應(yīng)用類比法搭建電場學(xué)習(xí)的橋梁①

龐惠華 章 強

(1.江蘇省江陰高級中學(xué),江蘇 無錫 214400；2.江蘇省南菁高級中學(xué),江蘇 無錫 214437)

《普通高中物理課程標準(2017年版)》關(guān)于“場”的學(xué)習(xí)要求學(xué)生能夠應(yīng)用場的性質(zhì)來解釋生活中的現(xiàn)象?！办o電場”是必修3模塊的第一個學(xué)習(xí)內(nèi)容,是學(xué)生的學(xué)習(xí)從具體走向抽象、問題模型由宏觀變?yōu)槲⒂^的起點,是學(xué)生中出現(xiàn)明顯的不適應(yīng)、凸顯兩極分化的章節(jié)。類比法是指根據(jù)兩種事物在某些特征上的相似，推理其他特征也有可能相似的方法。在“靜電場”的教學(xué)中,類比法的使用顯得非常重要，筆者進行了如下嘗試。

1 運用類比法讓概念學(xué)習(xí)自然順暢

正確理解概念、熟知概念的內(nèi)涵和外延是應(yīng)用概念解決問題的基礎(chǔ)，在“靜電場”這一章中最基本的概念是電場強度和電勢。

對于電場力做功和電勢能變化的關(guān)系教學(xué),學(xué)生對電場力做功和電勢能比較陌生，但是概念學(xué)習(xí)的過程與重力做功造成重力勢能變化相似。如圖1所示，在重力場中小球從A位置沿三條不同的路徑到達B位置,重力做功都為WAB=mg(h1-h2)=EpA-EpB。如圖2所示，在靜電場中電荷從A位置沿三條不同的路徑到達B位置,電場力做功都為WAB=Eqd=EpA-EpB。從做功的特點可以發(fā)現(xiàn),重力和電場力做正功都會導(dǎo)致勢能減少,做負功都會導(dǎo)致勢能增加，并且做功都與路徑無關(guān),只與初、末位置有關(guān)。

圖1

圖2

運用類比法,不僅會讓學(xué)生的概念學(xué)習(xí)更自然,而且可以增加學(xué)生的熟悉度,減少部分學(xué)生的畏難情緒,讓學(xué)生感到這是以前學(xué)習(xí)內(nèi)容的變式和拓展,可增強學(xué)生的學(xué)習(xí)自信。

2 運用類比法讓儀器介紹生動形象

靜電場這一章中最重要的電學(xué)元件就是電容器,電容器是儲存電荷的“容器”,在生活中很常見，因為學(xué)生無法直觀地感知電荷量的多少,再加上相對復(fù)雜的充放電過程,給學(xué)生的學(xué)習(xí)造成了不少困難。

3 運用類比法讓問題解決清晰透徹

帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)問題一直是本章學(xué)習(xí)的難點和重點,學(xué)生在處理此類問題時常常會出現(xiàn)偏差。帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)可以類比為重力中的拋體運動,而平拋運動的問題解決方法對靜電偏轉(zhuǎn)的問題解決有啟發(fā)性作用。如圖3所示，一個帶電粒子以一定初速度垂直場強方向進入電場，其偏轉(zhuǎn)運動可與平拋運動類比，具體內(nèi)容見表1。

圖3

表1

針對重力場和電場復(fù)合場中“繩模型”圓周運動問題,類比重力場中豎直面內(nèi)“繩模型”圓周運動，可以幫助學(xué)生準確找到“等效最高點”,清晰地認識最低點的運動學(xué)特點。對于重力場中豎直面內(nèi)的圓周運動中,豎直方向上的最低點是運動過程中速度最大的位置。確定了最低點，沿直徑就可以找到最高點,物體在最高點處具有最小速度。如圖4所示,小球在復(fù)合場中做圓周運動時,“等效最低點”是在電場力和重力合力方向上的N點,則“等效最高點”為ON連線的反向延長線的M點。

圖4

4 運用類比法讓拓展學(xué)習(xí)輕松自如

場的觀點不僅體現(xiàn)在重力場和靜電場中,在磁場中也有體現(xiàn)，運用類比法，借鑒靜電場的做法來學(xué)習(xí)磁場的內(nèi)容,包括磁感應(yīng)強度的定義方式、物理意義、安培力和帶電粒子在磁場中的運動等等，可使學(xué)生的學(xué)習(xí)輕松自如。

5 結(jié)語

類比法在靜電場的教學(xué)中具有降低難度和化繁為簡的功效,教師在靜電場的教學(xué)中還必須注意到重力場和靜電場的區(qū)別,讓學(xué)生了解重力場的可類比部分和不宜類比部分,包括研究模型、場的性質(zhì)、力的特征等的區(qū)別和聯(lián)系。