葉道雄

電勢能、電勢、電勢差、電場力作功等是靜電場中非常重要的概念，具有抽象、復(fù)雜等特點，使學(xué)生難于掌握。筆者從事多年高中物理教學(xué)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對這一部分知識掌握得很差，尤其是概念之間聯(lián)系更是深感頭疼。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗并結(jié)合教學(xué)實際，我發(fā)現(xiàn)問題的關(guān)鍵在于：學(xué)生對概念理解立足點低、知識零星散亂，缺少一根貫穿概念的主線。鑒于此，筆者大膽地將教材的處理方式進行了創(chuàng)新，使得主線清晰、成形，學(xué)生掌握知識脈絡(luò)清楚、循序漸進、思維嚴(yán)密、理論高度高，同時培養(yǎng)了學(xué)生抽象思維能力，極大地提高了學(xué)生理解問題的能力。

（一）教材對“電勢差、電勢”的處理：

1、電勢差：

①“人教版”必修本第二冊127頁，教材采用類比的方法：

②電場中A、B兩點電勢差

③電勢差意義：只反映了電場本身的性質(zhì),電場中兩點間的電勢差越大，在這兩點間移動相同電荷電場力作功越多。

2、電勢 ：

①用電勢差來定義電勢

②重力場中的高度差、高度來類比電場中電勢差、電勢

重力場中選一個參考面，重力場中各點高度可以表達出來。

電場中選一個參考面，電場中各點電勢可以表達出來

③電勢定義：電場中某點的電勢，等于單位正電荷由該點移到參考點（零勢點）時由場力作的功。

推證：如圖示，設(shè)電場中 B=O，求 A。

將單位正電荷由A點移到B點，有W=qUAB=q（ A- B）

3、電勢能：

①用重力場中物體重力勢能來類比電場中電荷的電勢能。

②類比分析：

重力作正功，物體重力勢能轉(zhuǎn)化為其它形式能；重力作了多少正功，物體就有多少重力勢能轉(zhuǎn)化為其它形式能。

電場力作正功，電荷電勢能轉(zhuǎn)化為其它形式能；電場力作了多少正功，電荷就有多少電勢能轉(zhuǎn)化為其它形式能。

教材完全采用一種類比法手段，重力場類比電場，講述了電勢差、電勢、電勢能這三個概念。學(xué)生對重力場熟悉，由此掌握這些概念也較容易，也符合學(xué)生“由已知到未知”，“由此及彼”、“循序漸進”的思維方式。筆者前幾年教學(xué)也采用了教材這種處理方式，效果也比較好，但同時也遇到一些成績好，思維好的同學(xué)提出了一些問題：比如為什么提出電場中電勢差概念？可不可以先講電勢，再講電勢差？重力場中自由釋放物體，物體總是由高處向低處運動，電場中自由釋放電荷，它一定從高電勢向低電勢運動嗎？此外教材只是提出了電勢能，筆者在教學(xué)中給學(xué)生提了一個問題：同學(xué)們能否猜想出電勢能的表達式？不少同學(xué)用類比法得出結(jié)論：電勢能應(yīng)該是電場力與電勢乘積，即 （這顯然是錯誤的）。無獨有偶，有的同學(xué)認(rèn)為重力場中高度差為△h=WG/G，那么電場中電勢差應(yīng)是U=W電/F電，而不應(yīng)該是U=W電/q。況且φ是描述電場的能的性質(zhì)的物理量，而在教材中 的定義體現(xiàn)不出這個意義。

鑒于以上情況，筆者對教材內(nèi)容重新進行了處理，使得主線明晰，邏輯嚴(yán)密，概念準(zhǔn)確，學(xué)生一系列的問題得到解決。在此筆者愿意告知同仁，共同商榷，以便探索出一種好的處理方式，努力提高教學(xué)水平。若有不妥之處，還請同仁批評指正。

（二）電勢能、電勢的教學(xué)

1、電勢能：

①電荷在電場中具有能量

推證：

由能量守恒定律可知：在真空中孤立電荷電場中自由釋放—試探電荷可知：該電荷動能會增加，必然伴隨著某種能量減少?？赏浦撛囂诫姾稍陔妶鲋芯哂心撤N能量。

由功能關(guān)系可知：上例中電荷q的運動過程，電場力作了正功，功是能的轉(zhuǎn)化的量度，該過程一定實現(xiàn)了能的轉(zhuǎn)化，可推知該電荷在電場具有某種能量。

