“电场中的导体”教学难点分析和教学设计_物理化学论文

　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．