从“正正得负”中引发的思考_我不是药神引发的思考
时间：2019-01-30 03:38:33 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：对于不同电荷体系电势能的大小是否具有可比性，本文从一个具体问题进行探讨，并说明物理概念教学在新课程理念指导下的重要性。 关键词电势能；参考点；概念教学
中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003-6148(2007)2(S)-0022-2
1问题的由来：
在课堂教学中，为了拓展电势能和电势的理解，我出了一道问答题：“在正电荷形成的电场中的某一点，正试探电荷所具有的电势能一定大于负试探电荷所具有的电势能。对吗？为什么？”引导学生分析如下：这是对的，因为正电荷形成的电场中各点的电势都是正的，如图1所示，在B点放入正点电荷q时，具有的电势能EA=qφA，对正试探电荷，q＞0，φA＞0，故EA=qφA＞0；对负试探电荷，q′＜0，φA＜0，故 E′A=q′φA＜0；因此EA＞E′A。这就是所谓的“正正得正，正负得负”；同理，在负电荷形成的电荷中有“负负得正，负正得负”。
一位学生马上反问：“为什么正电荷形成的电场中各点的电势都是正的？”我随即补充一句：“这里有个前提条件，规定无穷远处为参考点（即零电势点）”。这位学生又追问：“参考点的选择原则上是任意的，如果规定的电荷所在处为参考点（如图1中的B点），那么正电荷形成的电场中各点的电势都是负的，正试探电荷在该电场中的某一点（如图1中的A点）的电势能就是负的，负试探电荷所具有的电势能反而是正的，得出的结论刚好相反。”即如果不选择无穷远处为参考点时就将出现“正正得负，正负得正”的情况。
显然这位同学说得有道理，但不应该有相反的结论，我当时也一时回答不上来，由于快下课了，就表扬了这位同学，并鼓励同学们课外再去讨论这一问题。
2问题的分析：
为了解决这一问题，我们从最基本的出发，一步一步地来论证。
2.1考证电势能的公式EA=qφA
根据定义，在电场中把一个试探电荷q从A点移至B点，它的电势能的减少EAB定义为在此过程中静电场力对它作的功WAB，即：EAB=WAB，而WAB=qUAB；如果选B点为参考点，则在电场中试探电荷q在A点具有的电势能EA=qφA［1］。即公式EA=qφA是正确的。
在图1所示中，如果规定B点为参考点，正试探电荷在A点具有的电势能EA＜0，负试探电荷在A点具有电势能E′A＞0，即“正正得负，正负得正”是可以成立的。
2.2考证由“EA＜0，E′A＞0”得出“EA＜E′A”
表面上看，因为电势能的正负表示大小，负的电势能小于正的电势能好象成立。但由于电势能是电荷体系共有的，既包括产生电场的电荷，也包括试探电荷，“试探电荷放在电场中具有电势能”这只是一种简说；同时对于两个点电荷间的电势能，实际上是它们之间的相互作用能，是它们共有的，其数值是相对的。对相同的电荷体系，规定不同的参考点，电势能的数值是不同的；而对于不同的电荷体系，即使规定相同的参考点，电势能的数值也不一定是等价的，不一定有直接的可比性。［2］
因此在图1中，如果我们选择C点为参考点，正、负试探电荷分别放于C点，电势能的数值均为零，但由于试探电荷不同，组成的电荷体系也不同，电势能的数值均为零并不能说明它们具有的电势能相等。正如在重力场中，不同质量的物体分别位于同一参考点上，它们具的重力势能均为零，但我们不能认为它们的重力势能相等。因此，由“EA＜0，E′A＞0”，不能得出“EA＜ E′A”的结论。
2.3如何比较不同电荷体系的电势能大小
