類比法在教學中的妙用
——談“電勢能、電勢和電勢差” 教學案例設計

周 敏

(江蘇省南京市六合區程橋高級中學 211504)

一、設計思路

類比是理解未知事物的一種有效而常用的方法.學生對重力場中重力的概念、重力做功跟始末位置的“高度差”有關的規律有直觀的印象.所以從重力做功概念出發，通過類比建立電場力做功概念，進一步提出電勢能、電勢和電勢差的概念，是一種易于理解而直觀的方法.

1.教學內容

《普通高中課程標準實驗教科書物理(選修3-1)(教科版)》

2.教材分析

本節為普通高中課程標準實驗教科書物理(教科版)選修3-1中第1章靜電場中第4節的教學內容，它是在學生學完電場力的性質之后引入的.它是課程教學中利用物理思維方法較多的一堂課，尤其是用類比的方法達到對新知識的探究，同時對學生就具體的物理知識遷移進行思維訓練.

3.教學目標

(1)靜電力做功的特點，電勢能、電勢和電勢差的概念.

(2)明確電勢能與電場力做功的關系.

4.教學重點和難點

(1)重點：掌握電勢能與電場力做功的關系，并能用此解決相關問題.

(2)難點：理解掌握電勢能、電勢和電勢差的概念，并能對它們進行計算.

二、教學過程

1.復習舊識

(1)功和能的關系;(2)功的計算;(3)重力做功的特點.

2.引入新課

(1)電場力做功的特點.情景設計:讓試探電荷+q在場強為E的勻強電場中沿幾條不同路徑從A點運動到B點，來計算這幾種情況下電場力對電荷所做的功.圖1中，電場力做功W=qE·|AB|；圖2中，電場力做功W=qE·|AC|·cosθ=qE·|AB|；圖3中，電場力做功W=W1+W2+…=qE·|AB|.

拓展:該特點對于非勻強電場中也是成立的(在以后的具體應用再加以證明).

(2)電勢能.類比:移動物體時重力做的功與路徑無關，對應著重力勢能的變化.

Ⅰ．電勢能

由于移動電荷時電場力做功與移動的路徑無關，電荷在靜電場中也具有勢能，這種勢能我們叫做電勢能.電勢能用Ep表示.

Ⅱ．電場力做功與電勢能變化的關系

分析通過知識的類比，讓學生能從中感受到新結論的得出也可以通過已有方法獲取.

歸納(1)通過類比得出，電場力做的功等于電勢能的變化.(2)對不同電荷從A運動到B的過程中，電場力做功與電勢能的變化情況對比.

①正電荷從A運動到B，電場力做功與電勢能變化關系：WAB=EPA-EPB,WAB>0,EPA>EPB,注意：電場力做功與電勢能變化規律和重力做功與重力勢能變化規律一樣.②負電荷從A運動到B，電場力做功與電勢能變化關系：WAB=EPA-EPB,WAB<0,EPA

Ⅲ．求電荷在某點處具有的電勢能

問題討論根據電場力做功與電勢能關系，如何求出圖5中A點的電勢能為多少？

類比分析如何求出圖4中A點的重力勢能呢？進而聯系電勢能的求法.

由圖表得出：EpA=WAB(以B為零電勢能參考點).

三、電勢與電勢差

分析觀察書本中討論交流部分得到的數據，結合圖(5)分析如下：

重力勢能電勢能由A下落到B(設B點為0重力勢能參考點)(參考圖4)因為WGAB=EPA- EPB,所以EPA=WGAB+ EPB= WGAB(=mgh)由A運動到B(設B點為0電勢能參考點)(參考圖5)因為WAB=EPA- EPB,所以EPA=WAB+ EPB= WAB(=qEd)圖中的h和d都是相對參考點而言.

四、對重力和電場力做功相關物理量的類比

1.重力場

(1)重力場中，重力是地球和物體之間存在的吸引力;(2)重力做功等于重力勢能改變；重力做正功，重力勢能減少；重力做負功，重力勢能增加;(3)關系式：W重=EP1-EP2;(4)有重力就有重力勢能Ep=mgh;(5)Ep由物體和地面間的相對位置決定;(6)因為高度具有相對性，所以只有當明確了0重力勢能參考點后，重力勢能才有確定值.

2.靜電場

(1)靜電場中，電場力是電荷之間的作用力;(2)電場力做功等于電勢能改變；電場力做正功，電勢能就減少；電場力做負功，電勢能就增加;(3)表達式：W電=EPA-EPB;(4)有電場力就有相應的能，叫電勢能EP;(5)EP由電荷間的相對位置決定;(6)因為電勢具有相對性，所以只有當明確了0電勢能參考點后，電勢能才有確定值.

【教學反思】教學有法而無定法.情景在變，觀念在變，學生的思維也在變，故此對教師的教學設計，能因學生的變化而變化，是其應該具有的特征.

通過本節課的實踐教學，重在讓學生用類比的觀點去學習物理知識.類比式教學圍繞問題展開，并不是教師提出一個漫無邊際的問題，學生無盡的思考并隨意回答所構成的所謂“開放式”課堂，它需要教師的引導，它需要學生的參與.過程中主要要呈現類比教學的要素，體現探究歸納的過程和方法.