谈类比法在电场相关概念教学中的应用|数学类比法的例子

时间：2019-05-12 03:28:20　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：在电场相关概念教学中运用类比的方法，可以使抽象、难懂的知识内容，变得不再陌生、抽象，从而激发学生的学习信心及兴致，促进学生对新知识的消化、吸收。　　关键词：类比法；电场；教学
　　在学习职业中专《物理》下册第一章电场时，学生对电场、电场强度、电势差、电势等基本概念感到既抽象又难懂。这是因为，一是职业学校的学生基础素质较差，二是课本内容的系统性、逻辑性较强，如果照搬课本讲述，内容较复杂、抽象、理论性太强，不利于学生的理解和掌握。而在教学中，运用类比的方法，可把相似的、相关的或看起来“毫不相关”的事物联系起来，使抽象、难懂的知识内容，变得不再陌生、抽象，从而在学生的原有认知结构中，获得新知识的影子。接下来再将熟知的内容与新知识联系起来讲解，既能激发学生的学习的信心及兴致，又能促进新知识的消化、吸收，收到较好的教学效果。
　　一、电场与马拉车的缆绳相比较，通俗地理解电场概念
　　力是物体与物体之间的作用，发生作用的两个物体通常是直接接触的。如手推讲桌，手对讲桌施加一个作用力，且手与讲桌直接接触。两个电荷之间也存在着相互作用力，即同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，且电荷之间不需直接接触。那么它们之间是通过什么发生作用的呢？原来，它们之间需要借助一种媒介物来发生，这一点就同农村中的马拉车一个样。马拉车时马对车施加了作用力，马与车之间并没有直接相触，马拉车的作用力是通过套在马上的缆绳施加给车的。同样的道理，在电荷的周围存在着一种特殊的物质叫做电场，电荷与电荷之间的作用力就是借助电场发生的。这样将电场由缆绳类比，使看不见、摸不着的抽象的电场变得具体、鲜活起来，加深了学生对电场概念的理解。
　　二、与描述匀速直线运动的速度类比来理解电场强度
　　电场强度是描述电场中各点力的性质的物理量，是本章的一个重点，又是一个难点。在讲解这个概念时，首先复习匀速直线运动的速度。速度是用来描述物体运动快慢的物理量。做匀速直线运动的不同物体在相同时间内，物体通过的位移大，则运动快，否则通过的位移小，则运动慢。而对同一物体做匀速直线运动时，通过位移与通过这段位移所用时间的比值不变，即速度不变，可见比值大小能反映物体做匀速直线运动的快慢。而电场强度与此相似，不同的电场或同一电场的不同地方，电荷受到的电场力大小不同，在电场中的某个地方，同一电荷受到的电场力大，则此处电场强，否则那里电场就弱。由于电荷有正负之分，且电荷在电场中所受电场力的大小还与电荷所带的电荷量有关，故我们首先假设有一个带有很小正电荷量的电荷q作为检验电荷，将其先后放在Q点电荷所形成的电场中的A点或B点，检验电荷q在A、B两点所受的电场力FA、FB的大小和方向都不相同，由前边所学电场的库仑定律知识可知，A点与Q距离近，B点与Q距离远，则A点场强大于B点场强，因而q在A、B两点受力FA大于FB，将放在A、B两点的检验电荷的电荷量增大到2q时，实验发现它在A、B两点的电场力分别为2FA和2FB，当电荷量增大到3q时，A、B两点的电场力就变为3FA、3FB。大量实验发现，不论电荷量如何变化对电场中同一位置，电荷所受电场力与电荷量的比值不变，即对A点：FA/q=2FA/2q=3FA/3q，B点：FB/q=2FB/2q=3FB/3q，并且电场中不同位置比值不同。由于FA>FB则FA/q>FB/q，则比值的大小与电荷量无关，只取决于电场本身，反映了电场的性质，因此这个比值可以表示电场强弱，比值大电场强，比值小电场弱，这个比值就叫做电场强度.理解电场强度就为以后学习带电粒子在电场中的偏转、静电屏蔽等知识打下理论基础。
　　三、电势能、电势差、电势与重力势能、高度差、高度类比
　　众所周知，在地球附近的物体时刻都受重力作用，这一点同电荷在电场中要受到电场力作用相似。此时我们可认为物体处在地球的重力场中，由于物体在重力场中具有与其位置相关的重力势能，当物体从高处下落到低处时，重力做正功，重力势能减少，当物体由低处上升到高处时，重力做负功，重力势能增加。相应的由电场的基本性质：电荷在电场中要受到电场力，因而也具有与其位置有关的势能，这种势能叫做电势能。当电场力对电荷做正功，电荷的电势能减少，若电场力对电荷做负功，则电势能增加。这样由重力势能做类比，学生也较易理解电势能这个概念了。
　　当物体在重力场中位置发生变化从高H2到达低处H1时，则重力做的功等于重力势能的变化量。这个比值可表明重力做功不仅与物质的Mg有关还与这两个位置有关，而这个比值就是这两个位置的高度差。同样道理，电荷在电场中两点间移动时，电场力做的功与电荷量有关，还与这两点的位置有关。对于确定的两点，则电场力做的功与电荷量的比值是不变的。对于不同的两点则比值不同。显然这个比值就揭示了电场力对电荷做功与这两点的位置有关，而这两点位置是电场本身决定的。这个比值就叫做电势差。电势差就是用来表示电场性质的物理量，而它就是初中所学过的电压。认识到这些，对于第二章学习电流的形成的条件，闭合电路欧姆定律等知识内容奠定了基础。
　　对于电势的学习，当时所教几个班都在楼上，在学习电势差概念后，趁热打铁及时学习与其密切相关的电势概念，为降低学习的难度，首先做了类比，让学生看教室里的电扇高度大约是多少米，假设为2.5m高，那么这个高度是如何确定出来的？有些学生说从我们脚底下的地面算起的。我告诉学生：此时，是以我们脚底下的楼面作为高度的零点的。要知道，现在我们处在三楼，若每层楼高度为3m，则脚底下的地面为多高？有的学生很快算出来6m高。那么电扇多高呢？回答8.5m米高。随后强调此时这个高度是以一楼为地面作为高度的零点确定出来的。而电扇与三楼地面的高度差为8.5m-6m=2.5m，此时2.5m的高度差就是刚才学生回答的以三楼为地面作为高度的零点时电扇的高度。同样道理，电场中两点的电势差，若以其中一点作为基准位置（即选取基准位置的电势为零），则这两点之间的电势差即为另一点的电势。这样用上边的高度做类比，学生很快地理解了电势这个概念，由高度及高度差的关系，更明确了电势差与电势的联系。
　　四、小结
　　由上述可知，通过这几个概念的学习，不但巩固了原有的知识内容，建构了完整的新的知识体系，而且促进了对新知识的理解及其它相关知识的掌握。同时让学生学会了分析解决复杂、抽象问题的方法。由此看来，通过类比的方法借助简约化的语言，很容易揭示概念的内涵，通过这种模式既突出了教学的重点，又化解了教学的难点，形成了合理的教学结构，使学生在轻松熟知的情景中学习了新知识，提高了抽象思维能力，为今后的学习及工作能力的提高打下一个良好的基础。

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