当两个电荷相距无穷远时，无论这两个电荷带何种性质的电，它们之间的静电场力均为零，如果我们规定这时的相互作用能为零，这里的“零”才是等价的。因此当选择无穷远处为参考点时，对于不同的电荷体系电势能的数值是等价的，才可以直接比较大小。这也就是，尽管参考点的选择是任意的，但通常把无穷远处规定为参考点的原因。
因此当选择无穷远处为参考点时，对于不同的试探电荷，由公式EA=qφA计算的电势能是等价的，可以直接进行比较，即本文开头的问题的结论是正确的，但由“正正得正，正负得负”来分析是有条件的。
3引发的思考：
通过这一问题的探讨，对物理概念的教学，可以引发以下思考：
3.1注重物理概念的建构过程。
我们在今后的教学中更应注重物理概念的建构过程，注重概念的引入、形成、深化和巩固的各个环节，从学生的“最近发展区”出发，贴近学生的生活实际，提供丰富的感性材料，抽象出概念的本质属性，通过举例、类比、归纳、引伸等手段，讲清概念的内涵、外延及与有关概念的联系，搞清其来龙去脉、适用范围、前提条件等，还要通过一些具体问题进行不断的深化和巩固。这样才能对概念有深刻理解，才能真正掌握概念并加以灵活运用。比如对电势能这一概念，“为什么引入？”“如何定义？定义的表述、表达式怎样？物理含义是什么？”“适用条件是什么？”“电势能的数值为什么是相对的？怎样理解其相对性？”“怎样选择参考点？选择不同的参考点会有哪些异同？”“电势能与电场力做功、电势、电势差等概念的关系怎样？”等，只有对这些问题进行精心的组织安排，才能对电势能有深刻的理解。
3.2概念教学更要注重探究活动。
探究活动既是一种最有效的教学方式、学习方式，也是一种最有效的教学过程和学习过程。相比规律教学来说，概念教学的探究活动更应注重，因为规律教学的探究活动似乎已经形成一套程式，比较习以为常，而概念教学的探究活动容易被忽视，往往是教师按预设的程序来介绍，同时概念教学探究活动困难也更多一些。很多时候，学生解答概念题比解答综合题显得更困难一些，这跟我们教师忽视概念教学的探究活动不无关系。如本文中，对电势能的概念只介绍其公式EA=qφA和一般含义就会出问题。
3.3要辩证地看待物理结论的“记忆性法则”。
我们许多老师喜欢把物理结论编成易记的口诀，如：对横波的传播方向与振动方向的关系编成“上坡下，下坡上”；对电路的定性分析问题编成“串反并同”；对伏安法测电阻时内外接分别适用于测大电阻或小电阻以及测量值与真实值关系编成“框大则大，框小则小”等，对于这些“记忆性法则”确实有它好的一面，尤其对应试能大大提高答题的准确率和解题速度，但我们认为这类“记忆性法则”还是尽量少用，特别是对物理概念不理解、分析过程和分析方法没掌握的情况下，单纯地去讲一些“记忆性法则”是毫无意义的，比如知道“串反并同”而不会进行电路的定性分析，即使做对题目，除了应试作用以外，对培养创新人才是毫无用处的。又如对两个电荷间的电势能与两电荷带电性质的关系用“正正得正，正负得负，负负得正，负正得负”的口诀来判断，但当参考点选择变化时结论就完全相反了。
3.4要重视学生质疑，开启学生的思维之门。
思维从疑问开始，学生的质疑精神是非常可贵的，表明学生在积极动脑思考，有很强的自主探究动机和能力，作为教师应采取鼓励态度，无论处于何种情景，哪怕打乱原先的教学安排，也要努力培养学生敢于质疑、善于质疑的良好习惯，进而还可引发同学之间合作探究、师生互相探究，甚至可以激发学生的创新意识。这也正是新课程理念下所积极倡导的。
参考文献：
［1］［2］赵凯华、陈熙谋主编，《电磁学》第二版，高等教育出版社，北京1985年6月
(栏目编辑黄懋恩)
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