“电荷及其守恒定律”课堂教学反思

吴秋瑛

摘 要：执教“电荷及其守恒定律”时教师要具备批判性思维和量子化思想，要具备物理模型的观念和实验探究的思想。文章从“学生具备的初中知识基础、课本知识学习的思路梳理、课堂教学存在的主要问题、课堂教学中的亮点和课堂教学操作范例”等方面，阐述了自己的教学观念。

关键词：电荷；守恒定律；教学反思

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）3-0074-3

参加区高中物理优课竞赛评委工作，课题“电荷及其守恒定律”听过多遍，再次阅读课程标准、课本及其教学参考资料，产生许多想法，写出来与各位老师研讨。

1 学生具备的初中知识基础

基于《电荷及其守恒定律》一节的学习，学生具备的初中基础知识有两个方面：

一是静电知识。摩擦能使物体带电。自然界仅有两种电荷：正电荷、负电荷。富兰克林将用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

二是物质的微观结构知识。物质由分子组成，分子是保持物质化学性质的最小微粒。分子由原子组成，原子由带正电的原子核和带负电的电子构成，且正、负电荷数量相等。

卢瑟福建立了类似行星绕日的核式结构模型：原子核位于原子的中心，电子受原子核吸引，绕核做高速运动。原子核由质子和中子构成，质子带正电荷，中子不带电，质子和中子统称为核子，都是由更小的微粒——夸克构成的。

许多老师在引导学生回顾学过的基础知识时，不能清晰地界定静电知识和物质的微观结构知识，将两方面的知识交叉反复。不清楚初中学习的静电知识是静电场的基础知识，物质的微观结构知识是用来解释静电现象，认识物体带电本质的，且由原子的结构模型，可顺畅建立简化的金属结构模型。

2 课本知识学习的思路梳理

电荷守恒定律是课时学习的中心，电荷产生的机理是学习的基础。确定物体是否带电，最简单的方法是看其能否吸引轻小物体。实验的方法是用验电器或静电计进行检验。

使物体带电的方法有三种：摩擦起电、接触起电和感应起电。无论哪一种起电方式都不是创造出电荷，而是使电子发生移动，由一个物体转移到另一个物体，或由物体的一部分转移到另一部分。失去电子的带正电荷，得到电子的带负电荷，由此水到渠成，得出电荷守恒定律。

电荷守恒定律的第二种表述，是基于第一种表述（建立在实验事实基础上）的思维推进：在电中性的物质里不是没有电荷，而是电荷的代数和为零；电荷的中和不是正、负电荷一起消失，而是不同种类的电荷数量达到等量、异号，正、负电荷的代数和为零；电荷的总量就是指电荷的代数和。

元电荷和比荷是学习静电场的基本概念。电荷的多少称为电荷量，正电荷的电荷量是正值，负电荷的电荷量是负值。电子所带的电荷量是最小的电荷量（负值）。

元电荷是最小的电荷量（没有符号），其值等于电子所带的电荷量，e=1.6×10-19 C（密立根测得）。带电体所带电荷量可能等于e，或者是e的整数倍，电荷量不是连续变化的物理量。比荷（e/m）是电荷量与其质量之比。

课堂教学实施的重点是结合摩擦起电和感应起电的具体情境，理解电荷守恒定律；而不是从物质的微观结构角度认识物体带电的本质。

学习的难点是建立元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化，而不是带正电的原子为什么不能移动。

3 课堂教学存在的主要问题

3.1 使物体带电的三种方法（摩擦、接触和感应起电），不是孤立的，不需要通过三次实验分别展示

用丝绸摩擦玻璃，玻璃棒带上正电荷是摩擦起电；用玻璃棒接触验电器，验电器的金属箔张开（移走玻璃棒，金属箔仍然张开），验电器带上正电荷，是接触起电；用玻璃棒靠近验电器的金属球，验电器的金属箔张开，移走玻璃棒，张开的金属箔闭合，玻璃棒靠近验电器，验电器带电是感应起电。

