關于電場強度概念教學的引入

侯曉燦

(華東師范大學物理系 上海 200241)

1 電場強度概念的引入方法及存在的弊端

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

2 改進建議

學生頭腦中原有知識的實質內容及其組織形式，是影響新知識學習的重要因素.教學中，教師可以先充分利用學生已有的知識——力的疊加原理與庫侖定律，通過理論推導直接引入電場強度概念，之后，再引導學生體驗用檢驗電荷測量電場強度實驗方案的設計，及實驗設計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個正點電荷A，B，C的情況，考察A電荷受到的力，根據力的疊加原理，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B，C對A的靜電力分別為FBA與FCA，根據力的矢量疊加原理，則有

F=FBA+FCA

(1)

根據庫侖定律可知，點電荷B對A的靜電力與點電荷C對A的靜電力分別為

(2)

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

(3)

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

(4)

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

(1)電場強度E是矢量；

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

(3)當r確定時，E也是確定的，即空間某點電場強度E有確定的大小和方向；

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

(5)點電荷A所在處的總的電場強度等于各個點電荷單獨在該處產生的電場強度的矢量之和，這就是電場強度疊加原理；

(6)一次性直接給出了真空中點電荷的電場強度的定義式和計算公式

3 結語

讓學生牢固地掌握知識和技能是教學最終的目的.教學中必要的重復是深化學生已學知識的有力措施，也是學生順利地進行新知識學習的重要條件.從教學的鞏固性原則來看，利用學生已學過的力的疊加原理和庫侖定律，直接引入電場強度的概念，簡潔、嚴謹、直觀.而且，通過推導可進一步加深學生對力的疊加原理和庫侖定律的認識和理解.在深化電場強度概念認識時，將重力場強度與電場強度類比學習，既可促進學生對電場強度知識的內化，又有助于提升學生對“場”的認識.而且，如此處理的電場強度概念教學是在分析學生已有知識的基礎上，尋找新概念的懸掛點，使新概念在新知識與舊知識的比較和聯系中逐步習得，有利于促進新舊概念的融會貫通.

參考文獻

1 胡湘岳.電場強度概念的引入.長沙鐵道學院學報,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中心.普通高中課程標準實驗教科書物理·選修3-1. 北京：人民教育出版社，2004.10～15