本单元是从能量的角度出发研究电场,单元之所以按照电势能—电势—电势差的逻辑关系设计知识结构,目的就是要突出通过做功研究能量变化的科学思想。从单元整体设计角度分析,功和能的关系问题在《必修Ⅱ》中有过充分的讨论。在此,分析了静电力做功之后很自然的就会得到电势能的概念,随后,由于电势能的大小与检验电荷的电荷量成正比,又得到了电势的概念。
应该看到,对中学生来说,建立电势能和电势的概念是一个比较困难的过程。对此,我们要有充分的思想准备。本单元以静电力对试探电荷做功为切入点,首先引导学生认识静电力做功与路径无关;接着与重力做功与路径无关进行类比建立了电势能的概念,并且与重力对物体做功引起物体重力势能的变化再次类比得知电势能具有相对性。
本单元反复应用类比的方法是“过程与方法”“情感、态度与价值观”等教育目标的具体体现,教师应该从提高学生思维品质的角度来渗透类比法,运用类比法。
电势的概念即是重点,又是难点。由于学习重力势能时没有学习与电势相对应的物理量,如“重力势”,本单元通过类比电场强度的定义方法来定义电势。再引入电势概念之前要先让学生体会到电势能的大小与试探电荷的电荷量有关,不能用来描述电场的性质。要让学生带着寻找一个与试探电荷无关的、完全由电场性质决定的、可以描述电场能的性质的物理量去学习。
等势面可以与地理中的等高线类比,学生接受等势面的概念难度不大。但学生对“等势面一定与电场线垂直”这一结论的理解会有困难,本单元在阐述这一问题时又用到了反证法。
本单元教学内容用3课时,第一课时讨论静电力做功和电势能,第二课时讨论电势和等势面。第三课时为研究性学习专题,讨论利用比值法定义的物理量。