《電場強(qiáng)度》教學(xué)中的科學(xué)方法

物理概念是體現(xiàn)物理現(xiàn)象和物理過程本質(zhì)屬性的思維形式，用來表示客觀事物共同的物理屬性和本質(zhì)特征。高中物理概念建立的一般過程是：觀察現(xiàn)象，提出問題，實驗驗證，分析推理，歸納演繹出物理概念。規(guī)律是指事物在變化發(fā)展過程中本質(zhì)的聯(lián)系和必然的趨勢。物理規(guī)律是物理現(xiàn)象或過程的本質(zhì)聯(lián)系，在特定條件下必然的發(fā)生、發(fā)展和變化的趨勢。獲取高中物理規(guī)律的一般過程是：提出問題，觀察實驗，歸納演繹出物理規(guī)律或者根據(jù)已有概念和規(guī)律，提出假說，實驗驗證再通過數(shù)學(xué)或邏輯推理得出物理規(guī)律。高中階段得出物理規(guī)律常用的基本方法有實驗歸納法、理想實驗法和邏輯推理法。本文探究在《電場強(qiáng)度》教學(xué)過程中所用到的科學(xué)方法。

一、教材分析和教學(xué)建議

電場強(qiáng)度是本章的核心內(nèi)容，本節(jié)課先介紹了電場是一種客觀存在的物質(zhì)，再從電場對放入其中的電荷有力的作用出發(fā)，提出電場強(qiáng)度的概念，接著引入電場線形象描述電場。

本節(jié)課教學(xué)的重點(diǎn)是電場強(qiáng)度，也是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)。電場強(qiáng)度是一個用比值定義的物理量，要讓學(xué)生了解試探電荷在電場中所受到的力與試探電荷本身的電荷量成正比，力與電荷量的比值反映電場自身的性質(zhì)。本節(jié)課教學(xué)的又一重難點(diǎn)是用電場線清晰地描述電場的情景。

二、本節(jié)課應(yīng)用的主要科學(xué)方法

本節(jié)課應(yīng)用的主要科學(xué)方法是類比方法、實驗探究方法和比值定義法等。本節(jié)課先用類比的方法，比較電場力與萬有引力，提出電場的概念；再通過實驗探究發(fā)現(xiàn)電場中電荷受力的特點(diǎn)，從而用比值定義法給出電場強(qiáng)度的定義。

三、教學(xué)設(shè)計

1.實驗演示，導(dǎo)入新課。

演示兩個細(xì)線懸掛的帶電小球互相吸引，有的物體不需要接觸就能相互發(fā)生作用。類比萬有引力，多媒體展示歷史上物理學(xué)家對萬有引力發(fā)生原因的爭論，并讓學(xué)生閱讀教材和課后的科學(xué)漫步，總結(jié)電荷間的相互作用是如何產(chǎn)生的？與磁場類比，建立電場的概念。

2.新課教學(xué)。

電荷通過電場發(fā)生相互作用，那么電場對電荷的作用有什么特點(diǎn)呢？重復(fù)上一節(jié)課教材第5頁的演示實驗，重點(diǎn)觀察比較在同一位置，試探電荷的電荷量越大，細(xì)線偏角越大，說明試探電荷受力越大。讓學(xué)生大膽猜測受力與電荷量的關(guān)系。學(xué)生提出猜想，F(xiàn)與q成正比。教材提出的假設(shè)和學(xué)生的猜想一致，這個猜想當(dāng)然還需要實驗的驗證。設(shè)想真空中有一個點(diǎn)電荷Q，在離點(diǎn)電荷距離為r的某處放置一個試探電荷q，利用庫侖定律F=kQq/r2求出試探電荷的受力。將試探電荷的電荷量加倍，很容易得出試探電荷的受力為原來的兩倍，但力與電荷量的比值保持不變，這樣證實我們的猜想：F/q與試探電荷無關(guān)，這個比值由電場決定，能反映電場自身的性質(zhì)。

