引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比認(rèn)識(shí)重力場(chǎng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)的實(shí)踐

[摘要]電磁場(chǎng)非常抽象和神秘。中學(xué)生只通過(guò)自己的想象、教材的影響和教師的引導(dǎo)去感受電場(chǎng)、磁場(chǎng)的存在，這樣建立起來(lái)的場(chǎng)的概念是脆弱的、模糊的，因此，在學(xué)生學(xué)習(xí)電磁學(xué)后，把電場(chǎng)和磁場(chǎng)與學(xué)生所熟悉的重力場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比，能幫助學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)場(chǎng)，并建立清晰而準(zhǔn)確的場(chǎng)的概念。

[關(guān)鍵詞]物理教學(xué)；電磁場(chǎng)；對(duì)比認(rèn)識(shí)

電磁場(chǎng)非常抽象和神秘。物理學(xué)家可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)去證實(shí)、通過(guò)理論去推導(dǎo)電磁場(chǎng)的質(zhì)量、動(dòng)量、能量的存在。而一個(gè)中學(xué)生只能通過(guò)自己的想象、教材的影響和教師的引導(dǎo)去感受電場(chǎng)、磁場(chǎng)的存在，這樣建立起來(lái)的場(chǎng)的概念是脆弱的、模糊的。不少學(xué)生在學(xué)了磁場(chǎng)后，提及場(chǎng)的概念時(shí)仍然一臉惘然。因此，在學(xué)生學(xué)習(xí)電磁學(xué)后，把電場(chǎng)和磁場(chǎng)與學(xué)生所熟悉的重力場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比，能幫助學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)場(chǎng)并建立清晰而準(zhǔn)確的場(chǎng)的概念。

一、研究方法的對(duì)比

在重力場(chǎng)中放入質(zhì)點(diǎn)，通過(guò)研究質(zhì)點(diǎn)的受力和能量變化來(lái)研究重力場(chǎng)的特性；在電場(chǎng)中放入試探電荷，通過(guò)研究試探電荷的受力和能量變化來(lái)研究電場(chǎng)；在磁場(chǎng)中放入電流元，通過(guò)研究電流元的受力和能量的變化來(lái)研究磁場(chǎng)。由此可見(jiàn)，在高中階段研究場(chǎng)的方法，可在場(chǎng)中放入相關(guān)物體，觀察其受力及能量變化情況，以達(dá)到了解場(chǎng)的目的。

二、場(chǎng)的性質(zhì)的對(duì)比

1.力的性質(zhì)：

重力場(chǎng)對(duì)放入其中的質(zhì)點(diǎn)有重力的作用。

電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有電場(chǎng)力的作用。

磁場(chǎng)對(duì)其中的磁體有磁場(chǎng)力的作用；對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有洛倫茲力作用；對(duì)通電導(dǎo)線有安培力的作用。

比較可知，場(chǎng)對(duì)其中對(duì)應(yīng)物體有不同性質(zhì)的力的作用，這就是場(chǎng)的力的性質(zhì)。

2.能的性質(zhì)：

重力做功使重力勢(shì)能與其他形式的能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。

電場(chǎng)力做功使電勢(shì)能與其他形式的能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。

安培力做功使電能與其他形式的能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。

因此，一個(gè)物體放入對(duì)應(yīng)的場(chǎng)中就有了對(duì)應(yīng)的能量，場(chǎng)力做功會(huì)使這種能量與其他形式的能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。

總之，雖然無(wú)法直觀地看見(jiàn)場(chǎng)的形狀，高中學(xué)生也無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到場(chǎng)的質(zhì)量、動(dòng)量、能量，但通過(guò)比較能夠知道場(chǎng)對(duì)放入其中的某種特殊的物體有場(chǎng)力的作用，在場(chǎng)力的作用下，對(duì)應(yīng)的場(chǎng)能會(huì)與其他形式的能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，讓學(xué)生對(duì)場(chǎng)的概念有一個(gè)較為深入的了解，對(duì)場(chǎng)留下較深刻的印象。

三、場(chǎng)的描述的對(duì)比

1.教學(xué)描述

（1）“力的性質(zhì)”的描述

放入重力場(chǎng)中某點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)所受重力G跟質(zhì)量m的比值，叫做該點(diǎn)的重力加速度，用g表示，則g＝G/m，方向豎起向下。

放入電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷所受電場(chǎng)力F跟電量q的比值，叫做該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，有E表示，則E＝F/q，規(guī)定正電荷的受力方向?yàn)殡妶?chǎng)方向。放入磁場(chǎng)中某點(diǎn)的電流元所受安培力F跟I·△l的比值，叫做該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B表示，則B＝F/I·△I，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與電流方向及其受力方向間的關(guān)系由左手定則確定。

通過(guò)重力加速度、電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度的比較，得到了研究場(chǎng)的強(qiáng)弱的一般方法，即比值法。

（2）“能的性質(zhì)”的描述

同一物體在重力場(chǎng)中的高度不同，其重力勢(shì)能不同，因而用高度或高度或高度差來(lái)描述重力場(chǎng)的能的性質(zhì)；同一電荷在電場(chǎng)中不同位置由于電勢(shì)不同而電勢(shì)能不同，故而用電勢(shì)或電勢(shì)差來(lái)描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)。（磁場(chǎng)能的性質(zhì)描述比較復(fù)雜，高中不作要求，在此不再贅述）。以上比較再加上對(duì)“高”和“勢(shì)”的文字含義的比較，會(huì)使學(xué)生對(duì)電勢(shì)、電勢(shì)差的概念有一個(gè)較為清晰的認(rèn)識(shí)。

2．圖形描述

人們用電場(chǎng)線來(lái)描述電場(chǎng)，用磁感線來(lái)描述磁場(chǎng)，當(dāng)然也可以用重力線來(lái)描述重力場(chǎng)，但由于重力場(chǎng)比較簡(jiǎn)單，使重力磁場(chǎng)失去存在的意義。通過(guò)認(rèn)識(shí)典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線形狀、典型磁場(chǎng)的磁感線形狀，通過(guò)比較電場(chǎng)線與磁感線的區(qū)別和聯(lián)系，必將使學(xué)生形成直觀而又形象的場(chǎng)的圖景，對(duì)場(chǎng)的認(rèn)識(shí)留下明確的印象。

責(zé)任編輯 周正旺