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“电场强度和电势差的关系”教学策略
作者：邓伟良
本节教学的一个重要内容就是要得出公式U=Ed，即在匀强电场中，沿着电场强度的方向，任意两点间的电势差等于场强与这两点间的距离的乘积，并进而得出：不沿场强方向两点间的电势差的求法。然而，教材（粤教版选修3-1）对该点的求法却没有涉及，而学生却往往又会将不沿场强方向两点间的电势差误当作沿场强方向的情况去处理、去求解。究其原因，是因为学生在学习上述内容时，对“沿着电场强度的方向”这个前提条件没有引起足够的重视，而对它的认识又只有通过与“不沿电场强度的方向的两点间的电势差又怎样求”的情况进行对比才能得到强化！所以，教学这部分内容时，分两步走：第一步，在匀强电场中，选取沿场强方向的两点A、B，让学生探究A、B两点间的电势差U与场强E的关系（如图1），紧接着让学生练习两道题：
（图1） （图2）
[练习1]如图2，在匀强电场E中，E＝100N/C，沿场强方向A、B两点相距20cm，求UAB
[练习2]如图3，在匀强电场E中，E＝100N/C， A、B两点相距20cm， 则A、B两点间的电势差为
A.2000V
B.20V
C.以上均不对（图3）
第二步，在练习2的基础上，很自然地引出：那么不沿电场强度的方向的两点间的电势差又怎样求呢？再让学生探究，并指出：这时的d表示这两点沿场强方向的距离。
（二）投石问路、引导探究
新课程改革的目标之一就是要提高学生的科学探究能力。本课中，公式U=Ed的结论要通过学生的自主探究而“发现”得出。但是课堂探究最忌一大二空，忌让学生在漫无范围、完全自由随意的状态下去“探索问题”，那实际上是一种耗费时间的低效教学行为。上课开始，先引导学生回忆旧知：①什么叫电势差？公式怎样？②求电场力做功有哪几种方法？绝大多数同学能从①问的回答中变形出W=qU并能回忆起力学中学过的功的公式W=FS或W=FScosθ，然后设计情境：将一个正的点电荷q沿着场强的方向从A点移到B点，你能求出电场力对电荷做的功吗？这样学生在求功的过程中就自然能够主动地“发现”出U与E的关系了。而且也为放手让学生进行第二步的探究（不沿场强方向时的情况）作了铺垫，学生此时还能设计出类似的情景去探究U与E的关系。这种在教师指导下的探究活动才是一种切合学生实际的、接近学生“最近发展区”的认知活动，才是新课程改革所真正提倡的！
（三）直观形象、化解难点
本节教学的另一个内容是电场线与等势面的关系。教材上是通过在等势面上移动电荷时电场力不做功来推出电场线一定垂直等势面的，这对学生来说其实有点抽象。可在教学中做这样的处理：借学生第二步探究得出的结论U=Ed （d表示这两点沿场强方向的距离）顺势创设情景：（如图4）
（图4）（图5）
1.在匀强电场E中，沿场强方向取两点A、B，他们之间的距离为d，则UAB=？
2.过点B作电场线的垂线，在垂线上依次取点C、D、F点，则 UAC=？UAD=？UAF=？
3.由此能想到什么吗？（CDFB面是一个等势面），那么等势面和电场线之间有何关系？这样不但直观形象、容易理解，而且知识点之间的衔接自然顺畅，容易形成知识链。
（四）娓娓道来、逐个击破
教材在得出：在匀强电场中，沿着电场强度的方向，任意两点间的电势差等于场强与这两点间的距离的乘积 U=Ed之后随即转换得出E=U/d。如果也按这个节奏进行教学，则不利于学生接受。因为这里有太多的知识点堆积，学生对“沿着电场强度的方向”还没有深刻地理解，对“不沿电场强度的方向的两点间的电势差”还不知道怎样求，还有场强的两个单位的一致性的的证明，求场强的三种方法的比较等等。在教学中，等学生将U=Ed公式巩固，并借助U=Ed引出了等势面—观察等势面—画等势面—分析等势面之后，再将变形式E=U/d延迟引出，进而证明其两个单位是一致的，并引导学生比较求场强的三种方法，这样教学知识更加系统，更符合学生的认知心理。
（五）融会贯通、升华应用
在学生比较了求场强的三种方法之后，让学生做如下练习：
[练习]如图5，相距10cm的两块平行金属板A、B，接在10V的直流电源上（A板接电源的正极）在两板之间的中点P有一带电量为1.0×10-2C的带负电微粒，求它受到的电场力？
变化1：如果该微粒静止于P点，则其质量多大？（g=10N/kg）
变化2：如果只将两板间的电势差增大为20V，该带电微粒将会怎样？能求得哪些结果？（讨论探究，尽可能多地求出）
变化3：此时，若两板之间另有一个半径为r，密度为ρ的带电油滴，恰能处于悬浮状态，能求出该油滴带有多少电吗？（引出：元电荷的测定——密立根油滴实验）
变化4：（延伸）是否还能有更好的方法来测定元电荷的数值呢？（激发创新，并延伸课外）
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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