关于电场强度概念教学的引入

侯晓灿

(华东师范大学物理系 上海 200241)

1 电场强度概念的引入方法及存在的弊端

目前，教师在进行电场强度概念的引入教学时，大多数采用教材提供的方法，即用检验电荷测量电场强度的方法引入电场强度.然而，这种方法存在一定的弊端，一是在用检验电荷引入电场强度的概念时，必须先引入检验电荷的概念；二是这个演示实验在操作上基本是不可行的，学生看不到演示实验，因此，只靠教师讲实验，教学效果肯定欠佳，也会导致增加电场强度概念的抽象性；三是这种引入方法并没有充分利用学生已学的力的叠加原理和库仑定律[1]的知识.

2 改进建议

学生头脑中原有知识的实质内容及其组织形式，是影响新知识学习的重要因素.教学中，教师可以先充分利用学生已有的知识——力的叠加原理与库仑定律，通过理论推导直接引入电场强度概念，之后，再引导学生体验用检验电荷测量电场强度实验方案的设计，及实验设计过程中涉及到的控制变量法的重要物理思想.

力的叠加原理和库仑定律说明，处于空间某确定点上的电荷受到来自其他若干电荷的库仑力的作用.

讨论真空中存在3个正点电荷A，B，C的情况，考察A电荷受到的力，根据力的叠加原理，A电荷受到的静电力为B与C作用于它身上的静电力的合力F，设B，C对A的静电力分别为FBA与FCA，根据力的矢量叠加原理，则有

F=FBA+FCA

(1)

根据库仑定律可知，点电荷B对A的静电力与点电荷C对A的静电力分别为

(2)

式中eBA为由点电荷B指向A的单位位矢，eCA为由点电荷C指向A的单位位矢.分析式(2)，注意到两个静电力的表达式中都含有受力点电荷A的电荷量qA，因此

(3)

注意到式(3)括号内是与受力点电荷A的电荷量qA的大小无关的量，而只与施力电荷、施力电荷与受力电荷的空间位置有关，因此，可引入新的物理量E，即

(4)

并定义式(4)中EBA,ECA分别为点电荷B,C在点电荷A处产生的电场.由式(4)可知以下结论：

(1)电场强度E是矢量；

(2)电场中某点的电场强度大小等于位于该点的单位正电荷所受的静电力，电场强度的方向与位于该点正电荷所受静电力方向相同；

(3)当r确定时，E也是确定的，即空间某点电场强度E有确定的大小和方向；

(4)空间某点电场强度的大小与该点处有无检验电荷无关(即与qA无关)，只要有qB,qC，就有EBA,ECA；

(5)点电荷A所在处的总的电场强度等于各个点电荷单独在该处产生的电场强度的矢量之和，这就是电场强度叠加原理；

(6)一次性直接给出了真空中点电荷的电场强度的定义式和计算公式

3 结语

让学生牢固地掌握知识和技能是教学最终的目的.教学中必要的重复是深化学生已学知识的有力措施，也是学生顺利地进行新知识学习的重要条件.从教学的巩固性原则来看，利用学生已学过的力的叠加原理和库仑定律，直接引入电场强度的概念，简洁、严谨、直观.而且，通过推导可进一步加深学生对力的叠加原理和库仑定律的认识和理解.在深化电场强度概念认识时，将重力场强度与电场强度类比学习，既可促进学生对电场强度知识的内化，又有助于提升学生对“场”的认识.而且，如此处理的电场强度概念教学是在分析学生已有知识的基础上，寻找新概念的悬挂点，使新概念在新知识与旧知识的比较和联系中逐步习得，有利于促进新旧概念的融会贯通.

参考文献

1 胡湘岳.电场强度概念的引入.长沙铁道学院学报,1995,13(02):91～94

2 人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理·选修3-1. 北京：人民教育出版社，2004.10～15