类比法在“静电场”教学中的应用

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1、类比法在“静电场”教学中的应用摘　要：电场一章是高中物理教学中的难点，主要原因是本章概念多而且抽象。如何突破这一难点，让学生加深对本章物理概念的理解和把握，本文通过引力场与静电场的类比，帮助学生轻轻松松学习本章内容。  关键词：类比　电场　重力场　电势能　重力势能   一、电场与重力场的类比  力和能是物理学研究电场的两条主线。场是物质存在的另一种形式，由于无法被直接感知，致使初学者对其惧怕不已，故将电场与熟知的重力场进行类比，可以帮助学生加深对其的理解，达到教学目的。  1.场的存在形式。“电场”概念的建立是极为重要的，但由于此概念比较抽象，学生往往难以理解。可以用力学中所学的重力场与之类

2、比：地球周围存在着重力场，地球上所有物体都处于重力场中，都受到了地球的作用----重力。同样，电荷的周围存在着电场，电场对处于其中的电荷有电场力的作用，因此，场的存在形式相同：引力场和电场都是物质存在的一种特殊形式，虽然都看不着，摸不到，但都实实在在地存在，是物质场。   2.力的性质。表达形式万有引力F=Gm1m2／r2，库仑力F=kq1q2／r2都满足平方反比关系，适用条件为质点或点电荷，因此点电荷即为电荷中的质点，为一理想模型，处理问题时要忽略它的大小、形状和电荷分布。研究电场的强弱，可在场中放入试探电荷用以探测，得E=F／q；同样的，也可在重力场中放入试探物体，用其所受重力与质量的比

3、值g=G／m来表示该点的重力场强弱。可见，E与g的地位相当，不由试探体的电量或质量决定，此应为比值定义式。那么场强由什么决定呢？仍可类比于重力场，在地球表面忽略自转情况下mg=F引=GMm／ｒ2，即g=Gm／r2，也就是说，离地球越远，重力加速度越小，“重力场线”也越稀疏E=F库／ｑ＝kQ／r2，而与该点是否放有m无关；对于点电荷产生的电场，可知，点电荷的电场亦是由其本身所带电量及远近决定，电量Q与质量M等价，关系式中的q即为试探电荷。  3.能的性质。在学习电势能概念时学生更感觉陌生和抽象，教学时可先复习重力做功的知识。根据重力做功的特点：重力做功与路径无关，只与重力和初、末位置的高度差有

4、关，即W＝mgh；而且重力做多少功，重力势能就改变多少。电场力做功与重力做功的特点相似，也与路径无关，只与电荷量和初、末位置的电势差有关，即W＝qU。由于电场力做功与重力做功规律的相似性，适时引导学生可以相类比：重力做功改变的是物体在重力场中的重力势能，电场力做功改变的是电荷在电场中的电势能，引入电势能的概念及电场力做功与电势能改变改变量的关系这一物理规律。    同样在学习电势、电势差、等势面等这些抽象概念时，适时地类比重力场中的高度、高度差、等高面。  类比关系可以用表格1的形式呈现：  重力场静电场  功mg(h1-h2)=-ΔEPqU=-ΔEP  势能EP=mghEP=qφ  势gh

5、(等高线)（等势面）  势差g(h1-h2)U=φ1-φ2   借助类比的方法，将抽象、陌生的对象与熟悉的对象相比较，寻找不同事物变化中所具有的共性，给这些陌生的、抽象的、不易理解的事物（概念、规律）赋予直接的、形象的、通俗易懂的形象，有利于启发学生思路，化难为易，使学生顺利而全面地认识物理现象和物理规律，达到知识的正迁移，形成物理概念和掌握物理知识。  二、电场能的性质与力性质间的类比  单从与重力场的类比中学习电场，在诸多关系式间跳来跳去，仍会给学生以无头绪、乱的感觉且缺乏说服力，因此，笔者认为，更应将电场能的性质与力的性质相互类比，理清所有概念间的关系。  电场看不见，摸不着，极其抽象

6、，故研究此类物质最好的办法是在场中放入试探电荷，用这个探测工具去感知它的存在，所以试探电荷的运用显得尤为重要。  如在引入描述能的性质的概念电势时，类比于场强E的得出，可在场中放入试探电荷，力的性质为F与q的比值，引导学生猜想能的性质实为Ep与q的比值，之后一步步去证明这个想法；用电场线可形象描述力的性质，那么同样的也应有这么一个物理量来描述能的性质即等势面。场强的方向人为规定为正电荷的受力方向，电势的升降也与正电荷电势能的变化规律相同，负电荷刚好相反。具体比较如下：力的性质E=F／ｑq为试探电荷，E由电场本身决定，比值定义，矢量可用电场线形象描述 能的性质φ＝Ｅp／qU＝W／ｑq为试探电荷

7、，φ和U由电场本身决定，比值定义，标量但有正负可用等势面形象描述   类比法在本章的教学中有着无可替代的作用，用类比法引入新课及总结可更好的启发学生的思维，利用新旧知识的迁移加深学生对电场的理解，起到举一反三的效果。但在此过程中教师更应使学生清楚电场与重力场间的差异与区别。如质量只有一种，表现为引力，但电荷却有正负，同种电荷会相互排斥，故在规定电场的方向与电势的高低时都只能以一种电荷（正）的动力学特征为准则，