《電場(chǎng)強(qiáng)度》教學(xué)中的科學(xué)方法

物理概念是體現(xiàn)物理現(xiàn)象和物理過程本質(zhì)屬性的思維形式，用來表示客觀事物共同的物理屬性和本質(zhì)特征。高中物理概念建立的一般過程是：觀察現(xiàn)象，提出問題，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，分析推理，歸納演繹出物理概念。規(guī)律是指事物在變化發(fā)展過程中本質(zhì)的聯(lián)系和必然的趨勢(shì)。物理規(guī)律是物理現(xiàn)象或過程的本質(zhì)聯(lián)系，在特定條件下必然的發(fā)生、發(fā)展和變化的趨勢(shì)。獲取高中物理規(guī)律的一般過程是：提出問題，觀察實(shí)驗(yàn)，歸納演繹出物理規(guī)律或者根據(jù)已有概念和規(guī)律，提出假說，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證再通過數(shù)學(xué)或邏輯推理得出物理規(guī)律。高中階段得出物理規(guī)律常用的基本方法有實(shí)驗(yàn)歸納法、理想實(shí)驗(yàn)法和邏輯推理法。本文探究在《電場(chǎng)強(qiáng)度》教學(xué)過程中所用到的科學(xué)方法。

一、教材分析和教學(xué)建議

電場(chǎng)強(qiáng)度是本章的核心內(nèi)容，本節(jié)課先介紹了電場(chǎng)是一種客觀存在的物質(zhì)，再?gòu)碾妶?chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用出發(fā)，提出電場(chǎng)強(qiáng)度的概念，接著引入電場(chǎng)線形象描述電場(chǎng)。

本節(jié)課教學(xué)的重點(diǎn)是電場(chǎng)強(qiáng)度，也是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)。電場(chǎng)強(qiáng)度是一個(gè)用比值定義的物理量，要讓學(xué)生了解試探電荷在電場(chǎng)中所受到的力與試探電荷本身的電荷量成正比，力與電荷量的比值反映電場(chǎng)自身的性質(zhì)。本節(jié)課教學(xué)的又一重難點(diǎn)是用電場(chǎng)線清晰地描述電場(chǎng)的情景。

二、本節(jié)課應(yīng)用的主要科學(xué)方法

本節(jié)課應(yīng)用的主要科學(xué)方法是類比方法、實(shí)驗(yàn)探究方法和比值定義法等。本節(jié)課先用類比的方法，比較電場(chǎng)力與萬有引力，提出電場(chǎng)的概念；再通過實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)中電荷受力的特點(diǎn)，從而用比值定義法給出電場(chǎng)強(qiáng)度的定義。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)演示，導(dǎo)入新課。

演示兩個(gè)細(xì)線懸掛的帶電小球互相吸引，有的物體不需要接觸就能相互發(fā)生作用。類比萬有引力，多媒體展示歷史上物理學(xué)家對(duì)萬有引力發(fā)生原因的爭(zhēng)論，并讓學(xué)生閱讀教材和課后的科學(xué)漫步，總結(jié)電荷間的相互作用是如何產(chǎn)生的？與磁場(chǎng)類比，建立電場(chǎng)的概念。

2.新課教學(xué)。

電荷通過電場(chǎng)發(fā)生相互作用，那么電場(chǎng)對(duì)電荷的作用有什么特點(diǎn)呢？重復(fù)上一節(jié)課教材第5頁的演示實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)觀察比較在同一位置，試探電荷的電荷量越大，細(xì)線偏角越大，說明試探電荷受力越大。讓學(xué)生大膽猜測(cè)受力與電荷量的關(guān)系。學(xué)生提出猜想，F(xiàn)與q成正比。教材提出的假設(shè)和學(xué)生的猜想一致，這個(gè)猜想當(dāng)然還需要實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。設(shè)想真空中有一個(gè)點(diǎn)電荷Q，在離點(diǎn)電荷距離為r的某處放置一個(gè)試探電荷q，利用庫侖定律F=kQq/r2求出試探電荷的受力。將試探電荷的電荷量加倍，很容易得出試探電荷的受力為原來的兩倍，但力與電荷量的比值保持不變，這樣證實(shí)我們的猜想：F/q與試探電荷無關(guān)，這個(gè)比值由電場(chǎng)決定，能反映電場(chǎng)自身的性質(zhì)。

