類比思想是一種重要的邏輯思想方法，物理學(xué)發(fā)展史上有很多重大理論的提出都源于科學(xué)家對已有理論和規(guī)律的類比。對于學(xué)生而言，類比思想的重要意義不僅在于了解物理學(xué)發(fā)展史，更在于運(yùn)用類比思想和遷移方法在已有認(rèn)知的基礎(chǔ)上建立新概念、理解新規(guī)律、建立新模型……如類比“靜電場”建立“重力場”“引力場”等概念（場強(qiáng)、勢、勢能等）、類比“磁通量”理解“電通量”“引力場通量”、類比“機(jī)械振動(dòng)”理解“電磁振蕩”、類比“電場線”理解“流速線”、類比“磁鐵磁化現(xiàn)象”理解“電介質(zhì)極化現(xiàn)象”、類比“靜電屏蔽”理解“磁屏蔽”、類比“感生電場”理解“感生磁場”。在物理思想方法上的常用類比有：圖像方法的類比與遷移、物理模型的類比與遷移等?？傊?，類比方法和遷移能力是研究、解決物理問題的關(guān)鍵能力，也是創(chuàng)新思維的一種具體體現(xiàn)。

一、類比法及其意義

類比實(shí)際上是以比較為基礎(chǔ)，根據(jù)兩個(gè)（或兩類）對象之間在某些方面的相似性或相同點(diǎn)，通過比較、聯(lián)想，推理出它們在另外一些屬性上可能存在的新的相似特點(diǎn)或規(guī)律的思維形式。類比對象間共有的屬性越多，則類比結(jié)論的可靠性越大。在運(yùn)用類比法的過程中可以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力、遷移能力、創(chuàng)新能力等多種能力。

類比推理的一般模式如表1所示：由已知推未知。

二、高中物理中常用的類比法應(yīng)用

將高中階段的知識(shí)進(jìn)行整合劃分，總結(jié)出可類比的大致內(nèi)容，其中很重要的部分就是電磁學(xué)和力學(xué)的類比，進(jìn)入高二學(xué)段時(shí)，學(xué)生已經(jīng)具備了較好的力學(xué)知識(shí)、方法儲(chǔ)備，并且一般的力學(xué)現(xiàn)象與實(shí)際生活相距較近，學(xué)生的感性認(rèn)知基礎(chǔ)較好，理解程度較高，因此在高二學(xué)段進(jìn)行電磁學(xué)部分課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)時(shí)，經(jīng)常與力學(xué)中的對應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行類比學(xué)習(xí)，這樣能夠大幅度提高學(xué)習(xí)效率，加深學(xué)生對知識(shí)、方法的理解，一方面能夠幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系，另一方面也能夠在科學(xué)思維方面得到更好的發(fā)展，提高教學(xué)質(zhì)量，貫徹落實(shí)全國教育大會(huì)的指導(dǎo)思想。

本研究分別從場概念的類比、運(yùn)動(dòng)模型的類比、力學(xué)與電學(xué)規(guī)律的類比、建構(gòu)物理模型的類比等方面展現(xiàn)類比方法的應(yīng)用及其重要地位。

1.力的類比（如表2所示）

2.場的類比（如表3）

3.模型的類比（如表4）

一般來說，我們可以將類比分為以下幾類：

（1）簡單共存類比，如學(xué)習(xí)磁場的過程中與電場進(jìn)行類比。

（2）因果關(guān)系類比，如牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律時(shí)，把天上的力學(xué)規(guī)律與地上的力學(xué)規(guī)律統(tǒng)一起來，這里體現(xiàn)了因果關(guān)系的類比思維。

（3）數(shù)學(xué)相似類比（協(xié)變類比），根據(jù)“類似的數(shù)學(xué)方程有相似的解”這一特點(diǎn)，我們可以進(jìn)行數(shù)學(xué)相似類比，推理得出相似的結(jié)論。數(shù)學(xué)相似類比比較嚴(yán)謹(jǐn)，得到的結(jié)論更加可靠，如我們可以通過類比簡諧運(yùn)動(dòng)中能量方程與LC振蕩電路中的能量方程建立相似的微分方程形式，從而通過類比得到LC振蕩電路的周期。

三、類比法的具體應(yīng)用舉例

1.靜電場到引力場、重力場的類比遷移

例題1：萬有引力定律和庫侖定律都滿足平方反比規(guī)律，因此引力場和電場之間有許多相似的性質(zhì)，在處理相關(guān)問題時(shí)可以將它們進(jìn)行類比。

