或形式相似的新知识与旧知识在各个方面进行对比,能使学生更好的理解掌握新知识,同时巩固复习旧知识。
  如在力学的教学中,质点的运动很重要,还有一个模型的研究也很重要,那就是刚体。质点是有质量但忽略其大小和形状的一个理想化模型,同样类似的,刚体也一样,也是一种抽象的理想化的模型。教师讲授刚体的两种运动方式时,可以通过类比,让学生更进一步地认识到刚体的运动规律:即一个刚体的运动,可视为两种运动所组成,即受到所有外力作用所引起的运动,加上物体在外力作用下,绕质心所做的转动。讲授刚体定轴转动的相关知识时,如果能够将它与质点的直线运动相比较,使用类比法来讲解,学生将会更好地理解刚体的运动过程及规律,体会到知识之间的顺序性、阶段性和连贯性,得到意想不到的教学效果。讲授电势能时,利用其与重力势能的类比方法导入新课,引起学生的学习兴趣,处在重力场中的物体具有重力势能,那么同样的处在静电场中的电荷也是具有电势能。
  在电磁学的教学中,此时学生已经学过了静电场,讲授磁场时,常常采用类比的方法。把点电荷与质点相类比(它们都是理想模型,质点具有质量,点电荷带有电量,不同的是点电荷有正、负电荷之分),把磁场的概念与静电场的概念相类比(都是以特殊的物质形式,场的形式存在,前者是由运动的电荷产生的,后者是由静止的电荷激发的),磁感应强度与电场强度相类比(都是以比值来定义的,描述对应场的性质,都是矢量),磁感应线与电场线相类比(磁感应线是封闭的曲线,电场线是非闭合曲线,但它们都不会相交),磁通量与电通量相类比,磁势与电势相类比等等。
  物理学中可类比的内容还有很多,只要是在概念上、形式上、表达上相似的都可以拿来类比,比如许多相近的概念,有的甚至只有一字之差,但在本质上却差别极大。例如:位移和路程(都是描述物体运动过程的物理量,但前者是矢量,后者是标量);速度和速率(前者是矢量,后者是标量);动量和角动量;状态方程和过程方程;电势差和电动势;磁矩和磁力矩;位移电流和传导电流等等。教师可以将它们放在一起,对它们进行强化区分,把握其共性区别其差异,这是理解概念、掌握概念和形成概念的有效方法。
  此外,力学与电磁学中还有一些比较抽象难懂的概念规律,可以同形象的、生活化的经验进行类比。例如:教师在讲授“电流的形成”和“电压的作用”的内容时,可与同学们熟悉的生活现象“水流的形成”和“水压的作用”相类比。水流形成的条件:要有水和高度差,把电流中的自由电荷类比水流中的水,把电压即电势差类比高度差。通过如此类比学生对电流的形成就有了一个比较形象的理解,从而更容易地掌握了电流形成的条件:要有自由电荷和电压即电势差。
  二、结语
  综上,在讲授力学和电磁学的过程中,教师可以从基本物理量、数学表述、物理模型、运动规律、知识结构等方面建立简明清晰的对应关系,并应用在物理教学中。这样,有利于学生学习和理解新知识,使新知识变得相对简单,帮助学生从已有的知识和经验中获得灵感,找到线索,解决问题。
  参考文献
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