中学物理静电场复习教学的基本策略

1、中学物理理静电场场复习教教学的基基本策略略作者：李李志豪文章来来源：职职业圈点击数数： 222477更新新时间：20008-44-177中学物理理静电场场复习教教学的基基本策略略 作者： 李志豪豪 静电场知知识是高高中物理理的重点点内容, 同时时又因涉涉及的概概念繁多多且抽象象而成为为学生学学习的难难点。如如何根据据静电场场知识的的结构特特点组织织好教学学内容, 使复复习教学学更富有有实效, 是物物理教师师共同思思考的问问题。笔笔者认为为可从以以下几个个层次展展开复习习: 一、 从从基本概概念着眼眼, 构构建知识识结构 电场力 F、电电场力做做功 WW、电势势能 EEp 是是电场的的基本性性质

2、, 电场强强度 EE、电势势差 UU、电势势 是是描写电电场性质质的相应应物理量量。弄清清这些基基本概念念, 是是分析研研究电场场问题的的重要基基础。在在复习教教学中, 不仅仅要使学学生理解解概念本本身的物物理内涵涵, 还还应理清清概念间间的相互互关系, 并在在学生头头脑中形形成一定定的知识识结构。为此, 可引引导学生生根据概概念间的的内在联联系, 构建一一个有序序的知识识网络: 从这个知知识结构构网络, 我们们不仅可可以做到到提纲挈挈领, 更有效效地帮助助学生澄澄清基本本概念、掌握有有关电场场的基础础知识, 并且且也为学学生提供供了清晰晰的解题题思路。如: 例 1: 如图图 1 所示, 电容

3、容量为 C 的的平行板板电容器器的两极极板 MM、N 带有等等量异种种电荷, 其中中的 NN 板接接地。已已知一电电子( 电荷量量为- e) 从远处处运动到到两板间间中点 P 的的过程中中, 电电势能 增加 了 EE, 则则由此可可推知 M极板板的带电电情况为为:( ) A. 带带正电, 电荷荷量为 2CEE/e B.带负负电, 电荷量量为 22CE/e C.带正正电, 电荷量量为 CCE/22e D.带负负电, 电荷量量为 CCE/22e 分析: 已知电电容器电电容量求求极板带带电情况况, 其其关键是是求两极极板间的的电势差差 U MN 。对照照上面的的结构图图示, 由题给给条件求求 U M

4、N , 可以以有两条条求解途途径: 其一是是由电子子到达 P 点点时的电电势能 E PP =E P 点的的电势 P = E P /-ee U PPN = P N = P = E /-ee U M N =22U PN = 2 E /-ee M 极板板的带电电量 QQ M = -2CCE/ee ; 其二是由由 E P =E W PNN =E P E N = EE P =E U PPN = WW PN /-ee = E /-ee U MNN =22U PN = M极板的的带电量量 Q M = -2CCE/ee 。 二、 从从基本原原理出发发, 透透析电场场规律 库仑定律律是静电电场的基基本定律律,

5、由由库仑定定律出发发建立点点电荷电电场模型型, 进进而根据据电场的的叠加原原理分析析讨论各各种常见见电场的的空间分分布规律律, 并并用来解解决各种种电场的的具体问问题, 是电场场复习的的重要内内容。其其复习的的基本思思路可表表示为: 具体可从从以下几几个方面面引导学学生进行行分析讨讨论: ( 1) 透析析典型电电场的分分布规律律。例如如等量异异种电荷荷和等量量同种电电荷的电电场,是是两种最最基本的的点电荷荷组电场场。在教教学中, 由点点电荷的的场强和和电势分分布规律律 E= kQ/r 2 、 = kQ/r , 借助助于电场场的叠加加原理, 对上上述电场场的场强强和电势势的空间间分布情情况( 如