現(xiàn)在可以給出電場強(qiáng)度的定義式：E=F/q。電場強(qiáng)度是一個用比值定義的物理量。要引導(dǎo)學(xué)生了解F/q的物理意義，結(jié)合之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過一些用比值定義的物理量，如初中時學(xué)習(xí)的密度和高一學(xué)習(xí)的速度、加速度，總結(jié)用比值定義法定義的物理量的特點(diǎn)：反映物質(zhì)的最本質(zhì)屬性，與定義所用的物理量無關(guān)。

提問：電場強(qiáng)度有方向嗎？學(xué)生通過討論得出結(jié)論：電場強(qiáng)度是矢量，不僅能反映電場強(qiáng)弱，還能反映電場方向。物理學(xué)上規(guī)定：正電荷受力的方向是該點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向，即電場方向。

3.分析討論。

提出問題：怎樣知道空間中各個位置場強(qiáng)的大小和方向？

學(xué)生討論：拿一個試探電荷，放到空間中的各個位置，通過記錄所受的電場力判斷各處場強(qiáng)大小和方向。這種方法太麻煩，能否用直觀一點(diǎn)的方法判斷呢？

閱讀教材，感悟法拉第如何用假想的電場線形象地描述電場。知道幾種典型電場的電場線分布，能根據(jù)電場線確定空間某點(diǎn)的電場方向，從電場線的疏密判斷電場的強(qiáng)弱。

演示：頭發(fā)屑懸浮在蓖麻油里，在空間施加電場模擬電場線。強(qiáng)調(diào)：這只是模擬電場線的分布，電場線是不存在的，只是為了方便描述電場而假想出來的。

4.鞏固提高。

練習(xí)1：真空中點(diǎn)電荷電荷量為+Q，試探電荷帶電荷量為+q，放在與點(diǎn)電荷相距為r處。

（1）求該點(diǎn)的場強(qiáng)。

（2）若試探電荷的電荷量為-2q，求該點(diǎn)場強(qiáng)。

（3）若把該處的試探電荷移走，求該點(diǎn)場強(qiáng)。

強(qiáng)調(diào)：空間中某點(diǎn)的場強(qiáng)與是否放入試探電荷、放入何種的試探電荷和試探電荷的電荷量多少無關(guān)，電場強(qiáng)度由電場本身決定。

練習(xí)2：空間中有兩個等量的同種電荷，相距為r。

（1）求出它們連線中點(diǎn)的場強(qiáng)。

（2）畫出平面內(nèi)距離兩個場源電荷都為r的點(diǎn)的場強(qiáng)。

讓學(xué)生在解題過程中體會用平行四邊形定則處理矢量疊加的問題。

四、教學(xué)設(shè)計說明

本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是在教學(xué)過程中強(qiáng)調(diào)比值定義法的思維特征，適當(dāng)強(qiáng)調(diào)比值定義法的特點(diǎn)。希望學(xué)生在掌握電場強(qiáng)度概念的過程中，體驗并掌握用比值定義法定義新的物理量，從而實現(xiàn)三維教學(xué)目標(biāo)。

在教學(xué)物理概念和規(guī)律的過程中實施科學(xué)方法的教育，不能脫離物理概念和規(guī)律單獨(dú)進(jìn)行，應(yīng)該以概念和規(guī)律為載體，把概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)和方法的應(yīng)用靈活地結(jié)合，才能取得良好的效果。高中物理中有一些本身就是物理方法的概念，要利用這些概念進(jìn)行方法教育。例如，質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、理想氣體等概念本身就是理想化方法。物理規(guī)律一般是在實驗觀察的基礎(chǔ)上，經(jīng)過歸納總結(jié)、分析推理等思維方法所獲得的結(jié)論，在規(guī)律建立和發(fā)展的過程中顯性或隱性地包含豐富的科學(xué)方法。物理概念和規(guī)律的內(nèi)涵反映的是事物的本質(zhì)屬性和特征，而外延反映的是通常所說的運(yùn)用條件和范圍。學(xué)生在真正理解物理概念和規(guī)律確切含義的基礎(chǔ)上，才能夠鑒別的與物理概念和規(guī)律相關(guān)的、相似的說法。學(xué)生在分析推導(dǎo)的過程中，不僅提高了自學(xué)能力，而且深刻認(rèn)識到了科學(xué)方法對知識學(xué)習(xí)的重要作用，激發(fā)了學(xué)習(xí)科學(xué)方法的興趣。