摘要：對于不同電荷體系電勢能的大小是否具有可比性，本文從一個(gè)具體問題進(jìn)行探討，并說明物理概念教學(xué)在新課程理念指導(dǎo)下的重要性。

關(guān)鍵詞電勢能；參考點(diǎn)；概念教學(xué)

中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-6148(2007)2(S)-0022-2

1問題的由來：

在課堂教學(xué)中，為了拓展電勢能和電勢的理解，我出了一道問答題：“在正電荷形成的電場中的某一點(diǎn)，正試探電荷所具有的電勢能一定大于負(fù)試探電荷所具有的電勢能。對嗎？為什么？”引導(dǎo)學(xué)生分析如下：這是對的，因?yàn)檎姾尚纬傻碾妶鲋懈鼽c(diǎn)的電勢都是正的，如圖1所示，在B點(diǎn)放入正點(diǎn)電荷q時(shí)，具有的電勢能E_A=qφ_A，對正試探電荷，q＞0，φ_A＞0，故E_A=qφ_A＞0；對負(fù)試探電荷，q′＜0，φ_A＜0，故 E′_A=q′φ_A＜0；因此E_A＞E′_A。這就是所謂的“正正得正，正負(fù)得負(fù)”；同理，在負(fù)電荷形成的電荷中有“負(fù)負(fù)得正，負(fù)正得負(fù)”。

一位學(xué)生馬上反問：“為什么正電荷形成的電場中各點(diǎn)的電勢都是正的？”我隨即補(bǔ)充一句：“這里有個(gè)前提條件，規(guī)定無窮遠(yuǎn)處為參考點(diǎn)（即零電勢點(diǎn)）”。這位學(xué)生又追問：“參考點(diǎn)的選擇原則上是任意的，如果規(guī)定的電荷所在處為參考點(diǎn)（如圖1中的B點(diǎn)），那么正電荷形成的電場中各點(diǎn)的電勢都是負(fù)的，正試探電荷在該電場中的某一點(diǎn)（如圖1中的A點(diǎn)）的電勢能就是負(fù)的，負(fù)試探電荷所具有的電勢能反而是正的，得出的結(jié)論剛好相反?！奔慈绻贿x擇無窮遠(yuǎn)處為參考點(diǎn)時(shí)就將出現(xiàn)“正正得負(fù)，正負(fù)得正”的情況。

顯然這位同學(xué)說得有道理，但不應(yīng)該有相反的結(jié)論，我當(dāng)時(shí)也一時(shí)回答不上來，由于快下課了，就表揚(yáng)了這位同學(xué)，并鼓勵(lì)同學(xué)們課外再去討論這一問題。

2問題的分析：

為了解決這一問題，我們從最基本的出發(fā)，一步一步地來論證。

2.1考證電勢能的公式E_A=qφ_A

根據(jù)定義，在電場中把一個(gè)試探電荷q從A點(diǎn)移至B點(diǎn)，它的電勢能的減少E_AB定義為在此過程中靜電場力對它作的功W_AB，即：E_AB=W_AB，而W_AB=qU_AB；如果選_B點(diǎn)為參考點(diǎn)，則在電場中試探電荷q在_A點(diǎn)具有的電勢能E_A=qφ_A［1］。即公式E_A=qφ_A是正確的。

在圖1所示中，如果規(guī)定_B點(diǎn)為參考點(diǎn)，正試探電荷在_A點(diǎn)具有的電勢能E_A＜0，負(fù)試探電荷在A點(diǎn)具有電勢能E′_A＞0，即“正正得負(fù)，正負(fù)得正”是可以成立的。

2.2考證由“E_A＜0，E′_A＞0”得出“E_A＜E′_A”

表面上看，因?yàn)殡妱菽艿恼?fù)表示大小，負(fù)的電勢能小于正的電勢能好象成立。但由于電勢能是電荷體系共有的，既包括產(chǎn)生電場的電荷，也包括試探電荷，“試探電荷放在電場中具有電勢能”這只是一種簡說；同時(shí)對于兩個(gè)點(diǎn)電荷間的電勢能，實(shí)際上是它們之間的相互作用能，是它們共有的，其數(shù)值是相對的。對相同的電荷體系，規(guī)定不同的參考點(diǎn)，電勢能的數(shù)值是不同的；而對于不同的電荷體系，即使規(guī)定相同的參考點(diǎn)，電勢能的數(shù)值也不一定是等價(jià)的，不一定有直接的可比性。［2］

因此在圖1中，如果我們選擇C點(diǎn)為參考點(diǎn)，正、負(fù)試探電荷分別放于C點(diǎn)，電勢能的數(shù)值均為零，但由于試探電荷不同，組成的電荷體系也不同，電勢能的數(shù)值均為零并不能說明它們具有的電勢能相等。正如在重力場中，不同質(zhì)量的物體分別位于同一參考點(diǎn)上，它們具的重力勢能均為零，但我們不能認(rèn)為它們的重力勢能相等。因此，由“E_A＜0，E′_A＞0”，不能得出“E_A＜ E′_A”的結(jié)論。

