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例谈类比法在物理教学中的应用 陶春晓（安庆师范学院物理与电气工程学院 安徽 安庆 246011） 指导老师：朱永忠 摘要：本文首先对类比法的实质及其方法论意义作了简单的阐述，并就类比法在物理科学发展中的突出贡献及在物理教学中的典型应用实例作了讨论。类比法在物理科学发展中,最突出的贡献是静电学中库仑定律和麦克斯韦电磁场理论的确立。本文以基尔霍夫定律的教学作为物理教学中的典型应用实例。然而在实际教学中类比法也会出问题。类比法是一种由特殊到特殊的逻辑思维方法,所以用类比法推出的结论往往带有一定的局限性。 关键词：类比法，库仑定律，电磁场理论，基尔霍夫定律，局限性 1. 引言 从蒙昧洪荒时期起，科学探索就伴随人类社会的进步而不断发展。在千百年的科学研究长河中人类积累了多种多样的研究方法，类比法作为其中一种，在科学研究的舞台上独领风骚。在物理学发展中，人们利用因果类比、数学类比、概念类比和模型类比探索了许多未知的领域，使许多物理学中的疑难问题得到解决。类比方法在物理学发展史上起着其重要的作用。德国天文学家开普勒曾说过:“我珍视类比胜于任何别的东西，它是我最可信赖的老师，它能揭示自然的秘密。” 因此，用类比的方法提出新规律新思想新理论是十分重要的任务。本文用简洁的语言概述了物理科学发展中的重要贡献和物理教学中典型实例来说明类比法的重要性。但是类比法在实际教学中也会出问题的，具有一定的局限性。因此，我们在解决实际问题中，要具体问题具体对待，以理论分析和实验研究来提高类比法在问题研究中的准确性。 2. 类比法概述 类比法是人类认识客观世界的一种基本思维方法。在物理学的研究和发展过程中,人们利用简单共存类比、因果类比、对称类比、协变类比、综合类比等方法探索了自然界的许多未知领域,解决了物理学中的许多问题,有许多重要的结论就是通过类比法而获得的。历史上,开普勒、麦克斯韦、爱因斯坦等许多著名科学家都曾经对类比法作出过很高的评价。类比法是一种物理学的研究方法,也是一种科学方法论,还是一种非常好的教学和学习方法,在物理学的教学中具有极为重要的地位。 所谓类比法是根据两个或两类对象之间在某些方面有相同或相似的属性,从而推出他们在其他方面也可能具有相同或相似的属性的一种推理方法,它不同于归纳、演绎,它是从特殊到特殊的推理方法。通过类比,可以从已知的熟悉的对象具有某种性质推出未知的生疏的对象应具有的相似性质,起到由此及彼,既把握了对象的共性又有所鉴别的作用,从而在不同知识领域之间实行知识的过渡,沟通了知识间的横向联系,具有提供解决问题的线索、触类旁通、举一反三等启迪思维的作用。由于事物性质的差异,类比推理预测的结果具有或然性,并非都是可靠的,所得的结论可能正确,也可能错误,具有一定的局限性。但是,它是探索新知识的先导,是科学假说的前提,是一种好的思维素质,因而在物理学中广泛使用这种方法。 3. 类比法在物理科学发展中的突出贡献 3.1库仑定律的建立 库仑定律不仅是电磁学的基本定律,也是物理学的基本定律之一。库仑定律阐明了带电体相互作用的规律,决定了静电场的性质,也为整个电磁学奠定了基础。它的建立既是实验经验的总结,又是理论研究的成果。库仑定律的建立标志着电学研究从定性阶段转入定量阶段,使数学进入了电磁学的研究领域,电磁学从此开始走上了严密的定量化道路。 18世纪中叶,牛顿力学已经取得辉煌胜利,人们借助于万有引力的规律,对电力和磁力作了种种猜测。1750年左右,德国科学家埃皮努斯在实验中发现:电荷之间的相互作用力随距离的缩短而增大。1766年英国科学家普利斯特列做了一个验证实验:带电金属容器内表面上不分布电荷,它对空腔内部的电荷没有作用力。根据肯定的实验结果,普利斯特列首次将电的引力类比于万有引力,作出了一个大胆的猜测,认为“难道我们就不可以认为电的吸引力遵从与万有引力相同的规律,即与距离的反平方有关的规律吗?”,1769年爱丁堡大学的罗宾逊通过作用在一个小球上电力和重力平衡的实验,第一次进行了直接测定。他由实验判定:电力与两球距离的关系用公式表示,他得到,这个δ叫做指数偏差。他确立了同种电荷的斥力反比于电荷间距的2.06次幂,异种电荷的吸引力反比的平方次幂小于2,由此他推测。1773年,英国科学家卡文迪许利用空腔带电导体实验证明,除了带电球腔内点电荷不受电力以外,在腔内与之相连的导体球也不残留电荷。这一实验的成功使验证电力平方反比的方法,由测力法改变为测残留电荷法,使实验的精确度得到提高。卡文迪许根据实验中导体球内表面检测不到的电荷数量推算出电力与距离成反比的方次与2相差最多不超过2%,即r的指数与2的偏差。他的这一实验是近代精确验证电力定律的雏形。但遗憾的是他的这一结果直到他去世后才于1879年被公开发表。 库仑是法国工程师和物理学家。1777年,他