李芳芳 曾憲龍

高中物理電場(chǎng)知識(shí)較抽象，學(xué)生接受起來相當(dāng)吃力。那么怎樣幫助學(xué)生克服電場(chǎng)學(xué)習(xí)過程中遇到的困難呢？筆者認(rèn)為“類比法”可大大降低電場(chǎng)學(xué)習(xí)難度，下面具體的說明一下有關(guān)應(yīng)用。

一、“類比法”在“電場(chǎng)、電場(chǎng)線”教學(xué)中的應(yīng)用

電荷間的相互作用可類比磁體間的相互作用，學(xué)生在初中就已掌握磁極間的相互作用是通過磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)的，所以通過類比學(xué)生不難得出電荷間的相互作用也是由“場(chǎng)”來實(shí)現(xiàn)的，這種“場(chǎng)”就是“電場(chǎng)”。再由可用“磁場(chǎng)線描述電場(chǎng)”，類比聯(lián)系，應(yīng)當(dāng)可用“電場(chǎng)線來描述電場(chǎng)”。這樣一類比，由幾種特殊電場(chǎng)的電場(chǎng)線，學(xué)生就會(huì)很容易總結(jié)出電場(chǎng)線的一系列特點(diǎn)。

二、“類比法”在“電場(chǎng)強(qiáng)度”教學(xué)中的應(yīng)用

電場(chǎng)強(qiáng)度在電場(chǎng)中是一個(gè)比較抽象的概念，學(xué)生難以理解。我們可以從電場(chǎng)的基本性質(zhì)入手，“類比”重力場(chǎng)的相關(guān)知識(shí)，引入電場(chǎng)強(qiáng)度的概念。電場(chǎng)的基本性質(zhì)是對(duì)放入其中的帶電體有力的作用，而地球上的物體只要有質(zhì)量就會(huì)受到重力，即重力場(chǎng)中的物體都受到重力作用，與電場(chǎng)中的物體只要帶電就會(huì)受到電場(chǎng)力的作用相同。因此，我們就可以用重力場(chǎng)中的相關(guān)特性來類比定義電場(chǎng)的強(qiáng)弱。我們知道物體的重力G=mg，相同的物體在不同的位置其重力不同，其原因是重力場(chǎng)中的g隨位置的變化而變化，而g=G/m。帶電體在電場(chǎng)中也有類似的特性：相同的帶電體在不同的位置受力不同，電場(chǎng)力與電荷量的比值F/q也不同；相同的位置帶電體帶電量不同受力就不同，但是電場(chǎng)力與電荷量的比值是相同。也就是說電場(chǎng)力與電荷量的比值是一個(gè)與位置有關(guān)的物理量，那么類比重力場(chǎng)中的g，在電場(chǎng)中定義電場(chǎng)力與電荷量的比值F/q為電場(chǎng)強(qiáng)度E。

三、“類比法”在“電勢(shì)、電勢(shì)差、電勢(shì)能”教學(xué)中的應(yīng)用

在教授電勢(shì)、電勢(shì)差、電勢(shì)能三個(gè)概念時(shí)，應(yīng)先有電勢(shì)能，再有電勢(shì)，最后有電勢(shì)差。電勢(shì)能的教學(xué)可與重力勢(shì)能“類比”，首先舉例說明帶電體僅在電場(chǎng)力做功的情況下，帶電體的動(dòng)能發(fā)生了變化，據(jù)功是能量轉(zhuǎn)化的量度可知，一定有一種能量轉(zhuǎn)化成動(dòng)能（或動(dòng)能轉(zhuǎn)化成其他能），那么這個(gè)能是什么呢？由此設(shè)下懸念。引導(dǎo)學(xué)生回顧重力場(chǎng)知識(shí)，物體在只有重力做功的情況下，重力勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化。從而引出帶電體僅在電場(chǎng)力做功的情況下，可能也是一種勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化。學(xué)生之前所學(xué)習(xí)的重力做功只與初末位置有關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑無關(guān)，從而定義這個(gè)與位置有關(guān)的能量為重力勢(shì)能，即E_p=mgh，重力勢(shì)能是一個(gè)與位置有關(guān)的物理量。而在研究電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有相同的規(guī)律，因此可定義在電場(chǎng)中，這個(gè)與位置有關(guān)的能量為電勢(shì)能，即電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的關(guān)系是W_AB=E_pA-E_pB。在重力場(chǎng)中確定位置的物理量是用高度，可用重力勢(shì)能與重力的比值來計(jì)算，如果確定了參考點(diǎn)，相同的位置h是個(gè)定值。在電場(chǎng)中，先確定好零勢(shì)能參考點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在電場(chǎng)中的某點(diǎn)，電勢(shì)能與電荷量的比值始終是定值，類比高度，定義這個(gè)比值為電勢(shì)。在重力場(chǎng)中高度差為初末位置的差值，所以不難得出電勢(shì)差的定義式U_AB=φ_A-φ_B。聯(lián)立公式可推導(dǎo)出電場(chǎng)力做功與電勢(shì)差的關(guān)系W_AB=qU_AB，進(jìn)一步確定電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)。

四、“類比法”在“帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)”教學(xué)中的應(yīng)用

通過分析帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，可知當(dāng)帶電體所受到的恒定的電場(chǎng)力與初速度的方向不平行時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線，與學(xué)生在重力場(chǎng)中接觸的平拋運(yùn)動(dòng)類似。因此可類比研究平拋運(yùn)動(dòng)的方法，對(duì)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行分解，分解成沿初速度方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和沿電場(chǎng)力方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)的速度規(guī)律、位移規(guī)律就分析得出了。

五、“類比法”在“電容器、電容”教學(xué)中的應(yīng)用

在電容器、電容教學(xué)中，可以從字面的意思理解，明確指出“電容器是容納電荷的容器”，使學(xué)生了解電容器的功用。電容器電容的概念，在教學(xué)中可以把它與盛水的直筒容器類比，水量相當(dāng)于電量，水深相當(dāng)于電勢(shì)差。不同的直筒容器使它們的水面升高1厘米所需要的水量不同，這與使不同的電容器的電勢(shì)差增加1伏所需要的電量不同相類似。這樣，可以幫助學(xué)生形象地理解電容的含義，從而引入電容的定義。在給出定義式C=Q/U之后，則說明是比值定義法，電容器的電容是由電容器本身決定，與充入電荷的多少無關(guān)，就像水容器一樣，水容器的容量與注入水的多少無關(guān)，只與水容器本身的構(gòu)造有關(guān)。然后，通過實(shí)驗(yàn)活動(dòng)總結(jié)出平行板電容器的電容C∝S/d，再次證明電容器的電容由電容器本身構(gòu)造決定，與充入電荷的多少無關(guān)。

雖然，《電場(chǎng)》這一章由于涉及的知識(shí)、概念廣泛而抽象，但合理地運(yùn)用“類比法”可簡(jiǎn)化電場(chǎng)的學(xué)習(xí)?！邦惐确ā笔且环N行之有效的方法，在物理教學(xué)中恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用，不僅可以通過對(duì)概念、規(guī)律的相似性比較，幫助學(xué)生理解抽象的概念，起到化“抽象”為“具體”的作用。

（責(zé)任編輯 易志毅）