電勢能與電勢的教學(xué)

安徽省定遠(yuǎn)縣定遠(yuǎn)中學(xué) 吳 坦

一、關(guān)于“靜電力做功的特點(diǎn)”的教學(xué)

通過教學(xué)最主要的是要使學(xué)生了解電場力做功的特征：在勻強(qiáng)電場中移動電荷時，靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，跟電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。這是建立電勢概念的根據(jù)，重點(diǎn)是和學(xué)生講清：對于非勻強(qiáng)電場，該結(jié)論同樣適用。由于電荷有正負(fù)，當(dāng)正負(fù)電荷在電場中移動時，對于電場力做功的正負(fù)問題，要使學(xué)生搞清楚，因?yàn)檫@個問題與電勢能和電勢有密切關(guān)系。

二、關(guān)于電勢能的教學(xué)

由于靜電場和重力場都是有勢場，它們在很多方面性質(zhì)相同，同時，學(xué)生對于在重力場中移動物體做功和重力勢能都比較熟悉，因此，在教學(xué)中可以將兩種場進(jìn)行類比，以幫助學(xué)生理解電勢能的概念。在類比之前，最好先復(fù)習(xí)一下物體在重力場作用下移動做功和勢能變化情況。然后，再用它來和靜電場進(jìn)行類比，最后過度到研究電荷的電勢能。

要使學(xué)生明確：電荷q的電勢能是由電荷與建立電場的電荷Q所共有的，通常說“電荷的電勢能”總是指電荷q與電場的相互作用所共同具有的電勢能。此外，電荷q在電場中某一點(diǎn)的電勢能還與該電荷的電量、位置和種類（即正負(fù)）這三個因素有關(guān)。

在教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生對正、負(fù)電荷在電場中移動時電場力做正功還是負(fù)功的問題進(jìn)行分析，并使他們從功與能量關(guān)系上來理解電勢能的增減。例如，+q受電場力作用沿著電場方向移動，電場力做正功，電荷的電勢能減少；+q逆著電場方向移動，電場力做負(fù)功，電荷的電勢能增加。-q受電場力作用沿著電場方向移動，電場力做負(fù)功，電荷的電勢能增加；-q逆著電場方向移動，電場力做正功，電荷的電勢能減少。然后說明，電勢能的變化正是以電場做功來量度的，電場力做多少功，電勢能就增減多少，可與重力場做功進(jìn)行對比，使學(xué)生容易接受。

三、關(guān)于電勢的教學(xué)

當(dāng)學(xué)生對電荷的電勢能有力較明確的認(rèn)識后，就可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生作如下的討論：

如有正電荷q在電場中的某點(diǎn)，它具有的電勢能為Ep；當(dāng)電荷的電量增加為2q時，其電勢能就變?yōu)?Ep，當(dāng)電荷的電量增加為3q時，其電勢能就變?yōu)?Ep……，但是，對電場中某點(diǎn)來說，比值，……與電荷無關(guān)，而是僅與電場的性質(zhì)有關(guān)的不變量。在電場中的不同點(diǎn)，這個比值不同，因此這個比值可以用來描述電場能的性質(zhì)，我們把比值定義為電場中某點(diǎn)的電勢，即，如同場強(qiáng)E一樣，也反映著電場的性質(zhì)。

學(xué)生往往會認(rèn)為：電勢與電荷的電勢能成正比，和電荷q的電量成反比，其實(shí)在電場中某點(diǎn)所放置的電荷的電量q越多，q的電勢能也越大，所以EP與q的比值為一定值，即電場中某點(diǎn)的電勢是恒定的。因此電勢也和電場強(qiáng)度一樣，它和檢驗(yàn)電荷的大小及有無都沒有關(guān)系，而是電場的又一重要客觀特征。

電場中電勢相同的點(diǎn)構(gòu)成的面稱為等勢面。等勢面的引入和電場線的引入一樣，能使學(xué)生對整個電場電勢的分布有形象的了解。

對于“在同一等勢面上任意兩點(diǎn)間移動電荷時，電場力不做功”“等勢面一定和電場線垂直”以及電場線“總是由電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面”等結(jié)論，都可以根據(jù)等勢面的定義和電場力做功的知識由學(xué)生自己得到，不必一定由教師過多講解。

四、關(guān)于電勢差、電勢差跟電場強(qiáng)度的關(guān)系的教學(xué)

1.當(dāng)學(xué)生對電勢的概念有了一定的認(rèn)識后，就可自然地得出A、B兩點(diǎn)的電勢之差就叫電勢差這一結(jié)論。電荷q在電場中由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場力所做的功

2.在進(jìn)行電勢差跟電場強(qiáng)度的關(guān)系的教學(xué)時，首先要總結(jié)一下電場強(qiáng)度和電勢差都是描述電場性質(zhì)的物理量。電場強(qiáng)度是從電場力的性質(zhì)方面來描述的，電勢差是從電場力做功的電場的能的性質(zhì)方面來描述的。這兩個物理量從不同的側(cè)面來描述同一電場，而且力和功本身又有密切聯(lián)系，因此。電場強(qiáng)度和電勢差之間必然存在著密切聯(lián)系。

在推導(dǎo)E和U的關(guān)系式之前，可以讓學(xué)生將勻強(qiáng)電場的電場線和等勢面都形象地畫出來，如圖所示，以幫助學(xué)生對電場強(qiáng)度和電勢差之間的關(guān)系的理解。通過對AB、AC、AD方向電勢降低的分析，著重指出：場強(qiáng)的方向就是電勢降落最快的方向。對于電勢差和電場強(qiáng)度之間的關(guān)系式的推導(dǎo)，學(xué)生是不難接受的，重要的是要使學(xué)生理解它的物理意義。

公式UAB=Ed是在勻強(qiáng)電場中推導(dǎo)出來的，只適用于勻強(qiáng)電場的計算，不能用于非勻強(qiáng)電場的計算。公式中的d不是任意兩點(diǎn)間的距離，而是沿電場方向上的兩點(diǎn)間的距離，如圖所示。對AD或AC來說，此時d不是AD或AC線段的長度，而是它們在沿電場方向上的投影。

因?yàn)殡妶鰪?qiáng)度難以直接測出，而電勢差卻很容易由實(shí)驗(yàn)測得，根據(jù)就可以算出電場強(qiáng)度的值，所以這個公式在實(shí)際應(yīng)用上是很重要的。

應(yīng)該說明：電場強(qiáng)度的單位也可以用v/m來表示，它與N/c是相同的。

以上是筆者在自己的實(shí)際教學(xué)中的一點(diǎn)感悟，歡迎同行不惜吝教。