类比方法在高三物理复习教学中的运用策略探讨

马 博

(江苏省徐州市第二中学，江苏 徐州 221000)

1 引言

高三物理复习是学生综合分析能力得到快速提升的重要阶段，在高中三年的学习过程中，学生积累的大量物理知识许多是以“知识碎片”的形式无序地存储在学生的大脑中，并未形成严密的知识体系。引导学生梳理所学知识,建构知识体系，帮助学生提升解决问题的能力，是高三物理复习教学的重要任务。[1]然而在复习教学中，部分教师引导学生简单重复所学知识,大量做练习题,将学生推进了“题海困境”，降低了复习的效率。笔者在复习教学实践中发现，科学运用类比方法，搭建新旧知识之间的桥梁,有利于学生对知识体系进行有序建构，综合提升其问题解决能力。下面以“静电场”复习为例，探讨类比方法在高三物理复习教学中的运用策略。

2 类比方法的运用

2.1 巧用类比方法，让学生的概念认知更深刻

“静电场”是高中物理知识体系中的重要一环，其相关的物理概念较为抽象，学生往往难以理解。而正确理解物理概念、熟知物理概念的内涵和外延是应用物理概念解决问题的基础。[2]为此，在复习与“静电场”相关物理概念时，可以巧用类比方法，将“静电场”与学生相对熟悉的“重力场”相类比。比如将“电场强度E”类比为“重力加速度g”，g是表征重力场力性质的物理量，与重力场的“场源”(中心天体)以及所在场中的位置有关；而E是表征静电场力性质的物理量，与产生静电场的“场源电荷”以及所在场中的位置有关。再比如，在复习“电势φ”时，可与“重力场”中的“gh”进行类比，它们都是表征场能量性质的物理量，其大小都是由“场源”和所在场内的位置决定的。

综上所述，巧用类比方法复习物理概念，建立概念之间的内在联系，有利于强化学生对概念的理解，有助于学生全面、系统地认知物理概念。

2.2 妙用类比方法，让问题解决思路更清晰

高中物理涵盖大量的知识内容，这些知识间存在着很多内在联系，物理规律间也有相似、相通之处，因此解决问题的方法也存在相通的地方。比如在处理静电场功能关系时，可与重力场中功能关系相类比，电场力做功、重力做功都与路径无关，重力做功大小W1=mgh，只与起点和终点的高度差相关；电场力做功大小W2=Uq，只与起点和终点的电势差相关。重力做功等于重力势能的减少量，电场力做功等于电势能的减少量。对只有重力做功过程的单个物体而言，其动能Ek与重力势能Ep之和保持不变，即(Ek+Ep)为定值，也就是机械能守恒；类似地，若在一段运动过程中只有电场力做功，则只有带电体的动能和电势能参与能量转化。通过类比，可以得出类似于机械能守恒定律的推论。

推论1：若在一段运动过程中只有电场力做功，则带电体的动能Ek与电势能Ep之和保持不变。

在处理只有电场力做功的问题时，可与机械能守恒定律的使用方法类比，把“推论1”作为分析问题的出发点，以下通过两道例题来具体说明其运用策略。

例1：如图1所示，实线为方向未知的三条电场线，虚线1、2、3分别为三条等势线，三条等势线与其中一条电场线的交点依次为M、N、Q，已知MN=NQ，电荷量相等的a、b两带电粒子从等势线2上的O点以相同的初速度飞出，仅在电场力作用下，两粒子的运动轨迹如图1中虚线a′、b′所示，则( )。

A.a粒子一定带正电，b粒子一定带负电

B.MN两点电势差|UMN|等于NQ两点电势差|UNQ|

C.a粒子的加速度逐渐增大，b粒子的加速度逐渐减小

D.a粒子从出发到等势线3过程的动能变化量比b粒子从出发到等势线1过程的动能变化量小

图1

本题重在考查静电场情境下的受力分析及功能关系。通过分析选项B可知：|UMN|>|UNQ|。下面重点阐述如何运用由类比方法得出的“推论1”，来分析和理解D选项中的功能关系。

因a、b所带的电荷量相等，设为q，则：a粒子从等势线2运动到等势线3的过程中，电场力所做功Wa=q|UNQ|；b粒子从等势线2运动到等势线1的过程中，电场力做功Wb=q|UMN|，结合|UMN|>|UNQ|，可得：Wb>Wa。

