觀察需看透 等效要嚴謹

丁楊泉 朱建武

(江蘇省如東縣馬塘中學，江蘇 南通 226401)

在解析“靜電場”習題中，學生時常會出現膚淺“觀察”得出假解、臆想“等效”產生錯解的現象。教師在教學過程中應引領學生在糾錯中增強科學觀念，習得科學思維，理解科學探究，養成科學態度，激發求真精神，落實立德樹人根本任務。

1 “觀察”務求看透，尋根求真治理“假解”

電場線和等勢線都是描述電場特性的利器，是科學思維的結果。經過觀察、比較電場線或等勢線的分布情況，能夠直接解決靜電場的某些問題。如果只是膚淺“觀察”，沒有經過周密的科學思考，就容易捕風捉影，給出虛假解。因此“觀察”務求看透，教師應帶領學生尋根求真治理“假解”。

例1：兩個帶電荷量分別為Q1、Q2的點電荷周圍的電場線如圖1所示。由圖1可知( )。

圖1

A.兩點電荷帶異種電荷，且Q1>Q2

B.兩點電荷帶異種電荷，且Q1

C.兩點電荷帶同種電荷，且Q1>Q2

D.兩點電荷帶同種電荷，且Q1

常見解析：觀察圖1中電場線分布情況，可判斷這兩個點電荷帶異種電荷；Q1周圍的電場線比Q2周圍的電場線密，說明Q1附近的場強比Q2附近場強大，Q1>Q2，故選項A正確。

學生質疑：全面進行觀察比較，Q1左側的電場線并不比Q2周圍電場線都密，Q1附近任意一點的場強，一定比Q2附近任意一點的場強都大嗎？

圖2

在細致觀察的基礎上，運用嚴密的科學分析、推理，看透現象的本質，從而得出科學嚴謹的結論，體現了良好的科學態度。

例2：a、b兩個異種點電荷電場中的部分等勢線如圖3所示，其電荷量大小分別為qa和qb，已知A點電勢高于B點電勢(取無窮遠處電勢為零)，則下列說法中正確的是( )。

圖3

A.a處為正點電荷，qa

B.a處為負點電荷，qa>qb

C.a、b連線中點的電勢大于零

D. 將一正的試探電荷從A移到B，電場力做負功

常見解析：與等量異種點電荷電場比較，靠近正電荷的點的電勢較高，故a處為正點電荷；該圖中左側的等勢線比較密，無窮遠處電勢為零，與a點之間的電勢差較大，a點所帶電荷量較多。選項C正確。

學生質疑：能明顯看出“左側的等勢線比較密”嗎？如何判定a點與無窮遠處間電勢差一定較大？有可信的根據嗎？

打假求真：學生先獨立思考，再小組討論。

方法二：如果較準確地畫出a、b之間若干電場線，就具有與例1中電場線一樣的分布特征，利用場強矢量關系圖也能正確求解。

觀察務求看透，破解必須求真。學生科學態度的培養，貫穿于打假求真的過程中。

2 “等效”不可臆想，用準模型糾正“錯解”

“等效”思想是常用的科學思維方法，但是，憑空臆想而來的所謂“等效”，不僅不能正確地解決問題，而且不利于學生物理觀念的形成。在一些教學資料中，流行一種錯誤的“等效觀點”，認為“均勻分布的帶電圓環的電場，等效于將其電荷放在圓環圓心處時產生的電場”。

例3：如圖4所示，A、B兩圓環上均勻分布著等量的正電荷，x軸垂直于環面且過兩圓環圓心O1和O2，P為O1O2的中點。下列說法中正確的是( )。

圖4

A.P點的電場強度為零

B.O1點的電場強度為零

C.O1點電勢一定等于O2點電勢

D. 從O1點沿x軸到O2點，電勢一定先降低后升高

把A圓環上電荷看成“無數對等量正電荷”，容易理解它在O1處合場強為零，但說成“其電荷等效放在O1處”，則無法理解“O1處合場強為零”。B圓環上電荷同樣看成“無數對等量正電荷”，并在O1處合場強不為零、方向水平向左。沒有依據“兩個圓環上電荷可等效放在O1和O2”，也能確認選項A對、B錯。因此采用原解析中的“等效觀點”，輕松得出“選項D正確”，這可信嗎？

學生理解在靜電場中有一個重要的模型及其規律：兩個等量的正點電荷，其連線中點處的合場強為零，連線的中垂線上無窮遠處合場強也為零，故在此中垂線上有兩個點的合場強最大。參考文獻[1] 中證明了“場強最大點與兩點電荷的連線，與中垂線之間夾角都為54.736°”，且此角度與點電荷的電荷量、點電荷間距離都無關。而本題中R與l之間存在多種不同的大小關系，分場強E1和E2的“場強最大點”會出現在不同的位置。據此質疑：沿x軸從O1點到O2點之間，最多有幾個合場強為零的點？

經過深入討論和交流，大家一致認為，除P點合場強為零外一定存在一種可能：在O1點與P點之間的連線上有一點A1，該點合場強為零，且O1A1段的合場強方向水平向左、A1P段的合場強方向水平向右；同理，在P點與O2點之間的連線上也有一點A2(與A1點關于P點對稱)，該點合場強也為零，且PA2段的合場強方向水平向左、A2O2段的合場強方向水平向右。在此情況下，從O1點沿x軸到O2點，在O1P段電勢先升高后降低，在PO2段電勢也先升高后降低。因此選項D認為“電勢一定先降低后升高”實屬錯解。

綜上所述，只有通過深度學習和探究，練就一雙慧眼，才能及早甄別教學中出現的假解、錯解，防止以訛傳訛，并通過引領學生打假、糾錯，切實提高學生的核心素養。