摘 要： 概念與規(guī)律的教學(xué)是物理教學(xué)的重點(diǎn)。不同的概念與規(guī)律具有不同的內(nèi)涵和外延。類比是借助于事物間的相似性，通過(guò)比較將一種已掌握特殊個(gè)體的特征推移到另一個(gè)新的特殊個(gè)體中的研究方法。在中學(xué)物理教學(xué)中，類比教學(xué)則通過(guò)把學(xué)生熟悉的知識(shí)與陌生的知識(shí)相比較，為認(rèn)識(shí)新事物提供線索和方向，以加強(qiáng)知識(shí)間的橫向聯(lián)系與溝通，從而達(dá)到舉一反三的目的。用類比的方法講解物理概念、規(guī)律，求解習(xí)題及進(jìn)行復(fù)習(xí)，不僅易于教學(xué)，而且可拓寬學(xué)生的視野、提高分析的綜合遷移能力。因其遵循了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，故能夠有效提高教與學(xué)的效率。

關(guān)鍵詞： 類比方法 中學(xué)物理教學(xué) 概念與規(guī)律

一、天體運(yùn)動(dòng)與核式結(jié)構(gòu)

衛(wèi)星受萬(wàn)有引力作用繞行星做圓周運(yùn)動(dòng)的情形與氫原子核外電子受庫(kù)侖力作用繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的情形相似。在講授玻爾理論時(shí)，學(xué)生已建立了天體運(yùn)動(dòng)模型，知道了衛(wèi)星的軌道半徑越大，加速度、速度和動(dòng)能越小，周期和引力勢(shì)能越大，同一衛(wèi)星的機(jī)械能也越大。這時(shí)則可將電子繞核運(yùn)動(dòng)的速率、加速度、周期和動(dòng)能和衛(wèi)星的類比，將電子的電勢(shì)能與重力勢(shì)能、氫原子的能級(jí)與行星衛(wèi)星系統(tǒng)的機(jī)械能類比。通過(guò)微觀與宏觀的類比，學(xué)生便很容易理解并分析氫原子躍遷過(guò)程中電子動(dòng)能、電勢(shì)能和能級(jí)的變化了。

例1：氫原子吸收某一頻率的光子后，以下說(shuō)法正確的是（ ）

A.氫原子向較高能級(jí)躍遷；

B.核外電子的動(dòng)能增大；

C.氫原子系統(tǒng)的電勢(shì)能增大；

D.躍遷過(guò)程電子動(dòng)能的變化小于電勢(shì)能的變化。

解析：吸收光子后向高能級(jí)躍遷，r增大，F(xiàn)庫(kù)減小，a、v減小，T、E電增大，Ek減小。因?yàn)榭偰芗?jí)增大，所以電勢(shì)能的增加量大于動(dòng)能的減少量，選A、C、D。

二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與電磁振蕩

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中振子的動(dòng)能、勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化并保持總能量守恒，在LC回路振蕩過(guò)程中，若不計(jì)LC中電磁輻射，則電感中電流所表征的磁場(chǎng)能（i、B、Φ、E）與電容中電量所表征的電場(chǎng)能（q、U、E、E）也進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化并保持總能量守恒。不同之處在于一個(gè)是力學(xué)量的振蕩，一個(gè)是電學(xué)量的振蕩。在電磁振蕩章節(jié)的教學(xué)中，將單擺擺球的動(dòng)能類比LC回路中電流，將擺球重力勢(shì)能與LC回路中電容上的電量類比，并結(jié)合狀態(tài)圖分析，教學(xué)效果較好。

三、勢(shì)能的類比

只有在保守力（即該種力做功與路徑無(wú)關(guān)，只由始末位置決定）做功時(shí)，才可引入與其相對(duì)應(yīng)的勢(shì)能。因重力、彈簧彈力、電場(chǎng)力、分子力均為保守力，做功都與路徑無(wú)關(guān)，只由始末狀態(tài)的相對(duì)位置（的高度差、電勢(shì)差等）決定。故重力勢(shì)能及彈性勢(shì)能、電勢(shì)能、分子勢(shì)能雖分屬機(jī)械能、電能、內(nèi)能，但它們具有某些共性。與勢(shì)能相關(guān)的力做正功，則勢(shì)能減小；與勢(shì)能相關(guān)的力做負(fù)功，勢(shì)能則增加。在每學(xué)到一種勢(shì)能時(shí)，將其與前面的勢(shì)能建立聯(lián)系并類比，能夠幫助我們理解概念。如學(xué)到分子力做功與分子勢(shì)能變化關(guān)系時(shí)，用兩物塊彈簧系統(tǒng)與其對(duì)比，將平衡位置處與彈簧原長(zhǎng)位置類比，就能較容易理解分子勢(shì)能隨分子間距的變化規(guī)律了。

