類比法在教學(xué)中的妙用
——談“電勢能、電勢和電勢差” 教學(xué)案例設(shè)計

周 敏

(江蘇省南京市六合區(qū)程橋高級中學(xué) 211504)

一、設(shè)計思路

類比是理解未知事物的一種有效而常用的方法.學(xué)生對重力場中重力的概念、重力做功跟始末位置的“高度差”有關(guān)的規(guī)律有直觀的印象.所以從重力做功概念出發(fā)，通過類比建立電場力做功概念，進(jìn)一步提出電勢能、電勢和電勢差的概念，是一種易于理解而直觀的方法.

1.教學(xué)內(nèi)容

《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理(選修3-1)(教科版)》

2.教材分析

本節(jié)為普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理(教科版)選修3-1中第1章靜電場中第4節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，它是在學(xué)生學(xué)完電場力的性質(zhì)之后引入的.它是課程教學(xué)中利用物理思維方法較多的一堂課，尤其是用類比的方法達(dá)到對新知識的探究，同時對學(xué)生就具體的物理知識遷移進(jìn)行思維訓(xùn)練.

3.教學(xué)目標(biāo)

(1)靜電力做功的特點(diǎn)，電勢能、電勢和電勢差的概念.

(2)明確電勢能與電場力做功的關(guān)系.

4.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

(1)重點(diǎn)：掌握電勢能與電場力做功的關(guān)系，并能用此解決相關(guān)問題.

(2)難點(diǎn)：理解掌握電勢能、電勢和電勢差的概念，并能對它們進(jìn)行計算.

二、教學(xué)過程

1.復(fù)習(xí)舊識

(1)功和能的關(guān)系;(2)功的計算;(3)重力做功的特點(diǎn).

2.引入新課

(1)電場力做功的特點(diǎn).情景設(shè)計:讓試探電荷+q在場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中沿幾條不同路徑從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)，來計算這幾種情況下電場力對電荷所做的功.圖1中，電場力做功W=qE·|AB|；圖2中，電場力做功W=qE·|AC|·cosθ=qE·|AB|；圖3中，電場力做功W=W1+W2+…=qE·|AB|.

拓展:該特點(diǎn)對于非勻強(qiáng)電場中也是成立的(在以后的具體應(yīng)用再加以證明).

(2)電勢能.類比:移動物體時重力做的功與路徑無關(guān)，對應(yīng)著重力勢能的變化.

Ⅰ．電勢能

由于移動電荷時電場力做功與移動的路徑無關(guān)，電荷在靜電場中也具有勢能，這種勢能我們叫做電勢能.電勢能用Ep表示.

Ⅱ．電場力做功與電勢能變化的關(guān)系

分析通過知識的類比，讓學(xué)生能從中感受到新結(jié)論的得出也可以通過已有方法獲取.

歸納(1)通過類比得出，電場力做的功等于電勢能的變化.(2)對不同電荷從A運(yùn)動到B的過程中，電場力做功與電勢能的變化情況對比.

①正電荷從A運(yùn)動到B，電場力做功與電勢能變化關(guān)系：WAB=EPA-EPB,WAB>0,EPA>EPB,注意：電場力做功與電勢能變化規(guī)律和重力做功與重力勢能變化規(guī)律一樣.②負(fù)電荷從A運(yùn)動到B，電場力做功與電勢能變化關(guān)系：WAB=EPA-EPB,WAB<0,EPA

Ⅲ．求電荷在某點(diǎn)處具有的電勢能

問題討論根據(jù)電場力做功與電勢能關(guān)系，如何求出圖5中A點(diǎn)的電勢能為多少？

類比分析如何求出圖4中A點(diǎn)的重力勢能呢？進(jìn)而聯(lián)系電勢能的求法.

由圖表得出：EpA=WAB(以B為零電勢能參考點(diǎn)).

三、電勢與電勢差

分析觀察書本中討論交流部分得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合圖(5)分析如下：

重力勢能電勢能由A下落到B(設(shè)B點(diǎn)為0重力勢能參考點(diǎn))(參考圖4)因為WGAB=EPA- EPB,所以EPA=WGAB+ EPB= WGAB(=mgh)由A運(yùn)動到B(設(shè)B點(diǎn)為0電勢能參考點(diǎn))(參考圖5)因為WAB=EPA- EPB,所以EPA=WAB+ EPB= WAB(=qEd)圖中的h和d都是相對參考點(diǎn)而言.

四、對重力和電場力做功相關(guān)物理量的類比

1.重力場

(1)重力場中，重力是地球和物體之間存在的吸引力;(2)重力做功等于重力勢能改變；重力做正功，重力勢能減少；重力做負(fù)功，重力勢能增加;(3)關(guān)系式：W重=EP1-EP2;(4)有重力就有重力勢能Ep=mgh;(5)Ep由物體和地面間的相對位置決定;(6)因為高度具有相對性，所以只有當(dāng)明確了0重力勢能參考點(diǎn)后，重力勢能才有確定值.

2.靜電場

(1)靜電場中，電場力是電荷之間的作用力;(2)電場力做功等于電勢能改變；電場力做正功，電勢能就減少；電場力做負(fù)功，電勢能就增加;(3)表達(dá)式：W電=EPA-EPB;(4)有電場力就有相應(yīng)的能，叫電勢能EP;(5)EP由電荷間的相對位置決定;(6)因為電勢具有相對性，所以只有當(dāng)明確了0電勢能參考點(diǎn)后，電勢能才有確定值.

【教學(xué)反思】教學(xué)有法而無定法.情景在變，觀念在變，學(xué)生的思維也在變，故此對教師的教學(xué)設(shè)計，能因?qū)W生的變化而變化，是其應(yīng)該具有的特征.

通過本節(jié)課的實踐教學(xué)，重在讓學(xué)生用類比的觀點(diǎn)去學(xué)習(xí)物理知識.類比式教學(xué)圍繞問題展開，并不是教師提出一個漫無邊際的問題，學(xué)生無盡的思考并隨意回答所構(gòu)成的所謂“開放式”課堂，它需要教師的引導(dǎo)，它需要學(xué)生的參與.過程中主要要呈現(xiàn)類比教學(xué)的要素，體現(xiàn)探究歸納的過程和方法.