电势能课堂教学实录

江苏南京市第一中学 王越 选自《物理教学》2008年第2期

备课，首先要通读全文，并对第一节在全章申的地位与作用有所了解，形成一个全章教学的提导思想，在这个思想的指导下具体思考每一节的教学。

具体备一节课，不一定照着课本的顺序设计、照本宣科的讲完相关内容，然后做题，而不做任何教师自己的思考。一个没有创新意识的教师，上着毫无新意的课，怎能指望培养出具有创新能力的学生？教师要依照自己的理解，针对学生状况，将内容重新整合拿出一个符合自己指导思想的授课方案来。

静电场这一章是从力学到电学的转折，对学生来说有一定的跨度，主要有两大难点，第一、如何在完全没有感性认识的情况下，建立起一系列全新而陌生的概念；第二、如何将力学的知识与思维方法迁移到电场环境下的物体运动。为解决第一个问题，我思考利用类比的方法，将静电场与学生熟悉的重力场进行类比，以期获得间接的感性认识；对第二个问题，要着重提高学生的建模能力，使学生认识到，受力分析、牛顿运动定律、能量不仅仅是知识，更是研究物体运动的工具和思维方法，不论身处何种环境，解决问题的关键在于建立物体的运动模型、能量转换模型。

电势能是一个很抽象的概念，直接讲授会比较枯燥，结合对静电场全章教学的总体思考，最后确定这节课主要目标是通过电势能概念的建立过程使学生进一步接触类比法（在此前电场、电场的试探方法、电场强度的学习中就要使学生开始接触类比法），并以简单应用。

知识与方法并不是物理教育的全部内容，如何使学生在物理学习中获得精神层面的熏陶对大部分学生来说才是最重要的。就电势能这一节而言，可以从美育入手，给合类比过程和电势能知识引导学生领略物理之美。

教学目标

1．知道什么是类比法，领悟科学方法在科学研究中的作用与意义。

2．在对静电场知识的研究过程中获得类比的体验。

3．能初步运用类比法解决一些基本问题。

4．了解静电力做功的特点，知道电势能的概念，知道静电力做功与电势能变化的关系。

教学仪器

小球（任意材料），铁架台（带绝缘支架），塑料线，小泡沫塑料块，摩擦用丝绸，有机玻璃棒。

教学过程

师：大家听说过牛黄吗？知道牛黄是什么吗？

生：（议论）……是一种中药……是牛的一种结石……

师：看来同学们知识面很广，牛黄这种中药材是非常稀缺的，一直到了上世纪50年代，科技人员运用一种科学方法很简单地使牛黄的产量极大地增加了。这种神奇的方法叫做类比法。

类比法就是将性质、特点在某些方面相同或相近的不同事物加以比较，从而引发猜想的方法。具体的说，如果甲事物具有属性a、b、c，而乙事物具有属性A、B，那么，我们很自然地会想，乙是不是具有属性C呢？

这种思维方法我们在生活中经常用到。大家知道珍珠是从哪里来的吗？是因为蚌肉中有杂质，河蚌分泌粘液将杂质包裹起来，分泌物固化后就形成了珍珠。

类比法促进猜想，但这种猜想是否正确，还需要验证，技术员们于是开始试验，结果发现，在牛胆中掺杂后形成的牛黄与自然形成的牛黄成分完全一样。

师：我们已经知道静电场是一种看不见摸不着但却实际存在的物质，那么如何感知静电场的存在呢？

生：用试探电荷，如果试探电荷受电场力的作用，就说明这个地方存在电场。

师：很好，那如何比较两个地方电场的强弱呢？

生：用试探电荷所受的电场力除以它的电量，比值就是电场强度。

师：大家学得很扎实，提到电场，我突然想到了另一个场，你们猜猜我想到了什么场？

生：磁场。

师：看来大家想的是磁场，但是要注意，类比法的联想不是天马行空地胡思乱想，它必须依赖于事物的相似性。引起我联想的是库仑定律好象似曾相识，它很像…

生：万有引力定律！

师：对！所以我想到的是地球周围的重力场。那么，如何感知这个看不见摸不着但却实际存在的重力场呢？

生：（议论）找个物体放手，往下掉，就说明受到重力，就说明这儿有重力场。

师：这个方法在感知静电场时用过，在感知场的方法上它们倒是一样的。那么如何比较不同地点重力场的强弱呢？

生：（议论）比一下，看单位质量受到的重力的大小。

师：那么反映重力场强弱的物理量就是……

生：g！

师：看来这两个场还是有不少相似之处呢！会不会有其它更多韵相似处呢？干脆我们将重力场的各种性质一一罗列出来，一条一条的研究，看静电场是否也如此，如果是，那就说明类比法确实是有效的！那么，重力场还有什么性质呢？大家请看屏幕（图1），质量为m的小球由A处分别沿1、2两条路径移动到B处，这两次重力对小球做的功各是多少？

