类比法在普通物理教学的应用

类比法在普通物理教学的应用

[摘要]普通物理课程是大学阶段理工科的一门公共基础课,对于后续课程的学习起着重要的作用。普通物理在学习过程中需要掌握力、热、电磁、近代物理等知识,需要理解和记忆大量的公式,有很多知识具有相似性,掌握适当的学习方法在学习过程中能够起到触类旁通、事半功倍的效果。而类比法是一种常用的、有效的方法,恰当地运用类比法,能够使学生对一些抽象的概念形象化,更容易理解和掌握相关知识。这里以力学中的质点和刚体相关公式、静电场中高斯定律、磁场中普遍安培环路定理为例子,简要叙述类比法在有关知识学习过程中的应用。

[关键词]类比法;力学;电磁学

在大学普通物理的学习过程中,需要熟练地掌握与物理知识相关的数学内容,由于需要学习的课程较多,教学进度紧张,往往存在高等数学学习和普通物理学习同步的现象,学生很难熟练地掌握和运用相关的数学知识,单纯的数学推导更容易造成学生厌学等问题。用一些简单教学方法,如:类比法,可以对普通物理学习中的有关问题起到触类旁通、举一反三的效果,对于理解和掌握相关知识起到良好的促进作用。以大学普通物理课程中力学、静电场和磁场方面的三个知识点为例,简要阐述类比法在物理教学中的应用。

1质点和刚体类比

在高中物理的学习过程中,力学部分是以质点为研究对象进行学习的,有关内容对有些同学而言,已经形成了思维定式,因而在刚体的学习过程中会出现很多问题。一个突出问题就是在公式记忆方面容易造成混乱,在作业、期末考试中会看到有关公式的各种错误写法。在教学中我们可以让学生学会进行类比记忆,既然学生对质点有关规律记忆深刻,那么我们可以用表格1中的公式进行类比记忆。

2静电场的高斯定律

静电学中高斯定律是学习的重点,高斯定律反映了静电场是有源场这一特点。通常,在学习中首先引入通量概念,之后利用通量积分得出高斯定律:我们在教学中以如下方法引入高斯定律,首先,以教室为例(教室两边有窗子),与学生进行简单互动,假设左面窗子有水流流入,右边窗子有水流流出,左边窗子有个同学甲,拿了一个流量计,右边窗子有个同学乙也拿了一个流量计,那么假设甲同学流量计显示总流入量是a吨(任举一个实际数字)。顺便还要强调一下水流和电流的区别,水流是水分子的流动,电流是电荷的流动。水从高水位的地方流向水位低的地方,电流从高电位的地方流向低电位的地方。水位高低之差称为水压,水位高低是由于地球的引力势决定的。电势高低之差叫电势差或电压。水压是水定向流动的原因,电压是使自由电荷发生定向移动的原因。水流可以相交,而电场线不能相交等相关内容。利用这种方法,绝大多数学生都可以快速的掌握和理解高斯定律。

3普遍安培环路定理

在磁场学习过程中,学生对普遍安培环路定理地理解和学习有一定困难。传导电流理解不难,对于位移电流,很多学生就表示难以理解,那么我们不妨在讲这个定理之前先举一个简单的理想实验。如图1所示,一个密闭回路中有流动的水,一个不透明的容器遮挡住回路的一部分,提问:遮挡住部分水是以什么形式存在,很多同学都说是水流。我们进行假设,如果容器内没有观察到水流呢,有些同学思考一下,就会回答,不透明容器内水可能变成水蒸气了。由此类比,就可以讲解图2了,假设图2左侧电路部分被不透明容器遮挡,那么遮挡住的部分是什么,同学就会回答是电流,之后把不透明容器取掉,看到了电容器,电容器里面没有传导电流,但是,极板上有电荷的充放电,存在电场变化,同学就很容易理解电容器内部电场强度沿着整个电容器进行积分,其时间变化,即:电通量随时间的变化率,我们简单地列举了类比法的一些应用,在普通物理的实际学习中,有很多的知识点都可以运用类比法进行学习。总之,在普通物理的教学中利用一些以前学过的知识或者一些易于理解的形象化例子,对有关知识进行类比,能够对一些抽象知识的理解和掌握起到积极的作用。

【参考文献】

[1]郑永令,华宏鸣,吴子仪.费恩曼物理学讲义[M].上海:上海科学技术出版社,2009.

[2]张三慧.大学物理基础物理学[M].二版.北京:清华大学出版社,2005.

[3]王文春,李雪春,郑殊,等.在大学物理课堂中采用类比法教学有利于拓展学生思维能力[J].物理与工程,2017,27(Z1).

作者:徐大印 单位:烟台大学光电科学与技术学院