電勢與電勢差的教學(xué)探討

摘 要:本文針對高中物理選修《電勢和電勢差》這一節(jié)，做難點形成分析，比較粵教版、山東科技版對這一節(jié)的設(shè)計處理，經(jīng)由突破難點的思想基礎(chǔ)分析，提出對這節(jié)書中多個物理量之間聯(lián)系的處理建議。

關(guān)鍵詞:電勢和電勢差 電場的描述 概念間的聯(lián)系

《電勢與電勢差》這一節(jié)內(nèi)容是高中物理電場一章中重要的概念課，它是理解“場”的概念、認(rèn)識“場”的描述工具的重要過程，后面又涉及很多物理情景中的分析、理解和應(yīng)用。只有正確理解電場和各種描述工具，才能在面對用任一種工具所描述的電場中，都能夠建立清晰的物理情景。但這一節(jié)教材內(nèi)容的教學(xué)一直是高中物理教學(xué)的難點之一。本文僅就難點的形成進行分析，并結(jié)合多種教材的處理，進行一些教學(xué)思路上的探討。

一、難點形成的原因分析

從教材結(jié)構(gòu)來看，電勢與電勢差這一節(jié)教材中包括了電場力做功、電勢差、電勢、電勢能四個全新的物理概念，概念較為抽象，涉及的知識面廣。

電場是力學(xué)結(jié)束后，電學(xué)開始的第一章，無論是高一的力學(xué)還是初中學(xué)習(xí)過的電路知識，都是可以實際看得見摸得著的實物形式，而電場是第一個學(xué)習(xí)的“場”的形式的物質(zhì)。這一抽象的物質(zhì)形式在生活實際中較少被直接地感受到，更別說是“看到、摸到”;而電場的描述工具:電場線、電場強度等，相對與舊知識缺少類比，較少有實際的實驗可以幫助形成概念，學(xué)生對這種“物質(zhì)形式”的接受要有一個過程。而電勢和電勢差這兩個物理概念更是專門用于描述電場的“能的性質(zhì)”的物理量，在以前學(xué)過的物理量中少有相同的可以借鑒的經(jīng)驗。學(xué)生的思想認(rèn)識水平很難躍上這兩個臺階。

學(xué)生更容易接受直觀的、分類清晰的、有嚴(yán)格因果關(guān)系的思維過程。許多教師在教學(xué)中往往把大量精力集中于這四個物理量的引入講解，卻忽視了對這四個物理量的內(nèi)在聯(lián)系的講解，造成學(xué)生頭腦中的這些概念是一個個獨立的點，難以形成一個網(wǎng)，而在應(yīng)用中感到混亂。如何克服這種混亂是教學(xué)中的另一個難點。

二、各教材的處理方法

考慮到學(xué)生的知識積累和認(rèn)知接受能力，由于學(xué)生剛從力學(xué)的學(xué)習(xí)過程中走過來，必修部分后半內(nèi)容講的是機械能，所以由電場力做功來引入較為從容。教材多是從電場力做功與重力勢能的相互類比來引入這一節(jié)。

粵教版中從電場力做功引入兩條思路，一條是做功聯(lián)系到電勢能的改變，同時類比重力勢能的變化;一條是理論分析電場力做功與移動的電荷有關(guān)，不能用于反映電場的性質(zhì)，以比值定義電勢差用于描述電場。然后再順著后一條思路，類比高度和高度差，定義電勢。(如下圖)教材中有電勢能的改變的計算，沒有具體講到電勢能的定義。

山東科技出版社的教材則略有不同，是一條思路講述完成的。從電場力做功開始，類比重力做功、引入?yún)⒖键c，從而先引入電勢能的概念，明確電場力做功引起電勢能的變化。再由電勢能與電荷有關(guān)不能用于描述電場而引入電勢的概念。最后由高度和高度差的類比，由電勢引入電勢差的概念。

三、突破難點的思想基礎(chǔ)

本節(jié)教材的一個難點是這幾個概念的形成，另一個難點是這幾個概念之間的內(nèi)在聯(lián)系。本文重點探討后一個難點的處理。對于以上兩種教材的處理方法，筆者更傾向于粵教版的方法。因為面對較多的物理量用于描述同一個物理情景時，這些物理量之間呈網(wǎng)狀的形式比呈線狀的形式，更容易接受。如果在這些概念間形成一個“回路”更有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和掌握。

這四個物理量中，電勢能、電場力做功與電荷有關(guān)，電勢和電勢差是描述電場的與電荷無關(guān)，電場力做功、電勢差是與功有關(guān)的物理量，電勢能、電勢是與能有關(guān)的物理量。

四、突破教學(xué)難點的思路設(shè)計

四個物理量之間公式較多，一個清晰的關(guān)系圖有助于學(xué)生理清思路。下面以一個圖表的形式描述這幾個物理量的關(guān)系。

由電場力做功分兩條思路分別經(jīng)電勢差和電勢能的變化講述到電勢為止。

第一次:由電場力做功與電荷有關(guān)引入電勢差，取電場力做功和電荷的比值定義為電勢差，再由電勢差即為電勢之差，引入?yún)⒖键c，引入電勢。

第二次:由電場力做功和功能關(guān)系引入電勢能的變化，再由選定參考點引入電勢能，由于電勢能與電荷有關(guān)，而引入電勢。

同是從電場力做功出發(fā)，經(jīng)由兩種方向都引入到電勢的概念。這樣網(wǎng)狀的講述，有助于學(xué)生形成四者相互關(guān)聯(lián)的印象，圖中的所有的箭頭都只是這次推導(dǎo)的方向，都可以逆向推導(dǎo)，即:由一個物理量就可以計算到每個物理量(在已知電荷量和參考點的情況下)。且由圖表的幫助，有利于加深印象。該圖中左邊兩項都與電荷有關(guān)，右邊兩項都與電荷無關(guān)，專門用于描述電場。上邊兩項是與功有關(guān)，有過程量;下邊兩項是與能有關(guān)，電勢能和電勢都是狀態(tài)量。而且每個物理量都和相鄰的兩個物理量有直接的公式計算。

參考文獻:

1.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書.物理選修3-1.廣東教育出版社

2.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書.物理選修3-1.山東科學(xué)技術(shù)出版社

作者單位:廣東省廣州市番禺區(qū)祈福英語實驗學(xué)校