关于《静电场》教学的两点思考

2021-08-31林建华任昭开王英

物理教学探讨 2021年6期

林建华任昭开王英

摘要：静电场难学，其原因有三个：一是学生缺乏对电场的感性认识;二是电场中大量使用抽象的比值法定义物理量;三是学生初学电场知识时难以厘清各物理量间的关系。解决方法有三个：一是增强教学的直观性，激发学生学习热情;二是将电场和风力场、重力场类比，促进学生思维迁移，加速学生领悟电场中的难点概念;三是适时梳理知识，厘清各个物理量间的关系。

关键词：特征量;比值定义法;电场与风力场;类比

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2021）6-0056-3

1 为什么多数学生对《静电场》一章的学习感到非常困难

学生常说电场知识空洞无物，抽象难懂，非常难学。其到底难在何处？为何难学？我们有必要做深入具体的剖析。

1. 学生缺乏对电场的感性认识是造成电场难学的重要原因。电场和磁场虽同属于物质的第四态，都看不见摸不着。但学生通过学习初中物理，对磁现象已有所了解，知道小磁针的作用，知道磁体及其相互作用规律，有磁感线概念。可是，学生在高中学习电场前，很少感知过电场的存在，其知道的与电场有关的知识几乎为零;这会导致学生学习电场知识时处在一种无感、无知、无需求、无动力的状态。

2.学生一时难以理解用抽象的比值定义法来定义的新物理量的意义。回顾初中物理教学，我们会发现速度和密度虽同为用比值定义法定义的物理量，但学习难度大不相同。与速度有关的物理现象，学生在日常生活中接触较多，感性认识很丰富，故用比值法定义速度概念时，学生很容易理解路程与时间之比的物理意义。而学生在学习密度概念前，很少关注过与密度有关的物理现象，缺乏对密度的感性认识，学习用比值法定义的密度概念时，非常难以理解质量与体积之比的物理意义;学生必须结合具体实例，并经过一段时间的感悟，方能真正领会密度概念的物理意义。同理，学生在缺乏对电场的感性认识时，就学习用比值定义法定义的电场强度、电势、电势差、电容等概念，同样会感到困难重重，难以理解其物理意义。

另外，在尚未真正领会一个新学的物理概念的情况下，就要用这个概念去表述另一个新概念，这时学习难度也会大大增加。比如，初中学生刚学完质量概念，还没有理解质量这一概念时，就被要求用质量来描述密度这一新物理量，学生当然难以理解质量与体积之比的物理意义。同理，学生在对电场力、电场力做功、电势能、电势能的变化等概念仅有初步了解的情况下，就被要求马上用这些物理量描述电场强度、电势、电势差，这些用比值定义法来定义的描述电场特性的物理量，学生当然一时难以理解其物理意义。

3.学生一时难以厘清电场中众多物理量之间的关系。如：描述电场特性的物理量（E、φ、UAB）

与非特性物理量（F、W、EP、ΔEp）之间的关系;定义式和决定式的关系[1]，如E= 与E=k 的关系;特征量与特征量之间的关系，如E与UAB的关系;电场的形象描绘与抽象化（数学化）描绘间的关系，如电场线、等势面与电场强度、电势、电势差之间的关系。对学生而言，这些关系确实是新而多，且多而乱。

2 突破教学难点的几点尝试

1.创设情境，感知电场。法拉第当年为了让人们理解磁场、电场确实存在，其富有想象力地引入了并非真实存在的磁感线、电场线概念;并通过模拟实验的演示，让人们感知到磁场、电场的真实存在，最终让人们接受了电场、磁场这些新概念。初中老师给学生演示的“条形磁体周围铁屑分布图案”实验，对学生感知磁场的真实存在起到了关键作用，是任何语言描述都难以替代的。高中教材中设计的模拟电场线的演示实验，做好了就能够有效地在學生脑海中再造想象，物化电场;又如教材中“探究影响电荷间相互作用力的因素”的演示实验，看似平淡无奇，但本实验却不仅能够揭示电荷间的相互作用规律，还能帮助学生感知电场的真实存在，并为学生后续学习电场力和能的性质提供了直观的感性素材，对学生理解电场力和能的性质大有裨益。

