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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：类比法在物理科学发展中做出了许多伟大的贡献,而贡献之一则是静电学中库仑定律的确立。本文首先对类比法的实质及其方法论意义作了深刻的讨论。随后就类比法在物理科学发展中的突出贡献和物理教学中典型应用实例，进一步展现类比法的突出作用及方法论意义。最后指出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，局限性 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崭露头角[1]。类比法是人类思维活动中一种特有的方法, 在认识客观事物的思维活动中, 在探索新的事物发展规律, 建立事物之间的联系过程中, 发挥着极其特殊的作用, 它的创造性是归纳法、演绎法所无法比拟的, 因而是古今中外的科学家最常用的一种思维方法。由这种方法所得出的结论, 虽然不一定可靠、可信, 但在逻辑思维中却富有创造性[2]。 热质说把热与流体类比；库仑定律中把静电相互作用力与万有引力类比；卢瑟福将原子结构与太阳系类比；薛定谔将物质波与机械波类比……等等, 这些由类比而使物理学获得重大突破的例子不胜枚举。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。本文以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。 类比法概述 所谓类比法是根据两个或两类对象之间在某些方面具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[3],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所具有的某种性质，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现知识的过渡,沟通知识间的横向联系,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。 类比法的分类方法多种多样，在这里我们将其分为协变类比、简单共存类比、因果类比、对称类比、综合类比。在物理学的研究中,人们利用类比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。类比法是一种非常好的教学和学习方法,下面以实例来说明它在物理教学中的重要的地位。 3.类比法在物理教学中的应用 3.1协变类比的应用实例 协变类比也称数学相似类比，是根据两个(或两类)对象可能具有的属性之间的某种协变关系（定量的函数关系)进行的类比推理这种类比形式有两种： 根据两个对象的各个属性在协变关系中的地位相同或相似，推出它们应具有的数学形式也相同或相似，其基本模式为：A 对象具有a、b、c属性，且对A有；B对象具有a’、b’、c’属性，且a’、b’、c’与a、b、c相同或相似，所以，B对象可能具有方程式且与在形式上相同或相似。 根据两个(或两类)对象若干属性相同或相似，并且在两者数学方程式相同或相似的情况下，推测它们在其它方面的属性也相同或相似。其基本模式为：A 对象具有a、b、c属性，且对A有方程式；B对象具有a’、b’ 属性，且a’、b’ 与a、b、c相同或相似，也有方程式且 与有相同的形式。所以，B 对象可能具有c’属性， c’与c相同或相似。 3.1.1库伦利用协变类比建立库仑定律 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(C.A. Coulomb)是法国工程师和物理学家。1777年,他在对毛发和金属丝的扭转进行研究时,发明了扭秤。1785年,他自行设计制造了一台精度很高的扭秤如图1所示，并把它用于精确的测量两电荷之间的力与两电荷之间距离的关系,以验证罗宾逊等人关于平方反比规律的推测。通过实验,库仑得出了“两个带有同种类型电荷的小球之间的排斥力与这两球中心之间的距离平方成反比”的初步结论。关于两电荷之间的作用力与两电荷电量的关系,库仑同样也采用类比思维,借鉴引力理论,类比万有引力的大小与两物体的质量成正比的关系,认为两电荷之间的作用力与两电荷的电量也