由能的概念可知：物體能對外作功則物體就具有能量。

如圖示一輕彈簧，一端與一試探索電荷相連，另一端與一擋板相連（以下簡稱裝置），該裝置放在真空中孤立點電荷電場中，擋板固定，易知試探電荷會壓縮彈簧，即對彈簧作功，可推知：該試探電荷在電場中具有能量。

②我們將電荷在電場中具有的能量叫電荷的電場能，習(xí)慣上叫電勢能。

③電勢能 是標(biāo)量，單位：焦耳。

④電勢能的具體值具有相對性：

A、與重力場中重力勢能相類比，要確定重力勢能值，必須要選一個零勢面。同樣要確定電勢能值也需先確定一個零勢面。

B、零電勢面選取是任意的，一般選無窮遠處或大地的電勢為零。

C、 值的確定：由功能關(guān)系可知電荷在電場中某點所具有的電勢能等于該電荷從該點移到零勢面處電場力作的功。（與重力場相類比，物體在重力場中某點的重力勢能，它等于將重物移到零勢面處重力作的功）。

D、 值有正負(fù)之分，可帶符號比較大小，即正電勢能一定大于零，零一定大于負(fù)電勢能。

2、電勢：

教法：與E的定義進行類比教學(xué)。

電荷在電場中要受到電場力作用 電荷在電場中具有電勢能

同一試探電荷在不同點受到電場力不同 同一試探電荷在電場中不同點具有的電勢能不同

同一點分別放上不同電量的試探電荷，電荷在該點電場力不同，且知F∝q 同一點分別放上不同電量的試探電荷，電荷具有的電勢能不同且知 ∝q

定義E= 定義電勢 =

①電勢定義：我們將試探電荷在電場中某點具有的電勢能與電荷電量的比值定義為該點的電勢。

②定義式：

③對 的理解：

A、 雖然由電荷具有的電勢能 和電荷電量定義的，但 并不由 .q決定，不能說 與 成正比，與q成反比。

B、 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、 是狀態(tài)量，只有電場中某點才談電勢。

D、 具有相對性，具體的值與零勢面選取有關(guān)。（因為 具有相對性）。

E、 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、 的合成遵循法則：代數(shù)和。

G、 、 有正有負(fù)，可比較大小（帶符號）。

3、電勢差U（又叫電壓）

①定義：

②U的值與零勢面選取無關(guān)。

③UAB的大小反映電場中A、B兩點電勢的差值。

④UAB大小反映在A、B兩點移動電荷作功的多少。（A、B兩點UAB越大，在A、B間移動相同電荷電場力作的功越多，反之，作功越少）。

4、電場力作功：

重力作正功，EP減少 電場力作正功， 減少

重力作負(fù)功，EP增加 電場力作負(fù)功， 增加

重力作功的值與EP變化值相等 電場力作功的值與 變化值相等

①電場力作功與電勢能關(guān)系：（類比法教學(xué)）

A、

B、電場力作功引起 的變化：電場力作正功， 減少；電場力作負(fù)功， 增加，量值相等。

C、 的變化僅由電場力作功判定，與電荷是否受其它力，其它力是否作功均無關(guān)，與電荷運動狀態(tài)、運動情況無關(guān)。

D、重力、彈簧彈力、分子力、電場力作功會引起相應(yīng)的勢能變化，規(guī)律完全相似。

②電場力作功

推證：將一試探電荷從A移到B點；

A、電場力作功只與電荷電量，始、末位置電勢差決定，與電荷的具體運動過程無關(guān)，即與路徑無關(guān)。

B、電場力作功特點與重力作功特點完全類似。

C、電場力作功的求法：

（1）WAB=qUAB(適用于一切電場，是電場力作功的定義式)

（2）WAB=-△ε（適用于一切電場， ）

（3）WAB=qE·S· （只適用于勻強電場）

5、電場線與電勢

①沿著電場線的方向，電勢越來越低。

推證：如圖：將一正試探電荷由電場中A點

移動到B點：WAB>0

易證：

（讓學(xué)生推導(dǎo)將一負(fù)電荷由A點移到B點情況，教師指導(dǎo)）

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方向為豎直向下方向。

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電場線的方向為電勢降落最快的方向。

類比于：豎直向下的方向為高度降落最快的方向。

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

以上是筆者對這部分教材的處理。筆者認(rèn)為：能量貫穿于整個高中物理始終，用能量觀點來分析、研究問題往往容易抓住物理問題本質(zhì)，思路清晰、解法便捷，對培養(yǎng)學(xué)生思維很有好處，因此對這部分教材的處理，筆者首先從電勢能這個概念入手，采用了類比的方法，逐個講述，一氣呵成。學(xué)生反響很好，通過講述，他們對這些概念有了更深、更進一步的掌握。2008年11月

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