6、等量量异种电电荷的电电场中,中心点点场强不不为零而而电势却却为零, 越靠靠近点电电荷的等等势面越越接近球球形, 中垂面面上场强强如何分分布, 等等) 进行行分析, 有助助于学生生理解其其电场线线和等势势面的特特征, 为准确确恰当地地利用电电场线和和等势面面分析具具体问题题提供了了重要的的保证, 从而而使学生生更深刻刻地把握握电场规规律, 提高对对电场认认识的深深度。 ( 2) 讨论论多电荷荷电场的的相关问问题。例例如: 例 22 如图图 2 所示, 边长长为 LL 的正正三角形形的三个个顶点 A、BB、C 上依次次放置电电荷量为为+q、+q 和- q 的的点电荷荷, 形形成一个个电场, 求:

7、1)正三角角形的中中心 OO 点电电场强度度; 22) 如如果在这这个电场场中放入入一个带带正电的的试探电电荷,把把这个试试探电荷荷从 OO 点移移出电场场, 电电场力对对这个试试探电荷荷是做正正功还是是负功? 解析: 1) O 处处有三个个点电荷荷所产生生的电场场叠加, 其中中 A、B、CC三个点点电荷在在 O 处的场场强大小小 EAA=EBB=ECC=3kkq/LL2, 根据场场强的矢矢量叠加加原理和和三个场场强的方方向可得得 O 点实际际的电场场强度大大小为EE=6kkq/LL2, 方向沿沿由 OO 指向向 C 的方向向; 22) 把把试探电电荷从 O 点点移出电电场, 电场力力对试探探

8、电荷做做的功是是正还是是负, 取决于于 O 点电势势比零电电势高还还是低。根据电电势的标标量叠加加原理, B、C 两两个点电电荷形成成的电场场在 OO 点电电势叠加加结果为为零, 加上 A 处处的正点点电荷在在 O点点电场的的电势为为正, 则 OO 点电电势为正正, 比比零电势势高, 所以带带正电的的试探电电荷从 O 处处移出电电场的过过程, 电场力力做正功功。 ( 3) 剖析析电场中中的导体体问题。对于涉涉及电场场中的导导体问题题,学生生常会机机械地根根据记住住的某些些结论作作出错误误的判断断。为畅畅通思路路, 消消除思维维障碍, 应该该从电场场的叠加加原理出出发, 对相应应物理过过程的本本

9、质进行行剖析, 使学学生在头头脑中形形成一幅幅清晰而而准确的的物理图图象。例例如: 例 33 如图图 3 所示, 不带带电的绝绝缘导体体 A 移近带带正电的的导体 B后, 将 A 的的 M端端接地, 则导导体 AA 两端端的带电电情况如如何? 解析: 导体 A 移移近 BB 时, 因静静电感应应使 AA 的 M 端端出现负负电荷、N 端端出现等等量的正正电荷, 最后后当 BB 在 A 内内的场强强 E11 与 A 两两端的感感应电荷荷在 AA 内的的场强 E2 叠加, 使各各处的场场强为零零时, 达到静静电平衡衡而成为为一等势势体。此此时将 A 的的 M端端接地, 则电电子将从从低电势势的大地

10、地沿接地地导线移移向高电电势的 M端, 而使使 M端端的负电电荷增多多、电势势降低, 同时时导致感感应电荷荷在 AA 内产产生的场场强 EE2大于于 E11, 使使 A 内的合合场强向向左, A 内内电子受受电场力力移向 N 端端与正电电荷中和和, 从从而使 N 端端的电势势也随之之降低, 直到到 A 整体的的电势降降为与大大地相等等时, 大地中中的电子子不再移移向 AA, AA 内电电子也不不再向 N 端端移动而而达到新新的平衡衡。最后后 M端端将带上上比接地地前更多多的负电电荷, 而 NN 端则则不带电电。 三、 从从基本方方法入手手, 提提升应用用能力 静电场知知识富含含科学研研究方法法

