引導學生對比認識重力場、電場和磁場的實踐

[摘要]電磁場非常抽象和神秘。中學生只通過自己的想象、教材的影響和教師的引導去感受電場、磁場的存在，這樣建立起來的場的概念是脆弱的、模糊的，因此，在學生學習電磁學后，把電場和磁場與學生所熟悉的重力場進行對比，能幫助學生進一步認識場，并建立清晰而準確的場的概念。

[關鍵詞]物理教學；電磁場；對比認識

電磁場非常抽象和神秘。物理學家可以通過實驗去證實、通過理論去推導電磁場的質量、動量、能量的存在。而一個中學生只能通過自己的想象、教材的影響和教師的引導去感受電場、磁場的存在，這樣建立起來的場的概念是脆弱的、模糊的。不少學生在學了磁場后，提及場的概念時仍然一臉惘然。因此，在學生學習電磁學后，把電場和磁場與學生所熟悉的重力場進行對比，能幫助學生進一步認識場并建立清晰而準確的場的概念。

一、研究方法的對比

在重力場中放入質點，通過研究質點的受力和能量變化來研究重力場的特性；在電場中放入試探電荷，通過研究試探電荷的受力和能量變化來研究電場；在磁場中放入電流元，通過研究電流元的受力和能量的變化來研究磁場。由此可見，在高中階段研究場的方法，可在場中放入相關物體，觀察其受力及能量變化情況，以達到了解場的目的。

二、場的性質的對比

1.力的性質：

重力場對放入其中的質點有重力的作用。

電場對放入其中的電荷有電場力的作用。

磁場對其中的磁體有磁場力的作用；對運動電荷有洛倫茲力作用；對通電導線有安培力的作用。

比較可知，場對其中對應物體有不同性質的力的作用，這就是場的力的性質。

2.能的性質：

重力做功使重力勢能與其他形式的能發生相互轉化。

電場力做功使電勢能與其他形式的能發生相互轉化。

安培力做功使電能與其他形式的能發生相互轉化。

因此，一個物體放入對應的場中就有了對應的能量，場力做功會使這種能量與其他形式的能發生相互轉化。

總之，雖然無法直觀地看見場的形狀，高中學生也無法通過實驗和數學推導得到場的質量、動量、能量，但通過比較能夠知道場對放入其中的某種特殊的物體有場力的作用，在場力的作用下，對應的場能會與其他形式的能發生相互轉化，讓學生對場的概念有一個較為深入的了解，對場留下較深刻的印象。

三、場的描述的對比

1.教學描述

（1）“力的性質”的描述

放入重力場中某點的質點所受重力G跟質量m的比值，叫做該點的重力加速度，用g表示，則g＝G/m，方向豎起向下。

放入電場中某點的電荷所受電場力F跟電量q的比值，叫做該點的電場強度，有E表示，則E＝F/q，規定正電荷的受力方向為電場方向。放入磁場中某點的電流元所受安培力F跟I·△l的比值，叫做該點的磁感應強度，用B表示，則B＝F/I·△I，磁感應強度方向與電流方向及其受力方向間的關系由左手定則確定。

通過重力加速度、電場強度、磁感應強度的比較，得到了研究場的強弱的一般方法，即比值法。

（2）“能的性質”的描述

同一物體在重力場中的高度不同，其重力勢能不同，因而用高度或高度或高度差來描述重力場的能的性質；同一電荷在電場中不同位置由于電勢不同而電勢能不同，故而用電勢或電勢差來描述電場的能的性質。（磁場能的性質描述比較復雜，高中不作要求，在此不再贅述）。以上比較再加上對“高”和“勢”的文字含義的比較，會使學生對電勢、電勢差的概念有一個較為清晰的認識。

2．圖形描述

人們用電場線來描述電場，用磁感線來描述磁場，當然也可以用重力線來描述重力場，但由于重力場比較簡單，使重力磁場失去存在的意義。通過認識典型電場的電場線形狀、典型磁場的磁感線形狀，通過比較電場線與磁感線的區別和聯系，必將使學生形成直觀而又形象的場的圖景，對場的認識留下明確的印象。

責任編輯 周正旺