引导学生对比认识重力场、电场和磁场的实践

[摘要]电磁场非常抽象和神秘。中学生只通过自己的想象、教材的影响和教师的引导去感受电场、磁场的存在，这样建立起来的场的概念是脆弱的、模糊的，因此，在学生学习电磁学后，把电场和磁场与学生所熟悉的重力场进行对比，能帮助学生进一步认识场，并建立清晰而准确的场的概念。

[关键词]物理教学；电磁场；对比认识

电磁场非常抽象和神秘。物理学家可以通过实验去证实、通过理论去推导电磁场的质量、动量、能量的存在。而一个中学生只能通过自己的想象、教材的影响和教师的引导去感受电场、磁场的存在，这样建立起来的场的概念是脆弱的、模糊的。不少学生在学了磁场后，提及场的概念时仍然一脸惘然。因此，在学生学习电磁学后，把电场和磁场与学生所熟悉的重力场进行对比，能帮助学生进一步认识场并建立清晰而准确的场的概念。

一、研究方法的对比

在重力场中放入质点，通过研究质点的受力和能量变化来研究重力场的特性；在电场中放入试探电荷，通过研究试探电荷的受力和能量变化来研究电场；在磁场中放入电流元，通过研究电流元的受力和能量的变化来研究磁场。由此可见，在高中阶段研究场的方法，可在场中放入相关物体，观察其受力及能量变化情况，以达到了解场的目的。

二、场的性质的对比

1.力的性质：

重力场对放入其中的质点有重力的作用。

电场对放入其中的电荷有电场力的作用。

磁场对其中的磁体有磁场力的作用；对运动电荷有洛伦兹力作用；对通电导线有安培力的作用。

比较可知，场对其中对应物体有不同性质的力的作用，这就是场的力的性质。

2.能的性质：

重力做功使重力势能与其他形式的能发生相互转化。

电场力做功使电势能与其他形式的能发生相互转化。

安培力做功使电能与其他形式的能发生相互转化。

因此，一个物体放入对应的场中就有了对应的能量，场力做功会使这种能量与其他形式的能发生相互转化。

总之，虽然无法直观地看见场的形状，高中学生也无法通过实验和数学推导得到场的质量、动量、能量，但通过比较能够知道场对放入其中的某种特殊的物体有场力的作用，在场力的作用下，对应的场能会与其他形式的能发生相互转化，让学生对场的概念有一个较为深入的了解，对场留下较深刻的印象。

三、场的描述的对比

1.教学描述

（1）“力的性质”的描述

放入重力场中某点的质点所受重力G跟质量m的比值，叫做该点的重力加速度，用g表示，则g＝G/m，方向竖起向下。

放入电场中某点的电荷所受电场力F跟电量q的比值，叫做该点的电场强度，有E表示，则E＝F/q，规定正电荷的受力方向为电场方向。放入磁场中某点的电流元所受安培力F跟I·△l的比值，叫做该点的磁感应强度，用B表示，则B＝F/I·△I，磁感应强度方向与电流方向及其受力方向间的关系由左手定则确定。

通过重力加速度、电场强度、磁感应强度的比较，得到了研究场的强弱的一般方法，即比值法。

（2）“能的性质”的描述

同一物体在重力场中的高度不同，其重力势能不同，因而用高度或高度或高度差来描述重力场的能的性质；同一电荷在电场中不同位置由于电势不同而电势能不同，故而用电势或电势差来描述电场的能的性质。（磁场能的性质描述比较复杂，高中不作要求，在此不再赘述）。以上比较再加上对“高”和“势”的文字含义的比较，会使学生对电势、电势差的概念有一个较为清晰的认识。

2．图形描述

人们用电场线来描述电场，用磁感线来描述磁场，当然也可以用重力线来描述重力场，但由于重力场比较简单，使重力磁场失去存在的意义。通过认识典型电场的电场线形状、典型磁场的磁感线形状，通过比较电场线与磁感线的区别和联系，必将使学生形成直观而又形象的场的图景，对场的认识留下明确的印象。

责任编辑 周正旺