一、人教版教材的問題
電場(chǎng)線概念教學(xué),課本引入時(shí),基本上都是直接推獻(xiàn)給中學(xué)生有電場(chǎng)線如此一種描述電場(chǎng)硬度分布的方式,并直接說用電場(chǎng)線切線方向表示電場(chǎng)硬度方向(①),老版人教版教材并沒有直接強(qiáng)調(diào)電場(chǎng)線明暗程度表示電場(chǎng)硬度大小(②),而是在僅僅根據(jù)①畫出各類電場(chǎng)的電場(chǎng)線后電場(chǎng)線,總結(jié)出②,新版人教版教材有所改進(jìn),同時(shí)給出①②作為電場(chǎng)線的基本要求。
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2003年人教版必修3-1
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2019年人教版選修三
這些教學(xué)設(shè)計(jì),簡(jiǎn)單直接,但是缺少必要的概念建構(gòu)過程,變得艱澀、不自然。
八十年代甲種本數(shù)學(xué)課本以前有過一個(gè)引入設(shè)計(jì),先在點(diǎn)電荷周圍畫一些箭頭表示電場(chǎng)硬度的分布,之后介紹說法拉第有更簡(jiǎn)約的方式——電力線。
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數(shù)學(xué)甲種本第二冊(cè)
甲種本的這個(gè)引入設(shè)計(jì),相對(duì)后來的人教版教材,來得稍為自然一些,但是,這種箭頭卻不能直接自然過渡到電場(chǎng)線。
二、改進(jìn)版教學(xué)設(shè)計(jì)
?我在電場(chǎng)線備課時(shí),借鑒甲種本思路,并將高斯定律隱蔽式列入設(shè)計(jì),因而得到了如下教學(xué)設(shè)計(jì),供你們參考。
1、點(diǎn)電荷電場(chǎng)硬度教學(xué)過程,為了形象直觀表示電場(chǎng)硬度分布,給出了如下兩幅圖:
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一個(gè)球面上的河豚式分布圖
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不同球面上的場(chǎng)強(qiáng)對(duì)比圖(截面圖)
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2、引入電場(chǎng)線時(shí),先嫌棄上述方式的紛擾,之后問中學(xué)生有沒有更簡(jiǎn)練明了的方式?似乎有中學(xué)生會(huì)想到把那些箭頭連上去,中學(xué)生沒想到的話,就直接引導(dǎo)說,假如把那些箭頭連上去,瞧瞧有哪些發(fā)覺沒有。
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把場(chǎng)強(qiáng)矢量箭頭沿直徑方向連上去
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3、引導(dǎo)中學(xué)生發(fā)覺,電場(chǎng)硬度的方向可以用這些連上去的線的方向表示,除了這般,緊靠場(chǎng)源電荷處這些線較為密集,遠(yuǎn)離場(chǎng)源電荷處較為稀疏,因而,是否就可以用這些線的明暗程度表示電場(chǎng)硬度大小?
4、論證這些線的明暗程度的確才能嚴(yán)格表示電場(chǎng)硬度大小。
首先,聯(lián)想到后面早已介紹的立體圖:
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?設(shè)從場(chǎng)源電荷發(fā)出(或收到)的這些線根數(shù)為N,則球面上的這些線的明暗程度可以表示為單位面積上的根數(shù):
N/4πr2∝1/r2
由此可以看出,這些線錯(cuò)落程度的確可以反映點(diǎn)電荷電場(chǎng)硬度與距離的平方正比規(guī)律。
之后,對(duì)比E=kQ/r2,我們發(fā)覺,電場(chǎng)硬度除了正比于距離平方,還反比于場(chǎng)源電荷的電荷量,假如規(guī)定由場(chǎng)源電荷發(fā)出(或收到)的這些線的根數(shù)反比于場(chǎng)源電荷電荷量:
N∝Q
不就可以用這些線的明暗程度全面的表示電場(chǎng)硬度的大小了么!
5、告知中學(xué)生,這就是法拉第引入的形象直觀描述電場(chǎng)硬度分布的“電力線”(現(xiàn)稱之為電場(chǎng)線),并總結(jié)出兩個(gè)要求①②。并順便強(qiáng)調(diào),電場(chǎng)線只是一種直觀描述電場(chǎng)硬度分布的物理工具,并非真實(shí)存在的線狀實(shí)體。
6、然后,和中學(xué)生一起,按照電場(chǎng)硬度的疊加原理,畫出等量異種電荷和等量同種電荷的電場(chǎng)線分布圖(先在電場(chǎng)中取一些點(diǎn)電場(chǎng)線,用電場(chǎng)硬度的疊加原理求出這種點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向和大小變化情況,之后按照電場(chǎng)線的兩個(gè)要求①②作電場(chǎng)線分布圖)。
三、對(duì)東正教學(xué)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)
這些教學(xué)設(shè)計(jì),才能使電場(chǎng)線概念構(gòu)建的愈發(fā)自然,愈發(fā)嚴(yán)謹(jǐn),并自然而然的蘊(yùn)涵了高斯定律,對(duì)大賽做了適當(dāng)鋪墊,為靜電屏蔽中的內(nèi)屏蔽情況的解釋做了適當(dāng)鋪墊。
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之后教學(xué)中若果遇見不等量電荷的電場(chǎng)線分布圖時(shí),也比較容易解釋清楚為什么電荷量大的場(chǎng)源電荷發(fā)出(或收到)的電場(chǎng)線多一些。
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