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[摘要]普通物理課程是大學階段理工科的一門公共基礎課,對于后續課程的學習起著重要的作用。普通物理在學習過程中需要掌握力、熱、電磁、近代物理等知識,需要理解和記憶大量的公式,有很多知識具有相似性,掌握適當的學習方法在學習過程中能夠起到觸類旁通、事半功倍的效果。而類比法是一種常用的、有效的方法,恰當地運用類比法,能夠使學生對一些抽象的概念形象化,更容易理解和掌握相關知識。這里以力學中的質點和剛體相關公式、靜電場中高斯定律、磁場中普遍安培環路定理為例子,簡要敘述類比法在有關知識學習過程中的應用。
[關鍵詞]類比法;力學;電磁學
在大學普通物理的學習過程中,需要熟練地掌握與物理知識相關的數學內容,由于需要學習的課程較多,教學進度緊張,往往存在高等數學學習和普通物理學習同步的現象,學生很難熟練地掌握和運用相關的數學知識,單純的數學推導更容易造成學生厭學等問題。用一些簡單教學方法,如:類比法,可以對普通物理學習中的有關問題起到觸類旁通、舉一反三的效果,對于理解和掌握相關知識起到良好的促進作用。以大學普通物理課程中力學、靜電場和磁場方面的三個知識點為例,簡要闡述類比法在物理教學中的應用。
1質點和剛體類比
在高中物理的學習過程中,力學部分是以質點為研究對象進行學習的,有關內容對有些同學而言,已經形成了思維定式,因而在剛體的學習過程中會出現很多問題。一個突出問題就是在公式記憶方面容易造成混亂,在作業、期末考試中會看到有關公式的各種錯誤寫法。在教學中我們可以讓學生學會進行類比記憶,既然學生對質點有關規律記憶深刻,那么我們可以用表格1中的公式進行類比記憶。
2靜電場的高斯定律
靜電學中高斯定律是學習的重點,高斯定律反映了靜電場是有源場這一特點。通常,在學習中首先引入通量概念,之后利用通量積分得出高斯定律:我們在教學中以如下方法引入高斯定律,首先,以教室為例(教室兩邊有窗子),與學生進行簡單互動,假設左面窗子有水流流入,右邊窗子有水流流出,左邊窗子有個同學甲,拿了一個流量計,右邊窗子有個同學乙也拿了一個流量計,那么假設甲同學流量計顯示總流入量是a噸(任舉一個實際數字)。順便還要強調一下水流和電流的區別,水流是水分子的流動,電流是電荷的流動。水從高水位的地方流向水位低的地方,電流從高電位的地方流向低電位的地方。水位高低之差稱為水壓,水位高低是由于地球的引力勢決定的。電勢高低之差叫電勢差或電壓。水壓是水定向流動的原因,電壓是使自由電荷發生定向移動的原因。水流可以相交,而電場線不能相交等相關內容。利用這種方法,絕大多數學生都可以快速的掌握和理解高斯定律。
3普遍安培環路定理
在磁場學習過程中,學生對普遍安培環路定理地理解和學習有一定困難。傳導電流理解不難,對于位移電流,很多學生就表示難以理解,那么我們不妨在講這個定理之前先舉一個簡單的理想實驗。如圖1所示,一個密閉回路中有流動的水,一個不透明的容器遮擋住回路的一部分,提問:遮擋住部分水是以什么形式存在,很多同學都說是水流。我們進行假設,如果容器內沒有觀察到水流呢,有些同學思考一下,就會回答,不透明容器內水可能變成水蒸氣了。由此類比,就可以講解圖2了,假設圖2左側電路部分被不透明容器遮擋,那么遮擋住的部分是什么,同學就會回答是電流,之后把不透明容器取掉,看到了電容器,電容器里面沒有傳導電流,但是,極板上有電荷的充放電,存在電場變化,同學就很容易理解電容器內部電場強度沿著整個電容器進行積分,其時間變化,即:電通量隨時間的變化率,我們簡單地列舉了類比法的一些應用,在普通物理的實際學習中,有很多的知識點都可以運用類比法進行學習。總之,在普通物理的教學中利用一些以前學過的知識或者一些易于理解的形象化例子,對有關知識進行類比,能夠對一些抽象知識的理解和掌握起到積極的作用。
【參考文獻】
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[3]王文春,李雪春,鄭殊,等.在大學物理課堂中采用類比法教學有利于拓展學生思維能力[J].物理與工程,2017,27(Z1).
作者:徐大印 單位:煙臺大學光電科學與技術學院