類比法在高中物理核心素養(yǎng)教學(xué)中的運(yùn)用

摘? 要：當(dāng)前新課程改革呼喚教師轉(zhuǎn)變教育教學(xué)的背景下，如何有效地推動(dòng)基于核心素養(yǎng)的教學(xué)改革，就要保證課堂教學(xué)方式的有效性。要有有效的教學(xué)策略：有效的教學(xué)方式，物理觀念的滲透，物理科學(xué)方法的教學(xué)，解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)，自學(xué)能力的養(yǎng)成等。課堂是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的主陣地，本文通過(guò)對(duì)靜電場(chǎng)與萬(wàn)有引力場(chǎng)的概念、定義、定理、公式進(jìn)行分析類比，進(jìn)而總結(jié)出一些對(duì)高中物理靜電場(chǎng)教學(xué)的心得體會(huì)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)教學(xué);靜電場(chǎng);萬(wàn)有引力場(chǎng);相似性;類比法

對(duì)進(jìn)入高二的理科學(xué)生來(lái)說(shuō)，功課突然變難、學(xué)業(yè)任務(wù)變多、壓力變大，采用高一的學(xué)習(xí)方法很難應(yīng)付高二課程的學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)成績(jī)不夠理想，從而給學(xué)生們?cè)斐珊艽蟮男睦砺洳?，很容易使學(xué)生失去對(duì)學(xué)習(xí)理科的興趣和信心，所以高二是高中階段的一個(gè)重要分水嶺。尤其是學(xué)生對(duì)物理《靜電場(chǎng)》的學(xué)習(xí)，就暴露出很大的問(wèn)題：由于《靜電場(chǎng)》中的概念、定義、定理、公式比較多，造成學(xué)生對(duì)其吃不準(zhǔn)、理解不透、公式記不住，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)概念性的問(wèn)題、甚至張冠李戴、錯(cuò)誤百出。那么如何更好、更有效地學(xué)習(xí)《靜電場(chǎng)》呢？筆者根據(jù)學(xué)習(xí)從教心得，總結(jié)發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力場(chǎng)與靜電場(chǎng)有很多相似之處，若將萬(wàn)有引力場(chǎng)的概念、定義、定理、公式等應(yīng)用到靜電場(chǎng)的教學(xué)中，更便于學(xué)生對(duì)靜電場(chǎng)的學(xué)習(xí)掌握、理解和應(yīng)用。

1.萬(wàn)有引力場(chǎng)與靜電場(chǎng)中概念、定義的相似性

1.1質(zhì)點(diǎn)與點(diǎn)電荷

在萬(wàn)有引力場(chǎng)中，如果物體的大小、形狀對(duì)研究的問(wèn)題所起的作用很小或沒(méi)有，或物體的尺寸大小遠(yuǎn)小于物體間的距離，就可以忽略其體積，將它看作有質(zhì)量的點(diǎn)，稱為質(zhì)點(diǎn);在靜電場(chǎng)中，如果帶點(diǎn)體本身的尺寸大小，比問(wèn)題所涉及的距離小得多，就可以忽略其大小，將其看成帶有電量的點(diǎn)，稱為點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷與質(zhì)點(diǎn)的概念很相似：都是忽略物體本身大小而看成一個(gè)點(diǎn)，但這個(gè)點(diǎn)具有物體的物體全部質(zhì)量或電量，都是科學(xué)的抽象、理想化的物理模型。

1.2引力強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度

萬(wàn)有引力場(chǎng)中引力強(qiáng)度等于該點(diǎn)處單位質(zhì)量的物體所受的引力，即g=G/m。而電場(chǎng)中某處的電場(chǎng)強(qiáng)度等于該點(diǎn)處的單位試探電荷所受的電場(chǎng)力，即E=F/q;都屬于從物質(zhì)的本質(zhì)上進(jìn)行定義的。

1.3 勢(shì)的定義

引力場(chǎng)中某點(diǎn)的引力勢(shì)在數(shù)值上等于把單位質(zhì)量的物體從該點(diǎn)移到無(wú)窮遠(yuǎn)處萬(wàn)有引力所做的功，即V=W/m;電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)在數(shù)值上等于把單位正電荷從該點(diǎn)移到無(wú)窮遠(yuǎn)處?kù)o電力所作的功，即;兩定義中都是把無(wú)窮遠(yuǎn)處作為勢(shì)的零點(diǎn)。