現(xiàn)在可以給出電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式：E=F/q。電場(chǎng)強(qiáng)度是一個(gè)用比值定義的物理量。要引導(dǎo)學(xué)生了解F/q的物理意義，結(jié)合之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過一些用比值定義的物理量，如初中時(shí)學(xué)習(xí)的密度和高一學(xué)習(xí)的速度、加速度，總結(jié)用比值定義法定義的物理量的特點(diǎn)：反映物質(zhì)的最本質(zhì)屬性，與定義所用的物理量無關(guān)。

提問：電場(chǎng)強(qiáng)度有方向嗎？學(xué)生通過討論得出結(jié)論：電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，不僅能反映電場(chǎng)強(qiáng)弱，還能反映電場(chǎng)方向。物理學(xué)上規(guī)定：正電荷受力的方向是該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，即電場(chǎng)方向。

3.分析討論。

提出問題：怎樣知道空間中各個(gè)位置場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向？

學(xué)生討論：拿一個(gè)試探電荷，放到空間中的各個(gè)位置，通過記錄所受的電場(chǎng)力判斷各處場(chǎng)強(qiáng)大小和方向。這種方法太麻煩，能否用直觀一點(diǎn)的方法判斷呢？

閱讀教材，感悟法拉第如何用假想的電場(chǎng)線形象地描述電場(chǎng)。知道幾種典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布，能根據(jù)電場(chǎng)線確定空間某點(diǎn)的電場(chǎng)方向，從電場(chǎng)線的疏密判斷電場(chǎng)的強(qiáng)弱。

演示：頭發(fā)屑懸浮在蓖麻油里，在空間施加電場(chǎng)模擬電場(chǎng)線。強(qiáng)調(diào)：這只是模擬電場(chǎng)線的分布，電場(chǎng)線是不存在的，只是為了方便描述電場(chǎng)而假想出來的。

4.鞏固提高。

練習(xí)1：真空中點(diǎn)電荷電荷量為+Q，試探電荷帶電荷量為+q，放在與點(diǎn)電荷相距為r處。

（1）求該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。

（2）若試探電荷的電荷量為-2q，求該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)。

（3）若把該處的試探電荷移走，求該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)。

強(qiáng)調(diào)：空間中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與是否放入試探電荷、放入何種的試探電荷和試探電荷的電荷量多少無關(guān)，電場(chǎng)強(qiáng)度由電場(chǎng)本身決定。

練習(xí)2：空間中有兩個(gè)等量的同種電荷，相距為r。

（1）求出它們連線中點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。

（2）畫出平面內(nèi)距離兩個(gè)場(chǎng)源電荷都為r的點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。

讓學(xué)生在解題過程中體會(huì)用平行四邊形定則處理矢量疊加的問題。

四、教學(xué)設(shè)計(jì)說明

本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是在教學(xué)過程中強(qiáng)調(diào)比值定義法的思維特征，適當(dāng)強(qiáng)調(diào)比值定義法的特點(diǎn)。希望學(xué)生在掌握電場(chǎng)強(qiáng)度概念的過程中，體驗(yàn)并掌握用比值定義法定義新的物理量，從而實(shí)現(xiàn)三維教學(xué)目標(biāo)。

在教學(xué)物理概念和規(guī)律的過程中實(shí)施科學(xué)方法的教育，不能脫離物理概念和規(guī)律單獨(dú)進(jìn)行，應(yīng)該以概念和規(guī)律為載體，把概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)和方法的應(yīng)用靈活地結(jié)合，才能取得良好的效果。高中物理中有一些本身就是物理方法的概念，要利用這些概念進(jìn)行方法教育。例如，質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、理想氣體等概念本身就是理想化方法。物理規(guī)律一般是在實(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上，經(jīng)過歸納總結(jié)、分析推理等思維方法所獲得的結(jié)論，在規(guī)律建立和發(fā)展的過程中顯性或隱性地包含豐富的科學(xué)方法。物理概念和規(guī)律的內(nèi)涵反映的是事物的本質(zhì)屬性和特征，而外延反映的是通常所說的運(yùn)用條件和范圍。學(xué)生在真正理解物理概念和規(guī)律確切含義的基礎(chǔ)上，才能夠鑒別的與物理概念和規(guī)律相關(guān)的、相似的說法。學(xué)生在分析推導(dǎo)的過程中，不僅提高了自學(xué)能力，而且深刻認(rèn)識(shí)到了科學(xué)方法對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的重要作用，激發(fā)了學(xué)習(xí)科學(xué)方法的興趣。