很多学生在学习高二电磁学部分时,感觉既抽象而概念又多,学生在高二阶段成绩出现两极分化,不能不说电磁学部分是他们心中永远的痛。如何学好电磁学,化抽象为具体呢?笔者在多年的物理教学中,证明较为有效的方法之一就是让学生多采用类比方法。怎样进行类比?根据笔者多年总结,可采用的类比方法如下:
1.物理模型的类比。用点电荷与质电模型对比,质点是物体全部质量集中于一点,质量只有正无负;点电荷是全部电荷集中于一点,而电荷电性却有正、负之分。质点和点电荷都是为研究物体和带电体问题方便,而忽略物体和带电体本身形状、大小而引入的理想化模型,然后对比它们哪种情况可视作质点、点电荷。磁感线与电场线类比,都是假想模型。磁感线闭合,而电场线不闭合,其切线方向为场强方向。电场基本性质是对于放入其中的正、负电荷有电场力的作用、重力场是对放入其中的物体(质量)有力的作用,而磁场是对非平行磁感线进入的运动电荷(通电导线中电流是由电荷的定向移动形成)有磁场力的作用。
2.物理公式的类比。库化定律F=可以与高一万有引力定律F=类比,它们都是平方反比定律。万有引力定律揭示宇宙中任何两个物体之间的引力;而库化定律揭示真空中两个点电荷间的吸引力或排斥力。对电场强度的定义式E=来说,如何让学生理解清楚E与F、q无关。或者说,不能说成q一定,E与F成正比;F一定,E与q成反比,一般教师都会用电阻R=来加以说明,但学生在初中时没有学过电阻定律R=,对电阻认识较肤浅,笔者就启发学生利用学过的牛顿第二定律F=ma的变式m=来理解,很显然物体的质量由其本身物质结构、材料决定,而不会是a一定,m与F成正比,F一定,m与a成反比;而同样由比值定义的电势差U=,正电荷从A到B电场力做正功,即U==,负电荷从A到B电场力方向相反做负功,即有U==,U仍然与W和q无关,而由电场本身性质决定,对任何电场的电势差都适用。而点电荷的场强公式的决定式是E=,E却由Q与r共同来决定。这样两个定律的适用条件也可以比较。
3.物理规律内容的类比。电荷守恒定律又可以类比能量守恒定律。在能量守恒定律中各种形式的能量可以相互转化、转移,而电荷守恒定律中正、负电荷只有转移。这是绝对不能混淆的。
4.与高一章节内容之间的类比。电场是一种看不见、摸不着的客观存在的物质,学生学习时感到很抽象。在教学时,笔者先比较通过接触产生的弹力、摩擦力,而万有引力、电场力是非接触力。地球周围空间存在重力场,则有电荷周围空间自然存在着电场,根据牛顿第三定律可知库仑定律中点电荷之间的力是属于作用力与反作用力,彼此都处于对方所产生的电场之中,它们的作用不是通过接触,而是通过电场这种物质发生作用;引入试探电荷,只研究试探电荷的电场力就如研究地面附近的物体的受力而不必时时研究地球受力一样;电场力做功与重力做功类比,它们做功都与路径无关,只有重力做功,重力势能与动能相互转化,机械能总量保持不变;而只有电场力做功,电势能和动能的相互转化中,电势能和动能的总量保持不变,却不叫做机械能守恒,因为它是能的另一种存在方式——电场能,就正如热学中所有的分子势能和分子动能总和为内能一样。
物理问题离不开过程分析,中学物理教材中较复杂的过程分析一般是一至二个或二至三个过程。高考物理计算题也遵循这一规律。通过类比使学生对知识的掌握更加明晰,在一定时期内强调某种方法,效果不仅仅在该种方法了,教师看着自己所教的学生学科素养和能力一天天接近自己,甚至超过自己,不也是一种“青出于蓝而胜于蓝”的欣慰?◆(作者单位:江西省信丰县第二中学)
□责任编辑:周瑜芽