1.4勢(shì)能的定義

質(zhì)點(diǎn)在引力場(chǎng)中的引力勢(shì)能，等于把該質(zhì)點(diǎn)移到零引力勢(shì)能出萬(wàn)有引力做的功;點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中的電勢(shì)能等于把點(diǎn)電荷移到零電勢(shì)處?kù)o電力所做的功。

2.萬(wàn)有引力場(chǎng)與靜電場(chǎng)中定理、公式的相似性

2.1萬(wàn)有引力與庫(kù)侖力

真空中點(diǎn)電荷之間的庫(kù)侖力與質(zhì)點(diǎn)間的萬(wàn)有引力，兩個(gè)公式非常對(duì)稱、極為相似，F(xiàn)大小與距離的平方成反比，與兩點(diǎn)電荷所帶電量或質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量的乘積成正比。宏觀中物體間的萬(wàn)有引力定律與微觀中電荷間的庫(kù)侖定律竟然有如此的相似，充分體現(xiàn)到物質(zhì)世界的和諧美、對(duì)稱美的自然法則。其實(shí)，整個(gè)靜電學(xué)都是借鑒和利用了萬(wàn)有引力理論的已有成果而發(fā)展起來(lái)的。

2.2重力做功與電場(chǎng)力做功

重力做功：質(zhì)量為m的物體在重力的作用下，從hA位置運(yùn)動(dòng)到hB位置時(shí)，重力做功WAB=mghAB，重力所做的功與物體的起始位置和終止位置有關(guān)，但與物體經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。同樣電場(chǎng)力做功：試探電荷q在電場(chǎng)力的作用下，從A運(yùn)動(dòng)到B，電場(chǎng)力做功WAB=qEdAB=qUAB，因此在電場(chǎng)中，靜電力所做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，但與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)，故兩力都為保守力。

2.3重力勢(shì)能與電勢(shì)能

在物體僅受重力時(shí)，重力對(duì)物體做正功，物體重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，相反重力對(duì)物體做負(fù)功，物體重力勢(shì)能增大，動(dòng)能減小，即：WAB=EPA-EPB;同樣電荷僅受電場(chǎng)力時(shí)，電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功，電荷的電勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，而電場(chǎng)力對(duì)電荷做負(fù)功，電荷的電勢(shì)能增大，動(dòng)能減小，即：WAB=EPA-EPB;

2.4平拋運(yùn)動(dòng)與類平拋運(yùn)動(dòng)

在引力場(chǎng)中，如果物體的初速度V0與重力垂直，物體在水平方向上將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，即：Vx=V0，y=V0t，在豎直方向上將做自由落體運(yùn)動(dòng)，即Vy=gt，y=1/2gt2，稱為平拋運(yùn)動(dòng);而在電場(chǎng)中，如果電荷的初速度V0與電場(chǎng)力垂直，電荷在與電場(chǎng)力垂直的方向?qū)⒆鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，即：Vx=V0，x=V0t，在與電場(chǎng)力平行的方向?qū)⒆鰟蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)，即：Vy=at，y=1/2at2，稱為類平拋運(yùn)動(dòng);

3.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)萬(wàn)有引力場(chǎng)與靜電場(chǎng)的相關(guān)概念、定義、定理、公式進(jìn)行分析比較，我們不難發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力場(chǎng)、靜電場(chǎng)之間有很多驚人的相似之處，因此我們?cè)谥v授靜電場(chǎng)時(shí)，不妨借用同學(xué)們已經(jīng)比較熟悉的萬(wàn)有引力場(chǎng)的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行相似類比法講授，譬如：在講授“點(diǎn)電荷”時(shí)，概念比較抽象就可以有意地引導(dǎo)學(xué)生回顧一下學(xué)習(xí)“質(zhì)點(diǎn)”時(shí)，抓住事物的主要矛盾，將物體科學(xué)地抽象為一個(gè)有質(zhì)量而體積不計(jì)的有質(zhì)量的點(diǎn);再者就是利用“平拋運(yùn)動(dòng)”與“類平拋運(yùn)動(dòng)”的相似性進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算等。這樣充分利用靜電場(chǎng)與萬(wàn)有引力場(chǎng)的相似性進(jìn)行類比教學(xué)，可以更好地幫助學(xué)生理解靜電場(chǎng)中的概念、定義、定理、公式等知識(shí)，從而達(dá)到事半功倍的效果。

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作者簡(jiǎn)介：呂磊（1981年10月），男，河南，光學(xué)碩士研究生，中學(xué)中級(jí)物理教師，任教于廣東省珠海市實(shí)驗(yàn)中學(xué)，兼物理教研組長(zhǎng)。