由“电场力做功等于电势能的减少量”，可知：ΔEpb>ΔEpa。而题干中“仅在电场力作用下”表明运动过程中只有电场力做功，满足“推论1”的适用条件，故可得：(Ek+Ep)为定值，即电势能减少多少，动能就会相应增加多少。因此可得：ΔEkb>ΔEka，在此过程中，a粒子动能变化量比b粒子动能变化量小，D选项正确。

通过“例题1”的分析，引导学生运用类比方法得到的“推论1”，分析和理解静电场中的功能关系，帮助学生将“静电场”部分的功能关系与“机械能”部分的功能关系建立联系，利于学生清晰认知物理问题。

例2：如图2所示，图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b上的电势为2 V。一电子经过a时的动能为10 eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV，不考虑重力，下列说法正确的是( )。

A. 平面d上的电势为零

B. 该电子可能到达不了平面f

C. 该电子经过平面d时，其电势能为4 eV

D. 该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍

图2

本题以匀强电场为情境，重在考查匀强电场中等势面的特点及静电场中的功能关系。因等势面间距相等，由U=Ed得：相邻虚线之间电势差相等，由a到d，eUad=-6 eV，故Uad=6 V；因电场力做负功，故电场方向向右，沿电场线方向电势降低，又φb=2 V，则φc=0，φa=4 V，φd=-2 V。在复习教学中可引导学生运用“推论1”分析D选项中的功能关系。

因运动过程中只有电场力做功，根据“推论1”可知：电势能与动能之和保持不变，Ekb+Epb=Ekd+Epd=Eka+Epa，根据Ep=qφ可得：Epb=-2 eV，Epd=2 eV，Epa=-4 eV。而Eka=10 eV，代入得：Ekb=8 eV；Ekd=4 eV，进而可以判定出D选项中的速度关系。

在上例中，巧妙运用“推论1”解决了静电场中的功能关系问题。在解决过程中容易发现“推论1”的应用表达式与“机械能守恒”的表达式非常相似，这让学生产生似曾相识的熟悉感，利于学生理解相关物理知识。

通过上述两例发现：(1) “推论1”的适用条件是带电体运动过程中只能有电场力做功，与机械能守恒定律的适用条件类似。因此，与运用机械能守恒定律的步骤一样，在使用“推论1”前也需要先判定是否符合使用条件。(2) “推论1”的运用将“静电场”中的功能关系与“重力场”中的功能关系联系在了一起，有助于促进学生的知识正向迁移。

运用类比方法，还可以引导学生继续深入思考：若在一段运动过程中只有电场力和重力做功，则只有机械能与电势能参与能量转化，由此可类比得到第二个推论。

推论2：对单个物体而言，若在一段运动过程中只有电场力和重力做功，则此过程中带电体的机械能与电势能之和保持不变。

“推论2”也可用于对相关问题的分析和理解，但在具体使用时更多会直接以能量守恒的形式体现，此处不再展开。

除此之外，还有很多其他物理问题的分析也可用类比方法来解决，比如带电粒子在静电场中的偏转问题可与重力场中的平抛运动相类比，等等。总而言之，灵活运用类比方法分析解决物理问题，利于学生加深对物理规律的理解，使学生对物理问题的认知更加清晰透彻。

高中物理知识间有着高度的关联性，比如重力场、静电场和磁场。如学习静电场时可类比重力场一样，学习磁场时也可活用类比方法，将磁场与静电场进行类比。如磁感应强度的定义方式、安培力以及电荷在磁场中的运动等。实践表明，在高三物理复习教学中活用类比方法，可以促进学生知识体系的有序建构，让学生的学习更加轻松。

3 类比方法的运用原则

类比方法虽好，却不可滥用。在教学中使用类比方法，要遵循以下原则。

(1) 类比方法的使用要科学有效。用于类比的知识间要真实存在相似关系，要有利于知识的梳理和规律的概括。

(2) 类比方法的使用要能够引发学生的学习兴趣，激发学生的学习信心。兴趣能够使学习更主动,信心能够使学习可持续。

(3) 类比方法的使用要做到以学生为主体。任何教学方法的使用,都要符合学生的认知规律，类比方法也不例外。

4 结语

类比方法是一种可以促进知识“迁移”、助力将所学知识融会贯通的思维方法。科学运用类比方法开展高三物理复习教学，引导学生梳理知识，建立物理知识间的联系，能够有效促进学生有序构建物理知识体系，显著提高复习教学效率，值得继续探索和实践。