電勢與電勢差的教學探討

摘 要:本文針對高中物理選修《電勢和電勢差》這一節，做難點形成分析，比較粵教版、山東科技版對這一節的設計處理，經由突破難點的思想基礎分析，提出對這節書中多個物理量之間聯系的處理建議。

關鍵詞:電勢和電勢差 電場的描述 概念間的聯系

《電勢與電勢差》這一節內容是高中物理電場一章中重要的概念課，它是理解“場”的概念、認識“場”的描述工具的重要過程，后面又涉及很多物理情景中的分析、理解和應用。只有正確理解電場和各種描述工具，才能在面對用任一種工具所描述的電場中，都能夠建立清晰的物理情景。但這一節教材內容的教學一直是高中物理教學的難點之一。本文僅就難點的形成進行分析，并結合多種教材的處理，進行一些教學思路上的探討。

一、難點形成的原因分析

從教材結構來看，電勢與電勢差這一節教材中包括了電場力做功、電勢差、電勢、電勢能四個全新的物理概念，概念較為抽象，涉及的知識面廣。

電場是力學結束后，電學開始的第一章，無論是高一的力學還是初中學習過的電路知識，都是可以實際看得見摸得著的實物形式，而電場是第一個學習的“場”的形式的物質。這一抽象的物質形式在生活實際中較少被直接地感受到，更別說是“看到、摸到”;而電場的描述工具:電場線、電場強度等，相對與舊知識缺少類比，較少有實際的實驗可以幫助形成概念，學生對這種“物質形式”的接受要有一個過程。而電勢和電勢差這兩個物理概念更是專門用于描述電場的“能的性質”的物理量，在以前學過的物理量中少有相同的可以借鑒的經驗。學生的思想認識水平很難躍上這兩個臺階。

學生更容易接受直觀的、分類清晰的、有嚴格因果關系的思維過程。許多教師在教學中往往把大量精力集中于這四個物理量的引入講解，卻忽視了對這四個物理量的內在聯系的講解，造成學生頭腦中的這些概念是一個個獨立的點，難以形成一個網，而在應用中感到混亂。如何克服這種混亂是教學中的另一個難點。

二、各教材的處理方法

考慮到學生的知識積累和認知接受能力，由于學生剛從力學的學習過程中走過來，必修部分后半內容講的是機械能，所以由電場力做功來引入較為從容。教材多是從電場力做功與重力勢能的相互類比來引入這一節。

粵教版中從電場力做功引入兩條思路，一條是做功聯系到電勢能的改變，同時類比重力勢能的變化;一條是理論分析電場力做功與移動的電荷有關，不能用于反映電場的性質，以比值定義電勢差用于描述電場。然后再順著后一條思路，類比高度和高度差，定義電勢。(如下圖)教材中有電勢能的改變的計算，沒有具體講到電勢能的定義。

山東科技出版社的教材則略有不同，是一條思路講述完成的。從電場力做功開始，類比重力做功、引入參考點，從而先引入電勢能的概念，明確電場力做功引起電勢能的變化。再由電勢能與電荷有關不能用于描述電場而引入電勢的概念。最后由高度和高度差的類比，由電勢引入電勢差的概念。

三、突破難點的思想基礎

本節教材的一個難點是這幾個概念的形成，另一個難點是這幾個概念之間的內在聯系。本文重點探討后一個難點的處理。對于以上兩種教材的處理方法，筆者更傾向于粵教版的方法。因為面對較多的物理量用于描述同一個物理情景時，這些物理量之間呈網狀的形式比呈線狀的形式，更容易接受。如果在這些概念間形成一個“回路”更有利于學生的學習和掌握。

這四個物理量中，電勢能、電場力做功與電荷有關，電勢和電勢差是描述電場的與電荷無關，電場力做功、電勢差是與功有關的物理量，電勢能、電勢是與能有關的物理量。

四、突破教學難點的思路設計

四個物理量之間公式較多，一個清晰的關系圖有助于學生理清思路。下面以一個圖表的形式描述這幾個物理量的關系。

由電場力做功分兩條思路分別經電勢差和電勢能的變化講述到電勢為止。

第一次:由電場力做功與電荷有關引入電勢差，取電場力做功和電荷的比值定義為電勢差，再由電勢差即為電勢之差，引入參考點，引入電勢。

第二次:由電場力做功和功能關系引入電勢能的變化，再由選定參考點引入電勢能，由于電勢能與電荷有關，而引入電勢。

同是從電場力做功出發，經由兩種方向都引入到電勢的概念。這樣網狀的講述，有助于學生形成四者相互關聯的印象，圖中的所有的箭頭都只是這次推導的方向，都可以逆向推導，即:由一個物理量就可以計算到每個物理量(在已知電荷量和參考點的情況下)。且由圖表的幫助，有利于加深印象。該圖中左邊兩項都與電荷有關，右邊兩項都與電荷無關，專門用于描述電場。上邊兩項是與功有關，有過程量;下邊兩項是與能有關，電勢能和電勢都是狀態量。而且每個物理量都和相鄰的兩個物理量有直接的公式計算。

參考文獻:

1.普通高中課程標準實驗教科書.物理選修3-1.廣東教育出版社

2.普通高中課程標準實驗教科書.物理選修3-1.山東科學技術出版社

作者單位:廣東省廣州市番禺區祈福英語實驗學校