“類比法”在電場教學中的運用

李芳芳 曾憲龍

高中物理電場知識較抽象，學生接受起來相當吃力。那么怎樣幫助學生克服電場學習過程中遇到的困難呢？筆者認為“類比法”可大大降低電場學習難度，下面具體的說明一下有關應用。

一、“類比法”在“電場、電場線”教學中的應用

電荷間的相互作用可類比磁體間的相互作用，學生在初中就已掌握磁極間的相互作用是通過磁場來實現的，所以通過類比學生不難得出電荷間的相互作用也是由“場”來實現的，這種“場”就是“電場”。再由可用“磁場線描述電場”，類比聯系，應當可用“電場線來描述電場”。這樣一類比，由幾種特殊電場的電場線，學生就會很容易總結出電場線的一系列特點。

二、“類比法”在“電場強度”教學中的應用

電場強度在電場中是一個比較抽象的概念，學生難以理解。我們可以從電場的基本性質入手，“類比”重力場的相關知識，引入電場強度的概念。電場的基本性質是對放入其中的帶電體有力的作用，而地球上的物體只要有質量就會受到重力，即重力場中的物體都受到重力作用，與電場中的物體只要帶電就會受到電場力的作用相同。因此，我們就可以用重力場中的相關特性來類比定義電場的強弱。我們知道物體的重力G=mg，相同的物體在不同的位置其重力不同，其原因是重力場中的g隨位置的變化而變化，而g=G/m。帶電體在電場中也有類似的特性：相同的帶電體在不同的位置受力不同，電場力與電荷量的比值F/q也不同；相同的位置帶電體帶電量不同受力就不同，但是電場力與電荷量的比值是相同。也就是說電場力與電荷量的比值是一個與位置有關的物理量，那么類比重力場中的g，在電場中定義電場力與電荷量的比值F/q為電場強度E。

三、“類比法”在“電勢、電勢差、電勢能”教學中的應用

在教授電勢、電勢差、電勢能三個概念時，應先有電勢能，再有電勢，最后有電勢差。電勢能的教學可與重力勢能“類比”，首先舉例說明帶電體僅在電場力做功的情況下，帶電體的動能發生了變化，據功是能量轉化的量度可知，一定有一種能量轉化成動能（或動能轉化成其他能），那么這個能是什么呢？由此設下懸念。引導學生回顧重力場知識，物體在只有重力做功的情況下，重力勢能與動能相互轉化。從而引出帶電體僅在電場力做功的情況下，可能也是一種勢能與動能相互轉化。學生之前所學習的重力做功只與初末位置有關，與運動路徑無關，從而定義這個與位置有關的能量為重力勢能，即E_p=mgh，重力勢能是一個與位置有關的物理量。而在研究電場力做功的特點時，發現有相同的規律，因此可定義在電場中，這個與位置有關的能量為電勢能，即電場力做功與電勢能的關系是W_AB=E_pA-E_pB。在重力場中確定位置的物理量是用高度，可用重力勢能與重力的比值來計算，如果確定了參考點，相同的位置h是個定值。在電場中，先確定好零勢能參考點，發現在電場中的某點，電勢能與電荷量的比值始終是定值，類比高度，定義這個比值為電勢。在重力場中高度差為初末位置的差值，所以不難得出電勢差的定義式U_AB=φ_A-φ_B。聯立公式可推導出電場力做功與電勢差的關系W_AB=qU_AB，進一步確定電場力做功的特點。

四、“類比法”在“帶電粒子在電場中的偏轉”教學中的應用

通過分析帶電粒子在電場中的偏轉，可知當帶電體所受到的恒定的電場力與初速度的方向不平行時，其運動軌跡是曲線，與學生在重力場中接觸的平拋運動類似。因此可類比研究平拋運動的方法，對帶電粒子在電場中的偏轉進行分解，分解成沿初速度方向的勻速直線運動和沿電場力方向的勻加速直線運動，則帶電粒子在電場中的偏轉的速度規律、位移規律就分析得出了。

五、“類比法”在“電容器、電容”教學中的應用

在電容器、電容教學中，可以從字面的意思理解，明確指出“電容器是容納電荷的容器”，使學生了解電容器的功用。電容器電容的概念，在教學中可以把它與盛水的直筒容器類比，水量相當于電量，水深相當于電勢差。不同的直筒容器使它們的水面升高1厘米所需要的水量不同，這與使不同的電容器的電勢差增加1伏所需要的電量不同相類似。這樣，可以幫助學生形象地理解電容的含義，從而引入電容的定義。在給出定義式C=Q/U之后，則說明是比值定義法，電容器的電容是由電容器本身決定，與充入電荷的多少無關，就像水容器一樣，水容器的容量與注入水的多少無關，只與水容器本身的構造有關。然后，通過實驗活動總結出平行板電容器的電容C∝S/d，再次證明電容器的電容由電容器本身構造決定，與充入電荷的多少無關。

雖然，《電場》這一章由于涉及的知識、概念廣泛而抽象，但合理地運用“類比法”可簡化電場的學習。“類比法”是一種行之有效的方法，在物理教學中恰當地運用，不僅可以通過對概念、規律的相似性比較，幫助學生理解抽象的概念，起到化“抽象”為“具體”的作用。

（責任編輯 易志毅）