1、1浅谈静电场的学习泰兴市横垛高级中学 张春涛 225418内容摘要：静电场内容既是教学的重点，又是高考的热点，更是学生学习的难点。概念多，易混淆；关系复杂，常颠倒；方法多，难掌握。常令初学者头疼，高三学生生畏。而能否学好的关键是能否注意并正确处理好基本概念及基本公式之间的区别与联系，能否正确掌握基本问题的处理方法。关键词：电场线 点电荷 电势 电势能静电场是高中物理电学部分的第一章，处于承上启下作用。既是力学的延生又是电磁学、光学知识的基础。本章的核心内容是电场的概念以及描述电场特性的物理量。课本从电荷在电场中受力人手，引人电场强度的概念，明确它是表示电场强弱的物理量。然后，通过将电场力做功与
2、路径无关和重力做功与路径无关进行类比，得出电荷在电场中具有由位置决定的能量电势能，在此基础上，同引人电场强度的方法相同(比值定义法)，引人描述电场的另一种物理量电势。这样，通过几个相关物理概念的讨论，完成对静电场性质的初步认识。通过本章内容的学习，学生感觉满脑子都是问题，特别是电场强度的大小和方向、电场力的大小和方向、电势能的大小及变化、电势的高低等以及它们之间的联系，纵横交错，头绪繁多，不易掌握产生这些现象的原因，除学生课后不能及时巩固消化外，书本知识本身也比较抽象，具有一定的难度，再有就是教材讲解比较简略，电荷有正负之分也使问题复杂化。在实际教学过程中，我们应充分利用好教材，在不增加教学内
3、容的前提下，搞清基本概念和它们之间的相互联系，掌握好解决问题的思路和方法，并配合一定数量的练习，我想是能找到解决问题的钥匙的。因此在实际学习过程中应注意以下几点：第一、要狠抓电场线电场线是形象描述电场性质的一簇假象的曲线，曲线上每一点的切线方向与该点的场强方向一致。除了弄清各种特殊电场的电场线的分布情况外，还应弄清电场中电场线的几个特点：（1）电场线从正电荷（或无穷远处）出发，终止于无限远处（或负电荷）；（2）电场线在电场中不相交，这是因为在电场中任意一点的电场强度方向不可能有两个方向；（3）在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏，因此可以用电场线的疏密来表示
4、电场强度的大小；（4）电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向。特别强调的是电场线不是电荷运动的轨迹，也不是客观存在的线。在特定的条件下电荷的运动轨迹可以与电场线重合，如带电粒子只在电场力作用下，初速度为 0 或初速度方向与电场线重合且电场线为直线的情况下轨迹才能与电场线重合。第二、要明确几个概念（1）电场强度：电场强度是矢量，电场中某点场强的方向就是正电荷在该点所受电场力的方向，负电荷在该点所受电场力的方向与场强的方向相反；（2）电势能：电荷在电场中某点的电势能为把电荷从该点移到零势能点过程中电场力做的功；（3）电势：电势是标量，沿着电场强度的方向（即沿着电场线的方向）电势逐渐降低；（4）电
5、场力移动电荷做正功，电荷的电势能减少；电场力移动电荷做负功（即外力反抗电场力做功），电荷的电势能增加；（5）电容：电容器所带电量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 的比值叫电容器的电容，在数值上等于使电容器两极板间电势差为 1V 时电容器需要带的电荷量。2第三、要弄清场强、电势能及电势的正负（1）场强是矢量，其正、负只说明它的方向与所设正方向相同或相反，并不表明正值大于零、零大于负值的数量关系；（2）电势能是标量，其正负表示电荷在该点的电势能较所设零电势能处的电势能大或小；（3）电势为标量，其正负表示该点的电势较所设零电势处（即零电势能处）的电势高或低。由于电势能和电势都是标量，当其零位置选定
6、以后，即有正值大于零、零大于负值的数量关系。但我们经常要计算的是电势能的改变量和两点间的电势差，它们的值均与零位置的选择无关。第四、要理解相关公式的物理意义及其之间的区别与联系（1） 为电场强度的定义式，即电场强度 E 等于电荷在该点受电场力（库仑力）qFE与其电荷量之比。适用与一切电场。（2） 为真空中点电荷产生场强的决定式，即点电荷产生的场强与电荷量以及2rkQ该点距点电荷的位置有关。只适用与真空中点电荷。（3） 为匀强电场中电场强度与电势差的关系。公式中的 d 为沿着电场线方向的dUE距离。只适用与云强电场，（4） 电荷在电场中某点的电势等于电荷在该点的电势能与电荷量的比值（电qP荷在电
