關(guān)于靜電場、電場力做功與電勢能改變的教學(xué)探討

倪展

靜電場知識(shí)是高中物理的重點(diǎn)內(nèi)容，其涉及的概念非常抽象，所以一直以來都是學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的難點(diǎn).那么如何才能學(xué)好靜電場知識(shí)呢？筆者認(rèn)為可以從以下幾個(gè)層次著手.

一、根據(jù)基本概念，構(gòu)建知識(shí)框架

靜電場這一章的概念既多又抽象，學(xué)好這一章的內(nèi)容一方面要明確各個(gè)基本概念的內(nèi)涵，另一方面要明確各個(gè)概念之間的關(guān)聯(lián).電場作為一種特殊的物質(zhì)具有兩個(gè)重要性質(zhì)：放入電場中的電荷會(huì)受到電場力的作用，同時(shí)該電荷也具有一定的電勢能.為了描述電場的這兩大性質(zhì)，引入了兩個(gè)重要的特征物理量：電場強(qiáng)度和電勢.電場強(qiáng)度與電場力相關(guān)聯(lián)，電勢與電勢能相關(guān)聯(lián)，再由力、做功、能量變化、能量這條脈絡(luò)即可將電場強(qiáng)度和電勢這兩個(gè)概念聯(lián)系起來.

二、依靠基本原理，透析電場規(guī)律

鑒于電場概念的抽象性，本章在一開始先以大家較為熟悉的“點(diǎn)電荷之間的相互作用”這一模型引入，很自然地提到了庫侖定律.在后面對電場強(qiáng)度的矢量性進(jìn)行解讀的時(shí)候又提出了場強(qiáng)的疊加原理.依據(jù)這兩個(gè)重要規(guī)律及電場的定義，可以找出一些常見電場的空間分布規(guī)律.

三、抓牢基本方法，提升應(yīng)用能力

靜電場知識(shí)與力學(xué)知識(shí)有很多相關(guān)聯(lián)的地方.本章學(xué)習(xí)過程中利用力學(xué)部分所學(xué)的基本方法再結(jié)合靜電場的相關(guān)知識(shí)，往往可以起到極佳的效果.

1.電勢

（1）定義：我們將試探電荷在電場中某點(diǎn)具有的電勢能與電荷電量的比值定義為該點(diǎn)的電勢.

（2）定義式：Ψ=Eq.

（3）對電勢的理解：

A.雖然電勢是由電荷具有的電勢能和電荷量定義的，但Ψ并不由E、q決定，不能說與E成正比，與q成反比.

B.電勢是描述電場的能的性質(zhì)的物理量，僅由電場本身決定，與是否存在試探電荷無關(guān).

C.電勢是狀態(tài)量，只有電場中某點(diǎn)才談電勢.

D.電勢具有相對性，具體的值與零勢面選取有關(guān)（因?yàn)棣肪哂邢鄬π裕?

E.電勢越高的地方，正電荷具有的電勢能越大，負(fù)電荷具有的電勢能越小.

F.電勢合成遵循的法則：代數(shù)和.

G.Ψ有正有負(fù)，可比較大?。◣Х?hào)）.

2.電勢差U（又叫電壓）

（1）定義：UAB=ΨA-ΨB.

（2）U的值與零勢面選取無關(guān).

（3）UAB的大小反映電場中A、B兩點(diǎn)電勢的差值.

（4）A、B兩點(diǎn)UAB越大，在A、B間移動(dòng)相同電荷電場力做的功越多，反之，做功越少.

3.電場力做功

（1）電場力做功與電勢能關(guān)系：（類比法教學(xué)）

A.電場力做功引起Ep的變化：電場力做正功，Ep減少;電場力做負(fù)功，Ep增加，量值相等.

B.Ep的變化僅由電場力做功判定，與電荷是否受其他力，其他力是否做功均無關(guān)，與電荷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)情況無關(guān).

C.重力、彈簧彈力、分子力、電場力做功會(huì)引起相應(yīng)的勢能變化，規(guī)律完全相似.

（2）電場力做功：

A.電場力做功只與電荷量，始、末位置電勢差決定，與電荷的具體運(yùn)動(dòng)過程無關(guān)，即與路徑無關(guān).

B.電場力做功特點(diǎn)與重力做功特點(diǎn)完全類似.

C.電場力做功的求法：

①WAB=qUAB（適用于一切電場，是電場力做功的定義式）.

②WAB=-△ε（適用于一切電場）.

③WAB=qEs（只適用于勻強(qiáng)電場）.

4.電場線與電勢

（1）沿著電場線的方向，電勢越來越低.

推證：將一正試探電荷由電場中A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，WAB>0.

（2）電場線方向是電勢降低的方向，反過來電勢降低的方向不一定是電場線的方向.比如：A→B，A→C，A→D，A→E的方向均為高度降低的方向，而只有A→B方向?yàn)樨Q直向下方向.類比于：沿豎直向下的方向高度降低，但并不是高度降低的方向一定是豎直向下的方向.

（3）電場線的方向?yàn)殡妱萁德渥羁斓姆较?類比于：豎直向下的方向?yàn)楦叨冉德渥羁斓姆较?

（4）選無窮無處為零勢面，易知：真空中孤立的正點(diǎn)電荷形成的電場中各點(diǎn)電勢為正，負(fù)點(diǎn)電荷周圍電勢為負(fù).