電場(chǎng)教學(xué)中物理科學(xué)方法應(yīng)用

1、電場(chǎng)教學(xué)中物理科學(xué)方法應(yīng)用思考是解決問題的先決條件，而方法則是解決問題的重 要途徑和手段。下面筆者就物理科學(xué)方法解決電場(chǎng)中的系列 問題，談?wù)勛约旱目捶?。一、電?chǎng)的觀點(diǎn)及研究電場(chǎng)的方法在法拉第以前，人們只認(rèn)識(shí)原子、分子等粒子物質(zhì)形態(tài), 而法拉第提出的場(chǎng)的觀念使人們認(rèn)識(shí)到場(chǎng)是與粒子本質(zhì)不 同的又一種物質(zhì)形態(tài)。這一觀念不僅大大改變了人們對(duì)世界 的看法，而且引導(dǎo)出一系列新的重大發(fā)現(xiàn)。麥克斯韋在此基 礎(chǔ)上用數(shù)學(xué)方程定量地描述了電磁場(chǎng)，建立了完整的電磁理 論，并預(yù)言電磁波的存在，這一理論導(dǎo)致了通信革命，開創(chuàng) 了無線電通信的新時(shí)代。通過對(duì)電場(chǎng)的研究可知，電場(chǎng)雖然 看不見、摸不著，但它表現(xiàn)出來的性質(zhì)能夠被我們

2、檢測(cè)出來: 一是它對(duì)置于其中的電荷施以力的作用，或者說電荷間是通 過電場(chǎng)這種物質(zhì)實(shí)施相互作用的；二是電場(chǎng)力對(duì)電荷可以做 功，表明電場(chǎng)具有能。為此，我們可以引入一種電量和體積 很小的電荷一一檢驗(yàn)電荷。對(duì)于看不見的事物，我們通?？?以從其它物質(zhì)相互作用時(shí)所表現(xiàn)出的性質(zhì)來認(rèn)識(shí)它、理解 它，這是科學(xué)研究中常用的一種手段。還可以用一些假想的 直觀圖形來形象地描述看不見的電場(chǎng)、磁場(chǎng)。如電場(chǎng)線、磁 感應(yīng)等，理解和掌握這些直觀手段，不僅有助于我們建立場(chǎng) 的清晰的物理圖像，而且有助于我們解決相關(guān)場(chǎng)的定性分析 問題。二、類比法在電場(chǎng)中的應(yīng)用許多有關(guān)電場(chǎng)的感念和規(guī)律，我們都會(huì)感到抽象，不可 捉摸。為了更好地掌握?qǐng)龅?/p>

3、概念，我們可以把靜電場(chǎng)和已經(jīng) 掌握、較熟悉的重力場(chǎng)進(jìn)行類比。如物體在重力場(chǎng)受到重力 作用，而電荷在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力的作用；重力做功與路徑 無關(guān)，電場(chǎng)力做功也與路徑無關(guān)；重力做功等于重力勢(shì)能的 變化，電場(chǎng)力做功等于電勢(shì)能的變化，單位質(zhì)量的物體在重 力場(chǎng)中某點(diǎn)的重力勢(shì)能由高度決定，單位電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn) 的電勢(shì)能由電勢(shì)決定等，通過這一系列的類比，能化抽象為 直觀，能加深學(xué)生對(duì)電場(chǎng)知識(shí)的理解。三、比值法反應(yīng)電場(chǎng)的固有特性電場(chǎng)比較集中地出現(xiàn)了電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)和電容三個(gè)相似 的用比值法定義的物理量，他們都比較抽象，在講清定義方 法的同時(shí)也有利于對(duì)抽象概念的理解。特別是電場(chǎng)強(qiáng)度和電 勢(shì)既反映了電場(chǎng)的固有特性，

4、又給出了描述場(chǎng)的性質(zhì)是一種 重要方法，教學(xué)中應(yīng)著重講清以下幾點(diǎn)（以定義電場(chǎng)強(qiáng)度這 一物理量的推理過程為例）。1先明確提出研究電場(chǎng)中力的特性，于是把同一檢驗(yàn)電 荷放在場(chǎng)中不同點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)所受電場(chǎng)力各不相同，說明電場(chǎng)有 一定的分布，對(duì)場(chǎng)中某點(diǎn)來說，電場(chǎng)的特征應(yīng)是固有的，但 把不同的檢驗(yàn)電荷放在場(chǎng)中同一點(diǎn)時(shí)所受電場(chǎng)力則不同，說 明電場(chǎng)力并不能反映電場(chǎng)中某點(diǎn)的固有特性。然而對(duì)同一點(diǎn) 來說，f/q這一比值是不變的，它能反映電場(chǎng)的固有特性， 對(duì)場(chǎng)中不同點(diǎn)，這一比值大的地方相同的檢驗(yàn)電荷所受的電 場(chǎng)也大，所以這一比值反映了電場(chǎng)中力的特性。2. 比值定義的物理量的物理意義，電場(chǎng)是客觀存在的物 質(zhì)，電場(chǎng)強(qiáng)度是反映電

5、場(chǎng)固有特性的，它與檢驗(yàn)電荷無關(guān)， 放入檢驗(yàn)電荷是認(rèn)識(shí)和研究電場(chǎng)的一種手段。3. 比值定義物理量的定義公式和數(shù)學(xué)中的比例式有區(qū) 別，如e二f/q對(duì)于場(chǎng)中某一點(diǎn)來說，電場(chǎng)強(qiáng)度是一變量，與 q和f均無關(guān)，不能看成是e*f或e*l/q。四、比較法在電場(chǎng)中的應(yīng)用在電場(chǎng)中可集中地進(jìn)行"比較”這一邏輯思維方法的 訓(xùn)練。"庫侖定律"中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生把庫侖定律與萬有引力定 律進(jìn)行比較，讓學(xué)生了解庫侖定律和萬有引力形式上都是平 方反比定律，因而庫侖力與萬有引力有很多相似之處，同時(shí) 又使學(xué)生明確前者表示靜電相互作用的強(qiáng)弱跟點(diǎn)電荷的電 荷量有關(guān)，后者表示引力作用的強(qiáng)弱跟質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量有關(guān)，由 此反映出這兩種力的不同本質(zhì)。其次質(zhì)量沒有正負(fù)之分，因 而只有萬有引力沒有“萬有斥力”，而電荷有正負(fù)之分，所 以靜電力有引力和斥力。最后可通過定量計(jì)算使學(xué)生明確， 在基本粒子相互作用的領(lǐng)域中，靜電力遠(yuǎn)大于萬有引力，以 致可以完全忽略萬有引力的作用。電場(chǎng)中還有很多近似的物 理概念，教學(xué)中應(yīng)加以比較，如電磁場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)力、電勢(shì) 和電勢(shì)能等。五、電場(chǎng)中還有幾對(duì)定義式和決定式，對(duì)e=f/q和 e=kq/r2應(yīng)加以比較教師要使學(xué)生明確：(1)兩式適應(yīng)條件不同；(2)兩式 的意義不同。定義式又是量度式，不涉及電場(chǎng)產(chǎn)生的原因， 而決定式反應(yīng)了電場(chǎng)強(qiáng)度大小由哪些因素決定