“电场中的导体”教学难点分析和教学设计
文章出处： 中青论文 发布时间：2005-12-20 |
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一、难点分析
高中物理“电场中的导体”在“电场”一章中所占比重不大，要真正透彻分析相关问题必 须应用高斯定理和静电场边值问题的唯一性定理．但在高中阶段我们只能利用电场强度 、电场力 和电势这些概念来分析．对这些概念学生若理解的不透彻，就会对有的问题只会从电场 强度、电场力的角度去解释；对有的问题只会从电势的角度去解释．似乎一题一 法，甚至同 一问题若从两个角度去分析会得到自相矛盾的结论，或遇题无从下手，从而使这部分 内容成为高中物理新课教学和高三复习时的一个难点．究其成因是由于：
(1)受高中学生知识面的限制，教材对这部分内容不能透彻阐述，只能采用简单推理、 实验演示、利用已知结论的方法处理，所以许多学生虽记住了一些结论但并非真正懂了道理 ，给解决问题造成一定难度．
(2)这部分内容不是教学重点，故教师花时不多，学生缺少变式练习，教师讲解不能 一题多变，没有从电场强度、电场力、电势等多角度分析问题，导致学生不能举一反三．
二、教学设计
针对上述难点和存在的问题，我在这部分内容的教学中把重点放在以下两个方面．
１．紧抓电场强度、电势的概念，先要讲清静电平衡的基本原理．
(1)电场中的导体是如何达到静电平衡的．
先从电场强度的角度分析．导体刚放入电场中的瞬间，导体中的自由电荷受电场力Ｆ＝ Ｅｑ的作用，产生定向运动，向导体两端积累，同时在导体中产生一个附加电场Ｅ′，使自 由电荷又受 电场力Ｆ′＝Ｅ′ｑ，Ｆ和Ｆ′方向相反．当Ｅ＝Ｅ′时，导体内合场强为零， 自由电荷受合力也为零 ，这时导体中无电荷定向移动，即达到了静电平衡状态．从而得到处于静电平衡的导体内部 电场强度处处为零的结论．
再从电势的角度分析．导体刚放入电场中的瞬间，导体不同部位电势不同，有电势差是 导体中产生电流的条件，所以负电荷向高电势处移动，正电荷向低电势处移动，结果由电势 叠加原理，高电势处的电势降低了，低电势处的电势升高了．当导体各处电势相等时，就再 无 电荷移动，即导体达到静电平衡状态．从而得到处于静电平衡的导体是一个等势 体的结论．
继而讲清两者是统一的．若某一空间电场强度处处为零，则这一空间即为等势空间，电势 一定处处相等．
最后我们还要强调：电场强度为零，是两个电场叠加的结果，而不是真的就没 有电场．导体上各点电势相等也是两个电场在某点产生的电势叠加的结果．
(2)处于静电平衡的导体外部的电场线必与导体表面垂直，但表面场强不一定为零．
从电场强度的角度看，如果导体外部的电场线不与导体表面垂直，则导体表面电场强度就 不与表面垂直， 表面的自由电荷所受电场力也就不与表面垂直，那么电场力沿导体表面的分力将使自由电荷 沿导体表 面移动，这与静电平衡的定义是矛盾的．但从电势的角度来看，因为导体表面是一个等势面 ，电荷不可能沿表面移动，所以电场线与导体表面必垂直 ，但场强不一定为零．
(3)孤立导体净电荷分布在外表面．
从电场强度的角度分析，如果净电荷分布在导体内部，则内部就会有没有被抵消的电场， 导体 内部的自由电荷在电场力的作用下会定向移动，这就违背了静电平衡的定义．从电势角度分 析，如果净电荷分布在导体内部，则内部就有电场，电场中沿电场线方向电势是不同的，这 就违 背了处于静电平衡状态下的导体是一个等势体的结论．所以孤立导体的净电荷一定分布在它 的外表面．
２．适当练习，一题多变，提高分析能力．
本节课通过以上几个环节的教学，能使学生从电场强度、电势两个角度全面掌握静电平衡 的本质及特征，同时提高了解题能力．
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