关于静电场、电场力做功与电势能改变的教学探讨

    倪展

    静电场知识是高中物理的重点内容，其涉及的概念非常抽象，所以一直以来都是学生学习时的难点.那么如何才能学好静电场知识呢？笔者认为可以从以下几个层次着手.

    一、根据基本概念，构建知识框架

    静电场这一章的概念既多又抽象，学好这一章的内容一方面要明确各个基本概念的内涵，另一方面要明确各个概念之间的关联.电场作为一种特殊的物质具有两个重要性质：放入电场中的电荷会受到电场力的作用，同时该电荷也具有一定的电势能.为了描述电场的这两大性质，引入了两个重要的特征物理量：电场强度和电势.电场强度与电场力相关联，电势与电势能相关联，再由力、做功、能量变化、能量这条脉络即可将电场强度和电势这两个概念联系起来.

    二、依靠基本原理，透析电场规律

    鉴于电场概念的抽象性，本章在一开始先以大家较为熟悉的“点电荷之间的相互作用”这一模型引入，很自然地提到了库仑定律.在后面对电场强度的矢量性进行解读的时候又提出了场强的叠加原理.依据这两个重要规律及电场的定义，可以找出一些常见电场的空间分布规律.

    三、抓牢基本方法，提升应用能力

    静电场知识与力学知识有很多相关联的地方.本章学习过程中利用力学部分所学的基本方法再结合静电场的相关知识，往往可以起到极佳的效果.

    1.电势

    （1）定义：我们将试探电荷在电场中某点具有的电势能与电荷电量的比值定义为该点的电势.

    （2）定义式：Ψ=Eq.

    （3）对电势的理解：

    A.虽然电势是由电荷具有的电势能和电荷量定义的，但Ψ并不由E、q决定，不能说与E成正比，与q成反比.

    B.电势是描述电场的能的性质的物理量，仅由电场本身决定，与是否存在试探电荷无关.

    C.电势是状态量，只有电场中某点才谈电势.

    D.电势具有相对性，具体的值与零势面选取有关（因为Ψ具有相对性）.

    E.电势越高的地方，正电荷具有的电势能越大，负电荷具有的电势能越小.

    F.电势合成遵循的法则：代数和.

    G.Ψ有正有负，可比较大小（带符号）.

    2.电势差U（又叫电压）

    （1）定义：UAB=ΨA-ΨB.

    （2）U的值与零势面选取无关.

    （3）UAB的大小反映电场中A、B两点电势的差值.

    （4）A、B两点UAB越大，在A、B间移动相同电荷电场力做的功越多，反之，做功越少.

    3.电场力做功

    （1）电场力做功与电势能关系：（类比法教学）

    A.电场力做功引起Ep的变化：电场力做正功，Ep减少;电场力做负功，Ep增加，量值相等.

    B.Ep的变化仅由电场力做功判定，与电荷是否受其他力，其他力是否做功均无关，与电荷运动状态、运动情况无关.

    C.重力、弹簧弹力、分子力、电场力做功会引起相应的势能变化，规律完全相似.

    （2）电场力做功：

    A.电场力做功只与电荷量，始、末位置电势差决定，与电荷的具体运动过程无关，即与路径无关.

    B.电场力做功特点与重力做功特点完全类似.

    C.电场力做功的求法：

    ①WAB=qUAB（适用于一切电场，是电场力做功的定义式）.

    ②WAB=-△ε（适用于一切电场）.

    ③WAB=qEs（只适用于匀强电场）.

    4.电场线与电势

    （1）沿着电场线的方向，电势越来越低.

    推证：将一正试探电荷由电场中A点移动到B点，WAB>0.

    （2）电场线方向是电势降低的方向，反过来电势降低的方向不一定是电场线的方向.比如：A→B，A→C，A→D，A→E的方向均为高度降低的方向，而只有A→B方向为竖直向下方向.类比于：沿竖直向下的方向高度降低，但并不是高度降低的方向一定是竖直向下的方向.

    （3）电场线的方向为电势降落最快的方向.类比于：竖直向下的方向为高度降落最快的方向.

    （4）选无穷无处为零势面，易知：真空中孤立的正点电荷形成的电场中各点电势为正，负点电荷周圍电势为负.