11、和思维维方法的的内容, 复习习教学中中应着力力挖掘方方法教育育的因素素, 对对学生进进行基本本方法的的训练,促使学学生应用用能力的的提升。例如: ( 1) 化抽抽象思维维为形象象思维。电场线线和等势势面是人人们为描描述电场场所采用用的形象象手段, 要引引导学生生充分利利用这个个工具, 把原原本隐晦晦抽象的的电场形形象地凸凸现出来来, 形形成清晰晰的物理理情景。例如:可以看看出, 在一条条电场线线上, 依附着着丰富的的信息, 用它它能直观观地反映映出移动动电荷做做功的情情况, 电势、电电势能 Ep 变化的的趋势,等等。 ( 2) 用反反证法分分析电场场问题。在判断断有关电电场特点点的命题题正确与

12、与否时, 常可可采用反反证法。例如, 要证证明电荷荷在电场场中受电电场力作作用的运运动轨迹迹是否与与弯曲的的电场线线重合时时, 我我们先假假设两者者重合, 那么么就会得得出电荷荷受电场场力与速速度在同同一直线线上而做做直线运运动的矛矛盾结论论, 由由此推出出正确的的结论; 同理理, 要要证明在在等势面面上移动动电荷电电场力不不做功、证明静静电平衡衡时导体体是等势势体、两两条电场场线不能能相交, 等等等都要用用到反证证法, 反证法法是研究究电场问问题的一一种重要要方法。 ( 3) 用能量量观点分分析电荷荷运动问问题。运运用能量量观点进进行分析析, 不不仅是物物理科学学研究的的重要方方法, 更是分

13、分析解决决物理问问题的重重要武器器。有意意识地引引导学生生从能量量角度分分析电场场问题, 不仅仅能简化化解题过过程, 更重要要的是能能使学生生从更高高的层次次来把握握物理规规律, 开阔思思路,使使他们分分析问题题和解决决问题的的能力切切实得到到提高。 例 4: 图 4 中中虚线所所示为静静电场中中的等势势面 11、2、3、44, 相相邻的等等势面之之间的电电势差相相等, 其中等等势面 3 的的电势为为 0。一带正正电的点点电荷在在静电力力的作用用下运动动, 经经过 aa、b 点时的的动能分分别为 26eev 和和 5eev。当当这一点点电荷运运动到某某一位置置, 其其电势能能变为8evv 时,

14、 它的的动能应应为 ev。 解析: 电荷运运动过程程中只有有电场力力做功, 其电电势能与与动能的的总量 E 总总守恒, 即电电荷在场场中任一一位置 E 总总均相等等。考虑虑到电荷荷在相邻邻的等势势面间运运动时电电场力做做功相等等, 相相应的动动能改变变量也相相等, 可推得得电荷过过 3 等势面面时的动动能为 12eev, 而此时时的电势势能为 0, 故 EE 总=12eev。所所以, 当电势势能 = - 8eev 时时, 它它的动能能应为EE k =E 总 =20eev。 ( 4) 运用用分解法法研究电电荷运动动问题。分析与与综合是是科学思思维的基基本方法法, 对对于电场场中电荷荷做匀变变速曲

15、线线运动的的问题, 其基基本的分分析方法法是运动动分解与与合成法法。复习习教学中中, 应应引导学学生根据据问题的的具体情情况灵活活选取不不同的分分解方法法, 以以提高学学生的灵灵活应用用能力。 例 5: 如图图 5 所示, 斜向向右上方方的匀强强电场 E=331003V/m, 与水平平方向成成 =30角, 一个质质量为 m=33100-111kg 的带电电量大小小为 qq=100-8CC 的粒粒子, 以速度度 v=1033m/ss 从 A 点点垂直电电场斜向向左上方方射入电电场,经经过一段段时间正正好从 B 点点射出电电场, B 点点与 AA 点在在同一水水平面内内, 求求: 11) 粒粒子经过过 B 点时的的速度大大小; 2) 粒子在在运动过过程中离离开 AAB 面面的最大大高度。 分析: 题中带带电粒子子受恒定定电场力力做匀变变速曲线线运动。对第11) 问问宜将粒粒子的运运动分解解为沿初初速方向向和电场场力方向向的两个个分运动动, 而而第 22) 问问则将运运动沿水水平和竖竖直方向向分解更更为简捷捷。 ( 5) 变与与不变的的“辩证证法”。例如, 在研研究平行行板电容容器的有有关物理理量变化化问题时