7、场中某点的电势能为把电荷从该点移到零势能点过程中电场力做的功）。E P、q 有正负，计算时正负号一并代入。（5） 电场中 A、B 两点的电势差等于电荷从 A 到 B 过程中电场力做的功与WUAB其电荷量的比值。W AB、q 有正负，计算时正负号一并代入。（6） 为电容器电容的定义式，表示电容器容纳电荷本领的物理量，其数值等于QC两极板间电压为 1V 时，电容器所带的电荷量(某一极板所带电量的绝对值)。需要的电荷量多，表示电容器的电容大。（7） 为平行板电容器电容的决定式，即电容器的电容 C 与其所带电荷量 Q 及kdS4两极板间电压 U 均无关，而由其本身的性质决定。第五、要掌握几种解决问题的
8、方法（1）电热及电势能的大小、正负判断方法根据场源电荷判断：离场源正电荷越近，电势越高，检验正电荷的电势能越大，检验负电荷的电势能越小；离场源负电荷越近，电势越低，检验正电荷的电势能越小，检验负电荷的电势能越大。根据电场线判断：顺着电场线的方向、电势逐渐降低，检验正电荷的电势能减少，检验负电荷的电势能增加；逆着电场线的方向，电势逐渐升高，检验正电荷的电势能增加，检验负电荷的电势能减少。根据电场力做功判断：电场力对正电荷做正功时电势降低，做负功时电势升高；电场力对负电荷做正功时电势升高，做负功时电势降低。根据公式 判断：设 qEPBA当 时， ，即 ,0qBAPE3当 时， ，即0qBAqPBA
9、E可总结为：正电荷在电势高的地方电势能大，在电势低的地方电势能小。负电荷在电势高的地方电势能小，在电势低的地方电势能大。（2）依据带电粒子的运动轨迹和电场线（或等势面）来判断有关问题的方法。此类问题应掌握以下几个要点：带电粒子的轨迹的切线方向为该点处的速度方向。带电粒子所受合力（往往仅为电场力）应指向轨迹曲线的凹侧，再依电场力与场强同向或反向，即可确定准确的力的方向。在一段运动过程中，若合力与速度方向的夹角小于 90，则合力做正功，动能增加；若夹角大于 90，则合力做负功，动能减小；若夹角总等于 90，则动能不变；电势能变化与动能变化相反。（3）由电场线和运动轨迹判断带电粒子运动的方法分析带电
10、粒子在电场中运动轨迹问题时，应注意：做曲线运动的粒子所受合外力方向指向曲线凹侧。速度方向沿轨迹的切线方向，具体分析方法是：第一步：根据带电粒子弯曲方向，判断出受力方向和初速度的方向。第二步：把电场线方向、受力方向与电性相联系。第三步：把电场线的疏密和受力大小、加速度大小相联系。第四步：把电场力的功与能量、动量的变化相联系。（4）带电粒子在匀强电场和重力场的复合场中运动问题的处理方法由于带电粒子在匀强电场中所受的电场力与重力都是恒力，因此处理方法有两种：、正交分解法处理这种运动的基本思想与处理偏转运动是类似的，可以将此复杂的运动分解为两个互相正交的比较简单的直线运动，而这两个直线运动的规律是可以
11、掌握的，然后再按运动合成的观点去求出复杂运动的有关物理量。、等效“重力”法将重力与电场力进行合成，如图所示，则 F 合 等效为重力场中的“重力” ， 等效为“重力加速度” ，F 合 的方向mFa/合等效为“重力”的方向，即在重力场中的竖直向下方向。等效法是从效果等同出发来研究物理现象和物理过程的一种科学方法。等效的概念在中学物理中应用很广。例如：力的合成和分解，运动的合成与分解，交流电的有效值等，它们的计算都是应用等效法求出的。应用等效“重力”法解题时，要注意运用重力场中已熟知的一些结论来解题。（5）电容器两类典型问题的分析方法、平行板电容器连接在电源两端时，电容器的 d、S、 发生变化，将引
12、起电容器的C、Q、U、E 怎能样变化？由于电容器始终接在电源上，因此两板间电势差 U 保持不变。由 可知 C 随 、S、d 变化而变化kdS4由 可知 Q 也随 、S、d 变化而变化OG F 合qE4由 知，E 随 d 的变化而变化U、平行板电容器充电后，切断与电源的连接，电容器的 d、 S 变化，将引起电容器的 C、Q、U、E 怎么变化？由于电容器与电源断开，因此两极板上的电量 Q 保持不变。由 知，C 随 、S、d 的变化而变化kS4由 知，U 随 、S、d 的变化而变化s由 知，E 随 、S 变化而变化QdE另外，还可以形象地分析：认为一定量的电荷对应着一定数目的电场线，若电荷量不变，则电场线数目不变，当两板间距变化时，场强不变；当两板正对面积变化时，引起电场线的疏密程度发生了改变，如图所示，电容器的电荷量不变，正对面积减小时，场强增大。以上为我在教学实践过程中的一点体会，请各位专家斧正。参考文献：1、高中物理教材解析选修3-1 代松波2、物理选修3-1教师教学用书（人教版）3、静电场的学习指导 饶瑞生+ + + + + + + +
