鄢必生

【摘要】 物理學(xué)史上有一個著名的故事，愛因斯坦在做完關(guān)于相對論的演講之后，有人希望他用最簡單易懂的方式解釋一下相對論。愛因斯坦做了一個絕妙的類比，“如果和你愛的人在一起，過幾個小時就像過幾分鐘一樣；如果光屁股坐在火爐上，過幾分鐘就像過幾個小時一樣！”正是這個絕妙的類比，讓抽象、深奧的相對論走向全世界。

【關(guān)鍵詞】 高中物理 電場教學(xué) 類比

【中圖分類號】 G633.7 【文獻標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2015）12-050-010

類比在物理學(xué)發(fā)展史上的作用舉足輕重。盧瑟福用行星系統(tǒng)類比原子的核式結(jié)構(gòu)模型，否定了湯姆生的“棗糕”模型；德布羅意用機械波的波動性類比提出了一切實物粒子都具有波動性；狄拉克根據(jù)對稱性，類比提出了“正電子”的假說。相關(guān)的例子不勝枚舉。

既然類比這么重要，究竟什么是類比呢？麥克斯韋對類比的理解比較深入，“所謂物理類比，我指的是一種科學(xué)定律與另一種科學(xué)定律之間的部分相似性。它使得這兩種科學(xué)可以相互說明?！痹谖锢砀拍畹男纬?，物理理論的構(gòu)建，推理方法的應(yīng)用以及規(guī)律的表現(xiàn)形式等諸多方面都體現(xiàn)了物理類比。在電場教學(xué)中，合理應(yīng)用類比可以將抽象的理論生動化，能培養(yǎng)學(xué)生興趣，提高學(xué)習(xí)效率，下面和大家分享幾個教學(xué)實踐中的案例。

1.用降雨強度類比電場強度

電場強度的定義是E=F/q，很多學(xué)生由于數(shù)學(xué)思維的慣性，認(rèn)為E與F成正比，與q成反比。無論老師如何強調(diào)E與F和q無關(guān)，有些同學(xué)還是難以接受。如果用降雨強度的概念類比，有些理解上的障礙可能會化解。

教室外面在下雨，學(xué)生和老師都想知道外面的雨下的到底有多大，于是一個共同的問題呈現(xiàn)出來，如何衡量降雨強度？有一種方案，讓一個同學(xué)去外面試試，看他淋濕程度來判斷降雨的強度。如果衣服濕透了說明雨下的大，衣服濕一層，說明雨下的小。這一點和電場強度的描述類似，如果不知道空間某處電場的強弱，于是放入一個試探電荷，看試探電荷的受力，如果受力大說明電場強度大，受力小，說明電場強度小。

細(xì)心的學(xué)生會提出異議，“不能單純的用學(xué)生衣服淋濕的程度說明降雨的強度，因為沒有考慮在雨中淋了多長時間。降雨量小，淋的時間長，衣服也能淋濕透了。”如何才能更準(zhǔn)確的描述降雨的強弱呢？“單位面積，單位時間內(nèi)降雨量的多少可以衡量降雨強度。”學(xué)生很容易達成共識。和電場強度的描述類似，不能用電荷受力的大小來描述電場的強弱，因為受力大也可能是電荷量大的緣故。如果用單位電荷的受力來衡量電場強度就比較科學(xué)，從而引入E=F/q來定義電場強度。

還可以類比的是，探測降雨強度，讓男生出去，還是讓女生出去都可以，但是老師一般會讓男生出去。在電場強度的探測中，要選擇試探電荷，用正電荷和負(fù)電荷都可以，一般選擇用正電荷。如果沒有同學(xué)出去探測降雨強度，外面的雨還會不會下？如果沒有用試探電荷探測電場強度，空間的電場還會不會存在？相信同學(xué)們能得出正確的答案。

2.用素描類比電場線

為了能形象生動的描述場強這個抽象的物理概念，引入了電場線，用電場線的疏密描述場強的大小，用箭頭描述場強的方向。電場線形象的描述電場的主要特征，但是電場線不存在。這又給學(xué)生帶來了理解上的難題。電場強度看不見，但是真實存在；電場線看得見，但是又不存在。用學(xué)生的話說“電場，你到底還要不要人活了”？

用素描類比電場線，可以為學(xué)生的理解搭建一個平臺。會場上，如果我們想介紹一位不在現(xiàn)場的朋友的外貌特征，我們可以用文字描述：長頭發(fā)、大眼睛、瓜子臉、柳葉眉、高鼻梁。聽完之后，可能還會有人想象不清楚到底是什么樣。如果我們將這位朋友的素描拿給大家看，相信所有人在第一時間就能清晰的呈現(xiàn)他的樣子。盡管素描不是人本身，但是，素描形象的反映了人的特征。同理，盡管電場線是假想的，是不存在的，但是用電場線也可以形象的描述電場的特征。

3.用水容器類比電容器

電容器是靜電場教學(xué)中的難點，而它又是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷碾娮釉唬?、彩電、洗衣機中都有，每個人手機里的電池就是一個電容器。因此，電容器的教學(xué)既難又重要！學(xué)生對電容器的電容C=Q/U的理解經(jīng)常出現(xiàn)偏差，學(xué)生會習(xí)慣性的認(rèn)為C與Q成正比，與U成反比，在教學(xué)中我們常?？鄲?，而又沒有可行的辦法。

用幾個不同材質(zhì)和形狀的杯子放在一起，很容易發(fā)現(xiàn)它們有一個共同的功能——盛水，因此，它們可以按照功能命名——水容器。用水容器的容積類比電容器的電容。水容器的容積只是說明它盛水的能力，不能說明現(xiàn)在水容器中有多少水；相類似，電容是說明電容器盛電的能力，也不能說明現(xiàn)在電容器中有多少電。水容器的容積是由容器本身的構(gòu)造決定的，比如，方形杯子的容積是由長、寬、高決定。相類似，電容器的電容也是由電容器本身的構(gòu)造決定，比如，平行板電容器的電容是由極板正對面積，極板間距，電解質(zhì)的介電常數(shù)決定。水容器可以有塑料的，金屬的，陶瓷的；類似，電容器也可以有不同材質(zhì)和形狀。

4.用肉夾饃類比電解質(zhì)電容器

肉夾饃，其實是饃夾肉，它是中國的一道傳統(tǒng)美食，學(xué)生在日常生活中都嘗試過或見過。肉夾饃沒有具體的標(biāo)準(zhǔn)，要求在饃中間夾肉，但是沒有要求夾什么肉，夾豬肉是傳統(tǒng)的肉夾饃，夾驢肉就成了驢肉火燒，夾火腿和奶油就成了三明治。也可以根據(jù)不同要求加入不同種類的肉，開發(fā)出不同的美食。

5.類比的局限性

類比在某種程度上能幫助學(xué)生理解抽象、深奧的物理知識、概念、規(guī)律，但它不是問題本身，也不可能解決所有問題，甚至還會出現(xiàn)偏差。有時，兩個物體之間不一定存在必然聯(lián)系，或從某一個方面的相似性推廣到另一個方面時不一定成立。在物理學(xué)史上，由類比得到的錯誤結(jié)論也一度將物理引入迷途。