侯曉燦

(華東師范大學(xué)物理系 上海 200241)

1 電場強(qiáng)度概念的引入方法及存在的弊端

目前，教師在進(jìn)行電場強(qiáng)度概念的引入教學(xué)時(shí)，大多數(shù)采用教材提供的方法，即用檢驗(yàn)電荷測量電場強(qiáng)度的方法引入電場強(qiáng)度.然而，這種方法存在一定的弊端，一是在用檢驗(yàn)電荷引入電場強(qiáng)度的概念時(shí)，必須先引入檢驗(yàn)電荷的概念；二是這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)在操作上基本是不可行的，學(xué)生看不到演示實(shí)驗(yàn)，因此，只靠教師講實(shí)驗(yàn)，教學(xué)效果肯定欠佳，也會(huì)導(dǎo)致增加電場強(qiáng)度概念的抽象性；三是這種引入方法并沒有充分利用學(xué)生已學(xué)的力的疊加原理和庫侖定律[1]的知識(shí).

2 改進(jìn)建議

學(xué)生頭腦中原有知識(shí)的實(shí)質(zhì)內(nèi)容及其組織形式，是影響新知識(shí)學(xué)習(xí)的重要因素.教學(xué)中，教師可以先充分利用學(xué)生已有的知識(shí)——力的疊加原理與庫侖定律，通過理論推導(dǎo)直接引入電場強(qiáng)度概念，之后，再引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)用檢驗(yàn)電荷測量電場強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中涉及到的控制變量法的重要物理思想.

力的疊加原理和庫侖定律說明，處于空間某確定點(diǎn)上的電荷受到來自其他若干電荷的庫侖力的作用.

討論真空中存在3個(gè)正點(diǎn)電荷A，B，C的情況，考察A電荷受到的力，根據(jù)力的疊加原理，A電荷受到的靜電力為B與C作用于它身上的靜電力的合力F，設(shè)B，C對(duì)A的靜電力分別為FBA與FCA，根據(jù)力的矢量疊加原理，則有

F=FBA+FCA

(1)

根據(jù)庫侖定律可知，點(diǎn)電荷B對(duì)A的靜電力與點(diǎn)電荷C對(duì)A的靜電力分別為

(2)

式中eBA為由點(diǎn)電荷B指向A的單位位矢，eCA為由點(diǎn)電荷C指向A的單位位矢.分析式(2)，注意到兩個(gè)靜電力的表達(dá)式中都含有受力點(diǎn)電荷A的電荷量qA，因此

(3)

注意到式(3)括號(hào)內(nèi)是與受力點(diǎn)電荷A的電荷量qA的大小無關(guān)的量，而只與施力電荷、施力電荷與受力電荷的空間位置有關(guān)，因此，可引入新的物理量E，即

(4)

并定義式(4)中EBA,ECA分別為點(diǎn)電荷B,C在點(diǎn)電荷A處產(chǎn)生的電場.由式(4)可知以下結(jié)論：

(1)電場強(qiáng)度E是矢量；

(2)電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小等于位于該點(diǎn)的單位正電荷所受的靜電力，電場強(qiáng)度的方向與位于該點(diǎn)正電荷所受靜電力方向相同；

(3)當(dāng)r確定時(shí)，E也是確定的，即空間某點(diǎn)電場強(qiáng)度E有確定的大小和方向；

(4)空間某點(diǎn)電場強(qiáng)度的大小與該點(diǎn)處有無檢驗(yàn)電荷無關(guān)(即與qA無關(guān))，只要有qB,qC，就有EBA,ECA；

(5)點(diǎn)電荷A所在處的總的電場強(qiáng)度等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量之和，這就是電場強(qiáng)度疊加原理；

(6)一次性直接給出了真空中點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度的定義式和計(jì)算公式

3 結(jié)語

讓學(xué)生牢固地掌握知識(shí)和技能是教學(xué)最終的目的.教學(xué)中必要的重復(fù)是深化學(xué)生已學(xué)知識(shí)的有力措施，也是學(xué)生順利地進(jìn)行新知識(shí)學(xué)習(xí)的重要條件.從教學(xué)的鞏固性原則來看，利用學(xué)生已學(xué)過的力的疊加原理和庫侖定律，直接引入電場強(qiáng)度的概念，簡潔、嚴(yán)謹(jǐn)、直觀.而且，通過推導(dǎo)可進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)力的疊加原理和庫侖定律的認(rèn)識(shí)和理解.在深化電場強(qiáng)度概念認(rèn)識(shí)時(shí)，將重力場強(qiáng)度與電場強(qiáng)度類比學(xué)習(xí)，既可促進(jìn)學(xué)生對(duì)電場強(qiáng)度知識(shí)的內(nèi)化，又有助于提升學(xué)生對(duì)“場”的認(rèn)識(shí).而且，如此處理的電場強(qiáng)度概念教學(xué)是在分析學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，尋找新概念的懸掛點(diǎn)，使新概念在新知識(shí)與舊知識(shí)的比較和聯(lián)系中逐步習(xí)得，有利于促進(jìn)新舊概念的融會(huì)貫通.

參考文獻(xiàn)

1 胡湘岳.電場強(qiáng)度概念的引入.長沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),1995,13(02):91～94

2 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理·選修3-1. 北京：人民教育出版社，2004.10～15