2.3如何比較不同電荷體系的電勢能大小

當(dāng)兩個(gè)電荷相距無窮遠(yuǎn)時(shí)，無論這兩個(gè)電荷帶何種性質(zhì)的電，它們之間的靜電場力均為零，如果我們規(guī)定這時(shí)的相互作用能為零，這里的“零”才是等價(jià)的。因此當(dāng)選擇無窮遠(yuǎn)處為參考點(diǎn)時(shí)，對于不同的電荷體系電勢能的數(shù)值是等價(jià)的，才可以直接比較大小。這也就是，盡管參考點(diǎn)的選擇是任意的，但通常把無窮遠(yuǎn)處規(guī)定為參考點(diǎn)的原因。

因此當(dāng)選擇無窮遠(yuǎn)處為參考點(diǎn)時(shí)，對于不同的試探電荷，由公式E_A=qφ_A計(jì)算的電勢能是等價(jià)的，可以直接進(jìn)行比較，即本文開頭的問題的結(jié)論是正確的，但由“正正得正，正負(fù)得負(fù)”來分析是有條件的。

3引發(fā)的思考：

通過這一問題的探討，對物理概念的教學(xué)，可以引發(fā)以下思考：

3.1注重物理概念的建構(gòu)過程。

我們在今后的教學(xué)中更應(yīng)注重物理概念的建構(gòu)過程，注重概念的引入、形成、深化和鞏固的各個(gè)環(huán)節(jié)，從學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”出發(fā)，貼近學(xué)生的生活實(shí)際，提供豐富的感性材料，抽象出概念的本質(zhì)屬性，通過舉例、類比、歸納、引伸等手段，講清概念的內(nèi)涵、外延及與有關(guān)概念的聯(lián)系，搞清其來龍去脈、適用范圍、前提條件等，還要通過一些具體問題進(jìn)行不斷的深化和鞏固。這樣才能對概念有深刻理解，才能真正掌握概念并加以靈活運(yùn)用。比如對電勢能這一概念，“為什么引入？”“如何定義？定義的表述、表達(dá)式怎樣？物理含義是什么？”“適用條件是什么？”“電勢能的數(shù)值為什么是相對的？怎樣理解其相對性？”“怎樣選擇參考點(diǎn)？選擇不同的參考點(diǎn)會(huì)有哪些異同？”“電勢能與電場力做功、電勢、電勢差等概念的關(guān)系怎樣？”等，只有對這些問題進(jìn)行精心的組織安排，才能對電勢能有深刻的理解。

3.2概念教學(xué)更要注重探究活動(dòng)。

探究活動(dòng)既是一種最有效的教學(xué)方式、學(xué)習(xí)方式，也是一種最有效的教學(xué)過程和學(xué)習(xí)過程。相比規(guī)律教學(xué)來說，概念教學(xué)的探究活動(dòng)更應(yīng)注重，因?yàn)橐?guī)律教學(xué)的探究活動(dòng)似乎已經(jīng)形成一套程式，比較習(xí)以為常，而概念教學(xué)的探究活動(dòng)容易被忽視，往往是教師按預(yù)設(shè)的程序來介紹，同時(shí)概念教學(xué)探究活動(dòng)困難也更多一些。很多時(shí)候，學(xué)生解答概念題比解答綜合題顯得更困難一些，這跟我們教師忽視概念教學(xué)的探究活動(dòng)不無關(guān)系。如本文中，對電勢能的概念只介紹其公式E_A=qφ_A和一般含義就會(huì)出問題。

3.3要辯證地看待物理結(jié)論的“記憶性法則”。

我們許多老師喜歡把物理結(jié)論編成易記的口訣，如：對橫波的傳播方向與振動(dòng)方向的關(guān)系編成“上坡下，下坡上”；對電路的定性分析問題編成“串反并同”；對伏安法測電阻時(shí)內(nèi)外接分別適用于測大電阻或小電阻以及測量值與真實(shí)值關(guān)系編成“框大則大，框小則小”等，對于這些“記憶性法則”確實(shí)有它好的一面，尤其對應(yīng)試能大大提高答題的準(zhǔn)確率和解題速度，但我們認(rèn)為這類“記憶性法則”還是盡量少用，特別是對物理概念不理解、分析過程和分析方法沒掌握的情況下，單純地去講一些“記憶性法則”是毫無意義的，比如知道“串反并同”而不會(huì)進(jìn)行電路的定性分析，即使做對題目，除了應(yīng)試作用以外，對培養(yǎng)創(chuàng)新人才是毫無用處的。又如對兩個(gè)電荷間的電勢能與兩電荷帶電性質(zhì)的關(guān)系用“正正得正，正負(fù)得負(fù)，負(fù)負(fù)得正，負(fù)正得負(fù)”的口訣來判斷，但當(dāng)參考點(diǎn)選擇變化時(shí)結(jié)論就完全相反了。

3.4要重視學(xué)生質(zhì)疑，開啟學(xué)生的思維之門。

思維從疑問開始，學(xué)生的質(zhì)疑精神是非?？少F的，表明學(xué)生在積極動(dòng)腦思考，有很強(qiáng)的自主探究動(dòng)機(jī)和能力，作為教師應(yīng)采取鼓勵(lì)態(tài)度，無論處于何種情景，哪怕打亂原先的教學(xué)安排，也要努力培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑、善于質(zhì)疑的良好習(xí)慣，進(jìn)而還可引發(fā)同學(xué)之間合作探究、師生互相探究，甚至可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。這也正是新課程理念下所積極倡導(dǎo)的。

參考文獻(xiàn)：

［1］［2］趙凱華、陳熙謀主編，《電磁學(xué)》第二版，高等教育出版社，北京1985年6月

(欄目編輯黃懋恩)