四、場(chǎng)的類比

1.疊加場(chǎng)與重力場(chǎng)

輕桿與球、輕繩與球兩種模型在重力作用下在豎直平面內(nèi)完整圓周運(yùn)動(dòng)的條件建立后，學(xué)生在學(xué)習(xí)到帶電小球在電場(chǎng)中特別是疊加場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)，往往不能透徹分析。此時(shí)，教師如能幫助學(xué)生通過(guò)等效重力場(chǎng)的角度去思考即將電場(chǎng)和重力場(chǎng)疊加后成為一合力的疊加場(chǎng)G’，學(xué)生的思維就不存在障礙了。

例2：如圖1所示，輕繩系一帶正電、重G的小球懸掛在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，使小球以懸點(diǎn)O為圓心在豎直平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)，則：（ ）

A.小球可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

B.小球只能做變速圓周運(yùn)動(dòng)

C.小球經(jīng)最低點(diǎn)A時(shí)，繩子拉力可能最小

D.在小球經(jīng)最高點(diǎn)B時(shí)，繩子拉力一定最小

解析：球受重力G’、向上的電場(chǎng)力F及繩的拉力T。將G’與F合成為一等效的重力場(chǎng)G’后，只需分析球在重力場(chǎng)G’中的運(yùn)動(dòng)就行了。G’可能有三種情況：

（1）F=G，G’=0，球受繩拉力T作用而在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)T=mv2/L不變。

（2）F

（3）F>G，G’向上（如圖3），轉(zhuǎn)換一下思維角度，球仍做變速圓周運(yùn)動(dòng)，在最高點(diǎn)B（G’中的“最低點(diǎn)”），速度最大，T最大；最低點(diǎn)A（G’中的“最高點(diǎn)”），速度最小，T也最小。

故選A、C。

例3：在豎直放置的光滑絕緣圓環(huán)中，套有一個(gè)帶電-q、質(zhì)量為m的小環(huán)，整個(gè)裝置放在圖4所示的正交電磁場(chǎng)中，水平勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E=mg/q。當(dāng)小環(huán)從大環(huán)頂點(diǎn)無(wú)初速下滑后，在滑過(guò)下列弧度時(shí)，所受洛倫茲力最大的位置是（ ）

A.π/4B.π/2C.3π/4D.π

解析：將電場(chǎng)與重力場(chǎng)疊加后為一斜向左下方的等效重力場(chǎng)G’，其與豎直方向的夾角滿足tgθ=F/G，如圖5。圖5中A點(diǎn)為G’中“最低點(diǎn)”，速度最大，洛倫茲力最大。

故選：C。

2.電場(chǎng)與磁場(chǎng)

電場(chǎng)與磁場(chǎng)統(tǒng)稱電磁場(chǎng)，它們間存在著緊密的聯(lián)系，在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化。在學(xué)習(xí)中若采用圖表類比，知識(shí)結(jié)構(gòu)、研究方法與教材的理論構(gòu)思就將一目了然。

電場(chǎng)性質(zhì)的研究方法：

引入檢驗(yàn)電荷受電場(chǎng)力 力的性質(zhì) 定性與定量描述（電場(chǎng)線和場(chǎng)強(qiáng)）具有電勢(shì)能 能的性質(zhì)定性與定量描述（等勢(shì)能和電勢(shì)）

典型問(wèn)題：靜電平衡、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。

磁場(chǎng)性質(zhì)的研究方法：

引入檢驗(yàn)電流定性與定量描述（磁感線與磁感應(yīng)強(qiáng)度）

電與磁聯(lián)系：麥克斯韋電磁場(chǎng)理論、法拉第電磁感應(yīng)定律。

類比學(xué)習(xí)的素材是隨處可得的，其他如：電流與水流、電壓與落差、機(jī)械波與電磁波、光的波粒二象性、平拋運(yùn)動(dòng)與勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的研究方法等。運(yùn)用類比，可鞏固已有知識(shí)并把研究對(duì)象條理化、系統(tǒng)化培養(yǎng)遷移的習(xí)慣；可對(duì)學(xué)科的結(jié)構(gòu)及研究方法有一個(gè)全面、整體的把握，并能夠?qū)⒉煌恼鹿?jié)、不同的內(nèi)容綜合理解、實(shí)現(xiàn)遷移，進(jìn)而融會(huì)貫通。