生：都是mgh。

师：为什么呢？

生：因为力相同，力的方向上的位移相同。

师：很好，这也是我们学习过的重力的性质之一，重力做功与路经无关。根据类比思想，我们应该有意识地去想，静电力做功是否也与路径无关呢？我们需要对我们的猜想做出证盟。来看这样一个过程，看屏幕，小球在匀强电场中沿1、2、3三条路径由A处移动到B处，这三次静电力对小球做功各是多少？

生：（议论）都是qEh，因为静电力均为qE，力的方向上的位移均为h。

师：这是匀强电场中的情况，对于非匀强电场中的情况，我们现在的数学水平还不够，但可以证明，非匀强电场中的情况也一样，也就是说，与我们猜想的一样，静电力做功确实与路经无关，这是静电场与。重力场又一相似之处！

师：我们来看一个常见的现象（小球自由下落），我们看到，小球的动能增大了，不计空气阻力的话，你能告诉我为什么小球的动能增大了？

生：因为重力对小球做功了。

师：我们知道，能量是守恒的，动能多了，必然有一种能量少了，谁少了？

生；重力势能。

师：那就是说，是重力势能转化成了小球的动能，势能是怎样转化为动能的呢？或者说，是靠谁完成了这次能量转化呢？

生：是重力做功。

师：我来总结一下，在重力场中，通过重力做功使重力势能转化为动能。

静电场中是否如此呢？我们再看一个现象（泡沫小球悬于铁架台，用经丝绸摩擦后的玻璃棒靠近小球，先吸引后弹开），我们看到，小球的动能增大了，什么原因？

生：是静电力做功，使小球动能增大。

师：没错，在静电场中，通过静电力做功小球的话能增大。比较一下，这中间应该缺一项吧，这应该是一种什么能量呢？

生：势能！

师：我也是这么想的！这样才够完美！我一直坚信，自然界是完美的，我认为。所谓科学，就是人们在追求心中那一份完美的过程中所不断获得的东西。我们隆重推出新的概念——电势能。

下一个问题，重力场中的重力势能与什么有关？或者说，重力势能表达式是什么？

生：mgh。

师：mg就是场力，那么h是什么？

生：高度。

师：高度吗？我把这个粉笔盒放在桌面上，它的高度是多少？你能说出准确的数值吗？

生：是相对零势能面的高度。

师：那就是说，重力势能取决于重力场力和物体在重力场中的相对位置。那么，电势能与什么有关呢？

生：（议论）师：根据两个场的相似之处，你能不能参照重力势能的相关说法呢？

生：电势能取决于静电场力和物体在静电场中的相对位置。

师：很好，当然这是我们希望的，学到后面我们将可以轻易地证明这一点。重力场的零势能面的设定是任意的，静电扬也是如此，但人们一般设定无穷远和大地为零势能面，为什么这样呢？同样处于对美的追求——简约之美——只有这样，相关物理方程的形式才是最简单的。物理学并不像某些同学想的那样是枯燥的，物理学是美的。世界上并不缺少美，缺少的是…

生：…发现美的眼睛！

师：希望我们每一位同学都有这样一双发现科学之美的眼睛。请看屏幕（图2），小球从A下降到B的过程中，重力做了多少功？

生：mgh_A－mgh_B

师：也就是说，重力做的功等于重力势能的减少量，重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加。

那么，相应的，静电场中的情形又是怎样呢？

生：电场力做的功等于电势能的减少量，电场力做正功，电势能减少，电场力做负功，电势能增加！

师：很好，据此，如果我们将一个点由A位置移动到无穷远，我们就很容易得到这样的关系，W_E＝E_pA－0，即电荷在某点的电势能等于静电力把它从该点移至零势能位置所做的功。

