王若成
江苏省常熟中学 215500
【摘 要】：笔者通过对静电场知识之间的脉络解析，将静电场分为三个层级，发现层级与层级间有较大的脱节。据此，笔者结合多年的教学实践，提出了有效解决这一脱节问题的教学建议。
【关键词】静电场；教材解析;教学建议
高中物理静电场一章知识繁杂，在理清脉络时，可以采用分层法，将知识分成几个层次。现分析如下。
一、静电场知识之间的脉络
第一层：（1）电荷及其守恒；（2）库仑定律；（3）电场强度。
第二层：（4）电势能和电势；（5）电势差；（6）电势差与电场强度的关系。
第三层：（7）静电现象的应用；（8）电容器的电容；（9）带电粒子在电场中的运动。
静电场常规的分层是三层，第一层首先介绍电荷的基本规律，即电的本质是电子、质子的带电性不同。其次介绍库仑定律，即电场力的性质。从而引入电场概念。第二层介绍能的性质，引入电势后，电势差和电势差与场强关系也就自然出来了。最后一层是介绍了三个实例，静电平衡实际是电场中的导体内和导体外的场（是对库仑定律中真空的场的补充）。电容器则是储存电荷最重要的元件。最后一节中示波器是人们直观观察电信号的重要元件。
从第三节开始，静电场基本概念形成，即电场对于放入其中的电荷有力的作用。而电场力做功对应的能量被称为电势能，电势概念也由此引入。
显然从力的性质转到能的性质是一大难点。细致的研究三、四两节内容。从内容上看存在较大的脱节。
脱节状况如下：
①电场强度内容知识局限在静力学范围内。即一般知识探讨电荷的受力情况，电荷一般是静止不动的。其所用的知识是受力分析，力的合成与分解。而电势能所用的知识则是做功，一定伴随有电荷的移动，而且电势能是看不见摸不着的，其能量的变化最好用能量守恒去感受。即动能增加，电势能减少，或是动能减少电势能增加。
②从难度上看电场使用力学知识，电势能的变化要使用势能与做功的知识。前者学生基础较好，训练到位的学生没有学习困难。但是后者能量的理解不是直观可视的，而又使用了抽象的类比，学生学起来比较困难。
二、教学建议
基于上述分析，笔者建议在第一层结束时，再设计一节。内容为“带电粒子在电场的运动及静电力作功”。主要思路是将最后一节内容部分提前，将电势能一节的重要结论提前一节先学。这节的主要内容为带电粒子在匀强电场或点电荷场中的动力学问题，随后分析电场力做功的特征。
如下图所示。创设情境为匀强电场场强E，电荷+q，质量为m。可以提出以下问题。
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①正电荷在C点静止释放。只受电场力作用，经ts后到达B点，求正电电荷的速度？（电场的动力学问题）
②如果正电荷从C点沿着向下的虚线匀速运动到A点，需要什么条件？（电场的平衡问题）
③正电荷从A点有一向上的初速度V0，最终也抵达B点，求此时竖直方向的位移。运动到B点速度方向如何？（类平抛运动与电场）
④正电荷从A点沿着斜线匀速运动到B点，需要什么条件？（电场的平衡问题，难度较②大些）
①到④需要结合电场力与匀变速运动、平抛运动知识解决问题。这里学生对电荷的运动有了感性认识。
接下来分析以上四种情况下电场力做功情况。除了②电场力不做功。其他情况下电场力做功都是EqL。L为CB间距离。（电场力做功）
还可以继续补充如果将正电荷+q换成负电荷-q。继续追问：
①’负电荷只受电场力，在C点静止释放，能到B点吗？如果希望到B点，需要什么条件？
③’负电荷从A点有一向上初速度，最终能到B点吗？如果运动到与B等高时，其位置在哪里？
这两个问题一方面巩固学生学习效果，另一方面为后续电势能和电势做铺垫的。即同样的C到B点，UCB=EL。
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⑤创设情境如图所示，从A绕圆周运动到B点，电场力做功。（电场力做功）
⑥从A绕圆周运动一周半后运动到B点，电场力做功。
总结①到④，匀强电场中电场力做功与路径无关。总结⑤⑥，点电荷场中电场力做功与路径无关。
把带电粒子在电场中的运动提前是有逻辑依据的。从教学先后顺序上看，学完电场就可以学习带电粒子的动力学问题了，只是加入了匀变速直线运动，平抛运动等知识点。这里电场力做功用W=FS计算。等搞清楚动力学问题后，学生就有了形象的实例。介绍电场力做功的特点。为后一节电势能做准备。
原本静电场的最后一节可以改为使用动能定理分析匀变速直线运动和类平抛运动，之后介绍示波器。
三、小结
静电场改进后的三层。第一层：（1）电荷及其守恒；（2）库仑定律；（3）电场强度。（3+）带电粒子在电场中的运动和静电力做功。
增加的（3+）是带电粒子在电场中的运动主要是强调其匀变速直线运动和类平抛运动这些基础的动力学问题。之后分析静电力做功问题。为（4）电势能和电势做知识铺垫。
第二层：（4）电势能和电势；（5）电势差；（6）电势差与电场强度的关系。
第三层：（7）静电现象的应用；（8）电容器的电容；（9）示波器。
将（9）改为示波器，一方面示波器的原理就是电场的加速与类平抛运动，可以用动能定理重新回看（3+）中的相关粒子，另一方面主要将焦点放在示波器这一重要仪器的使用和操作上。
这样的改动将第三层全部聚焦到静电场的实例，分别是导体的电场、电容器、示波器，这样从感性到理性到抽象的教学设计，使得静电场这一章节的教学达到了事半功倍的效果。
二〇二〇年九月七日