（1）類比電場強(qiáng)度的定義式，嘗試寫出引力場強(qiáng)和重力場強(qiáng)的表達(dá)式。

（2）類比電場線，我們也可以引入引力場線，請定性畫出：

①地球的引力場線和重力場線；

②等質(zhì)量雙星系統(tǒng)的引力場線（假定相應(yīng)的天體為質(zhì)量分布均勻的球體，可視為質(zhì)點(diǎn)）。

解（2）②：因星球可類比成帶負(fù)電的球體，將等量負(fù)電荷電場線共存類比為雙星引力場線。

2.將靜電場概念和規(guī)律靈活遷移到創(chuàng)新情境中，解決創(chuàng)新性問題

例題2：風(fēng)洞是對各種飛機(jī)、導(dǎo)彈的性能進(jìn)行檢測的一種高科技設(shè)施，汽車的生產(chǎn)也運(yùn)用風(fēng)洞技術(shù)進(jìn)行檢測。圖1是某興趣小組設(shè)計(jì)的一個(gè)類似于風(fēng)洞的實(shí)驗(yàn)裝置，他們在桌面上放有許多大小不同的塑料球，測得它們的密度為ρ，用水平向左恒定的風(fēng)作用在球上，使它們做勻加速運(yùn)動(dòng)（摩擦不計(jì)）。已知風(fēng)對球的作用力與球的橫截面積成正比，即F=KS，其中K為常量。

（1）對塑料球來說，可以認(rèn)為空間存在一個(gè)風(fēng)力場，請類比重力場和電場強(qiáng)度的定義，定義風(fēng)力場場強(qiáng)，并寫出其表達(dá)式。

（2）在該風(fēng)力場中風(fēng)力對球做功與路徑無關(guān)，因此可以引入風(fēng)力勢能和風(fēng)力勢的概念。若以柵欄P為風(fēng)力勢能的零勢能參考面，寫出風(fēng)力勢能Ep和風(fēng)力勢U的表達(dá)式。

解（2）：風(fēng)力勢能求解時(shí)類比電勢能思路。取空間任一點(diǎn)x，將小球從x移動(dòng)到p，由功能關(guān)系F·x= -（0-Ep）可得出Ep=KS·x。

們對勢能的理解更加透徹，也讓各領(lǐng)域的知識(shí)能夠融會(huì)貫通，便于理解知識(shí)的內(nèi)在本質(zhì)。

3.物理模型之間的類比

例題3：物理方法就是運(yùn)用現(xiàn)有的物理知識(shí)找到解決物理問題的基本思路與方法。常見的物理方法有類比法、對稱法、圖象法、歸納演繹等。

（2）圖3中A、B兩板質(zhì)量都為M，極板面積為S。極板的邊長遠(yuǎn)大于極板間距。求I、II、III三個(gè)區(qū)域的引力場強(qiáng)度EgI、EgII、EgIII。

平行板電容器的場線分布是學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)，為什么場線是平行等間距的呢？如果在學(xué)習(xí)中不經(jīng)歷思考，那就很難真正理解并進(jìn)行類比遷移，因?yàn)轭惐冗w移的絕不是結(jié)論而是分析問題的思路和方法，是事物底層邏輯的相似性，本題中不同場中的平權(quán)思想正是勻強(qiáng)場的本質(zhì)，而我們分析引力場時(shí)需要類比的也正是這一點(diǎn)。

4.協(xié)變類比

例題4：簡諧運(yùn)動(dòng)是我們研究過的一種典型的振動(dòng)形式，其能量和周期具有如下特征：

解：在LC振蕩電路中，電感線圈存儲(chǔ)的磁場能和電容器存儲(chǔ)的電場能之間相互轉(zhuǎn)化，在因電阻和電磁輻射造成的能量損失可以忽略不計(jì)的情況下，電場能和磁場能的總和保持不變，這和簡諧運(yùn)動(dòng)中，動(dòng)能與勢能之間相互轉(zhuǎn)化但總能量保持不變的特點(diǎn)類似，類比簡諧運(yùn)動(dòng)中

LC振蕩電路的周期并不屬于高考考查的范圍，中學(xué)階段也無法運(yùn)用初等方法推導(dǎo)得出結(jié)論，但是如果結(jié)合簡諧運(yùn)動(dòng)的能量方程特征，巧妙運(yùn)用類比思維，根據(jù)相似的方程必有相似的解這一特點(diǎn)，可以得出LC振蕩電路中電荷量q隨時(shí)間t的變化規(guī)律也應(yīng)該與簡諧運(yùn)動(dòng)中x與t的變化規(guī)律相似，滿足正弦或余弦特點(diǎn)，根據(jù)正弦或余弦函數(shù)的周期性特點(diǎn)，可以知道其周期也必然有相似的特點(diǎn)，于是可以類比簡諧運(yùn)動(dòng)的周期公式寫出LC振蕩電路的周期公式。

類比思想是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的科學(xué)思維方式，也是科學(xué)思維內(nèi)化的關(guān)鍵能力與品質(zhì)。在運(yùn)用類比思想解決問題時(shí)，分別從尋找共性的“類”和分析差異的“比”兩個(gè)角度出發(fā)，重點(diǎn)在于學(xué)生需對類比的原型特征有深刻準(zhǔn)確的理解，根據(jù)原型中的屬性特征尋找可類比的物理量或者邏輯關(guān)系。與此同時(shí)，還要注意類比的局限性，因?yàn)槭挛镏g差異性的存在限制了類比的范圍，或者只能在某一角度上進(jìn)行類比遷移，不能一味地全方位類比。學(xué)生在使用類比方法解決問題時(shí)不僅完善了知識(shí)結(jié)構(gòu)、提升了思維能力，還可以為繼續(xù)研究其他問題提供重要的研究方法，對于科學(xué)發(fā)展具有重要意義。