我们来看一个例题，电场强度为E的匀强电场中，带电量为q的正电荷从A点移至B点，A、B相距L，此过程中，电势能如何变化？变化量是多少？

生：电势能增加。

师：为什么？

生：因为电场力做负功。增加量为qELcosα。

师：至此，我们已经通过类比法把静电场的很多性质都弄清楚了，同时，对如何运用类比法，我们也有了初步体验，下面我们学以致用，请大家运用类比法解决下面这个问题，请看屏幕（图3）。

光滑水平桌面上有许多塑料球，在水平方向有垂直于栅栏P，速度恒定的风吹来；己知风对球的作用力与球的最大截面面积成正比，即F＝kS（k为一常量）。

（1）对塑料球来说，空间存在一个“风力场”，如何感知这个“风力场”的存在？

生：把小球放封风力场中，小球受到风力的作用就说明存在风力场。

师：感知重力场的物体必须具有质量，感知静电场的物体，必须具有电量，那么感知风力场的物体必须具有什么特征呢？

生：必须具有面积，迎风方向的。

师：很好，我们给这些试探物在不同场中必须具有的特征物理量起个名字，就叫特征量吧。

（2）请写出“风力场强度”的表达式？

生：F/S，就是K。

师：显然，你参照了重力场强度和电场强度的定义，那么你能不能从这三个场强公式当中归纳出一个类似场共同遵循的场强公式？

生：（议论）。师：观察一下，有什么共同点？……都是比值定义法……谁比谁呢？生：场强等于场力比特征量。

师：非常好！

（3）若引入“风力势能”的概念，若以栅栏P为零“风力势能”参考平面，参考重力势能的表达式写出“风力势能”E_p的表达式。

生：（议论）

师：可以参照重力势能表达式，重力势能与什么有关？风势能呢？

生：E_p＝KSL，L是小球到栅栏的距离。

师：了不起！看来大家对类比法有了一定的认识了。下面我们再来回顾类比法。

今天，我们通过重力场与静电场相似性的研究学习了类比法。类比研究法是通过对事物的比较，发现相似点；再因相似而引发猜想或联想，最后对猜想做出验证的科学研究方法。掌握科学方法是获得科学成果的前提，爱因斯坦曾经说过，想象力比知识更重要，而科学方法则赋予人们巨大的想象力。事实上类比法的成果不仅于此，人类的很多发明创造都与类比法有关。

在高中阶段我们还将接触到许多科学方法，观察法、实验法、类比法、归纳法、演绎法、转换法、模型法、放大法、积累法、控制变量法、等效替代法……

这使得在学习过程中，不可避免地要遇到这样一个问题，知识与获得知识的方法，谁更重要？大家不必急着回答这个问题，这是一个需要思考的问题，答案也不是唯一的。

我相信，二十年以后，在座的大部分同学都会将今天我们学到的静电场知识忘得一干二净，但我希望，二十年后，今天这堂课还能给你留下点什么。

教学反思

新课程关注学生的自主学习，因此，一个教师在备课时不能紧紧关注我该做什么？怎么做？而首先应该关注我不应该做什么？学生有能力达到或经过合作能够达到的，如果被老师包办，即便教师演绎的多么生动，多么巧妙，那也是课程资源的极大浪费，虽然这样做对于缩短教学进程有利，但不利于学生的长远发展。

由于是赛课，又是在外地借班上课，必须在一节课内完成教学内容，因此，有很多过程被我包办了。作为一所省重点中学的学生，完全有能力独立或合作开展一定程度的课外研究。如果不受课时限制，则可以尝试在上一节课最后简单介绍类比法，布置学生搜索类比法的相关知识，并要求学生运用类比法自学电势能，然后将这一节课上成一节研究成果汇报课，课上，教师结合学生的研究过程给与适当的点评。这样设计对教师把握、引导能力是一个很大的挑战，但我认为，这可能是未来物理探究课的一种重要形式，很值得探索与研究。

课后，同行与会的老师问上课的学生：“这节课上了什么？”一个学生回答：“类比法。”另一个学生回答：“类比法和电势能。”上课时我板书的标题是“电势能”，能得到学生这样的回答，觉得自己的努力得到了回报，学生能够打破知识本位，开始逐渐重视科学方法，这是我在遗憾之余，倍感欣慰的地方。

发布时间：2010/1/27 下午4:10:34  阅读次数：10288