3.2 用毛皮摩擦硬橡胶棒，使硬胶棒带电

正确的摩擦方法，不是拿硬橡胶棒的手用力、单向的一次次摩擦，而是拿毛皮的手来回适当的用力，用毛皮摩擦。

使硬橡胶棒上的电荷转移到验电器的金属球上时，不是点接触，而是移动硬橡胶棒不同部位接触。

实验的不成功更多源于教师思想不重视、操作方法不正确，而不是空气的潮湿。

3.3 知识学习的层次性认识不足，过早提出电荷的均分法则

在电荷量的概念、单位、符号学习前，便向学生讲授两个完全相同的金属球A、B，A带电+Q与不带电的B接触，A的电荷量会分给B一半。

学生虽能有所感悟，却很难将所学的知识进行同化或顺应，更不能意识到+Q的均分是由自由电荷移动引起的。

3.4 原子核与核外电子的模型是类似行星的核式模型，而不是苹果肉与苹果核模型

核力是核子（质子和中子）间的作用力，不是原子核不能移动的原因。原子核与核外电子间的作用力是静电力，不是核力。

电荷间的移动是电荷间相互作用的结果，不是抢来抢去的。物质分子间的扩散运动，与电荷在物体间的转换，说的是不同性质的问题。

3.5 对绝缘体和金属导体的微观结构认识不足

播放的实验视频中，学生用大金属球从感应起电机取电，大金属球围绕感应起电机的放电球转多圈（电荷在金属导体间的转移是瞬间完成的），教师没有制止。

实验失败的原因，被理所当然地归结为空气的湿度较大。

3.6 实验存在问题

①注重教师的演示实验，而不重视学生动手实验。

②注重教师自己的讲解，而不重视学生的学习。

③注重知识的传授，而不重视知识的层次和结构。

④注重知识浅层次识记，而不重视知识深层次的理解。

⑤简单的知识被复杂化，清晰的思路被模糊化。

4 课堂教学中的亮点

4.1 能有效利用现代教学设备

课前制作师生合作的实验视频，一方面为课堂的顺畅教学提供保障，另一方面能加强师生情感沟通，提高师生间的相互信任度。

4.2 能对丝绸摩擦玻璃棒、毛皮摩擦硬橡胶棒的摩擦起电进行引申

用泡沫塑料摩擦玻璃棒、丝绸摩擦塑料梳等，使学生认识到摩擦起电是生活中的普遍现象。

4.3 自制教具

如图1所示，将静电计的金属球处安装易拉罐，两个静电计易拉罐组合到一起，替代枕形导体，实验效果非常好。

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图1 自制教具

5 课堂教学操作范例

5.1 播放“电闪雷鸣”或“头发竖起”的视频

指导学生观看，说明静电现象是自然界和日常生活中常见的物理现象。

5.2 要求学生用塑料笔杆摩擦头皮

教师用毛皮摩擦硬橡胶棒，提问笔杆和硬橡胶棒是否会带电？学生给出吸引轻小物体的方法，教师给出验电器和静电计检验的方法。追问：为什么摩擦会使不带电的物体带电？

5.3 引导学生回顾复习初中所学的静电和物质的微观结构知识

指导学生用物质的微观结构知识认识物体的带电本质。由“人们没有发现对两种电荷都吸引或都排斥的电荷”，较理性地推导出“自然界只有两种电荷”，呈现严谨的逻辑思想和批判性思维；由卢瑟福原子核式结构模型，建立金属结构的简化物理模型。

5.4 三种起电方式

用毛皮摩擦硬橡胶棒，硬橡胶棒带电是摩擦起电；用带电的硬橡胶棒接触验电器，验电器的金属箔张开，拿走硬橡胶棒，金属箔仍然张开着，验电器的带电是接触起电；用带电的硬橡胶棒靠近静电计，静电计的指针发生偏转，移走硬橡胶棒，指针回复到原来的位置，静电计的带电是感应起电。

5.5 电荷守恒定律

用带电的硬橡胶棒靠近枕形导体A、B，枕形导体A、B两侧的金属箔均张开，移走带电的硬橡胶棒，枕形导体A、B两侧的金属箔均闭合。再次用带电的硬橡胶棒靠近枕形导体A、B，枕形导体A、B两侧的金属箔均张开，将枕形导体A、B分开，移走带电的硬橡胶棒，枕形导体A、B两侧的金属箔仍然张开，接着将A、B接触，枕形导体A、B两侧的金属箔均再次闭合。以此为基础总结出电荷守恒定律。

5.6 理性剖析电荷守恒定律

电中性的物体中有电荷，正电荷和负电荷的代数和为零；电荷中和不是正、负电荷一起消失，只是物体中所含的正、负电荷数等量、异号，代数和为零；电荷总量保持不变，同样是指电荷的代数和。

再结合带电粒子的产生和湮灭，推进对电荷守恒定律的认识，提出电荷守恒定律的新表述。

5.7 学生自学电荷量、元电荷、比荷等基础知识

强调元电荷e是最小的电荷量，任何一个带电体，所带的电量仅可能等于e，或是e的整数倍。元电荷e的值是由美国物理学家密立根最早测得的。

参考文献：

[1]张大昌.普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3 - 1[M].北京：人民教育出版社，2013.

[2]彭前程.普通高中《物理》选修3-1教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2013.

[3]崔允漷.学校本位教师专业发展[M].上海：华东师范大学出版，2013.

[4]肖建华.物理实验教学应突出一个真字[J].物理教师，2015，（1）：26.

[5]陈亚军.电荷究竟是怎么定义的[J].物理教学探讨，2002，（5）：40.

[6]张连之.千呼五唤始出来巧用小球揭其面[J].物理教学探讨，2012，（9）：70.

（栏目编辑 邓 磊）