利用多媒体展示也能有效地提升教学效果。由于客观条件限制，个别演示实验的效果不太理想，有些与电场相关的科普知识，可能不便用演示的方法展示给学生，这时我们可以用视频、动画、甚至微课展示给学生，教学效果非常好。比如，可用多媒体展示“人体带电，几种典型电场的电场线的立体分布，静电复印机原理，重离子加速器治疗癌症”等与电场相关的知识。

2.大胆类比，突破教学难点。只有当学生能将新学的知识与其大脑中已有的知识发生联系时，学生方能真正地领悟新概念，教师可将电场和风力场类比：

一是可帮助学生理解电场的物质性。电场和风力场都是无形的，这一点两者是相似的;当起风时柳枝受风力而飞扬，说明风力场是一种物质，其有力和能的特性。同理，电场也看不见摸不着，但在其中放入带电的验电羽时，验电羽也会飞动起来，说明验电羽上的电荷也受电场力的作用，可见电场也是一种物质，同样具有力和能的特性。

二是可帮助学生加速领会电场强度的物理意义。教师在“电场强度”一节教学中，可将一把台扇立放在讲台上，台扇开启后（不摇头）周围将形成稳定的风力场，且各处风力场的强度是一定的。现取纸带（打点计时器用的纸带）来进行实验。实验1：取长度相同的两条纸带同时放入台扇前的A、B两处，让风几乎垂直地吹向纸带，可以看到两纸带飘动情况不同，说明两者受风力大小不同，这时学生会认为受风力大的纸带处风力场的场强大，误以为仅仅用纸带受的风力大小就可以表示风力场的强弱。实验2：取长度不同的两条纸带先后依次放入台扇前的A处，让风几乎垂直地吹向纸带，两次纸带飘动情况不同，说明两次纸带受的风力大小还与纸带有关（这里与纸带的长度有关），不能仅仅用风力的大小来表示风力场的场强，应该用相同标准下（如本实验中可取单位长度的纸带）纸带受到的风力大小来表示风力场的强弱。同理，电荷周围各点的电场强度也是一定的，我们可以将同一检验电荷依次分别放入电场中的A、B两点，学生会认为检验电荷在电场中受电场力大的地方电场强度大，误以为仅仅用检验电荷受的电场力的大小就可以表示电场强弱;但如果我们将两个带电量不同的检验电荷分别依次放入电场中的A点，就会发现电荷受的电场力还与检验电荷的电量有关，不能仅仅用电场力的大小来表示电场的强弱，应该用相同的标准下（取单位电量）检验电荷受的电场力的大小来表示电场的强弱。这样我们就能够形象地揭示出检验电荷受的电场力与其电荷量之比的物理意义，让学生真正领悟电场强度的概念。

另外，还可以将电场与重力场进行类比，这对学生学习电势能、电势、电势差概念，也能收到事半功倍之效。这些方法各类资料中多有介绍，这里就不赘述了。

3.适时对知识进行梳理。力求主线清晰，重难点突出，分类合理（应保持逻辑上的一致性）。

这里以“电场力和能的性质”这两个单元的知识梳理为例，谈谈自己的一点思考。

这两单元知识可归纳为如下三点：

（1）一个定律：库仑定律F=k

（2）两种性质：电场力和电场能的性质（用物理量电场强度E、电势φ、电势差UAB表示）有[2]：

（3）三个关系：即电场的形象化描述与电场的抽象化（数学化）描述间的三个组合关系。

①形象化描述电场与形象化描述电场间的关系，即电场线与等势面的关系。

如：沿电场线方向等势面的电势逐渐降低;电场线越密集的地方等差等势面越密集。

②抽象化描述电场与抽象化描述电场间的关系。

如：电势与电势差的关系，匀强电场中E与U的关系U=Ed。

③形象化描述电场与抽象化描述电场之间的关系。这里可以对“线、面、E、φ、UAB” 这五个要素进行多重组合，找出“形象”与“抽象”间各要素间的多种关系。