重力场和静电场的比较学习

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○理化生教学与研究2017年第7期周刊重力场和静电场的比较学习陈苏畅王洪娜（青岛市五十八中，山东青岛266100）摘要：重力场和静电场之间具有很多共性，为了便于理解，教师常常建议学生将静电场与相对熟悉的重力场类比学习，但二者之间是有差异的，如果对这些差异理解不够，反而容易导致更多的困惑。作者将自己学习过程中的一些心得加以总结，希望起到抛砖引玉的作用。关键词：静电场重力场类比法场是一种客观存在的特殊物质，高中物理涉及重力场和2.比对理解中要注意的问题静电场的学习。由于静电场无法直观地观察到，为了便于理解，静电场与重力场在很多方面相似，便于类比学习，但弄清常常建议学生将静电场与相对熟悉的重力场类比学习［1］［2］，从楚静电场与重力场间的差异与区别才能更好地掌握。而加深理解，而静电场与重力场是有差异的，如果对这些差异2.1量纲差异理解不够，反而容易导致更多的困惑。笔者将自己学习过程中重力场来源于万有引力，其表达形式为：的一些心得总结出来，希望起到抛砖引玉的作用。gmm12F=1.重力场和静电场的对比2r类比推理是由两件事物的相似性类推出相似的性质。重质点或点电荷的库仑力也可表示为：力场和静电场有很多相似的性质。kqq1.1定义对比F=12地球的重力场是重力势的梯度，重力场强度又称重力加2r速度，其定量描诉为：可以看到，重力和点电荷的库仑力在形式上非常相似。事g=G实上，感觉重力场更像一个均匀的力场。其原因是在重力的计m算过程中，其分母r是由两部分组成，地心到地面的距离（地球由静止电荷（相对于观察者静止的电荷）激发的电场，静半径）加物体到地面的高度，地球半径平均大约为6371.393千电场定量描述为：米，常常感知到的物体到地面的高度一般为几十米，从量纲上F差异巨大，所以计算时忽略掉物体到地面的高度，感觉起来重E=q力场更像匀强电场。从表达式上看，二者具有类似的描述，但我们在使用重力2.2静电场变化更复杂加速度时，往往忽略物体距离地面的高度，其值近似为常数，计算重力加速度时只需考虑地球质量一种情况，表现为而且其方向垂直向下指向地心；静电场则复杂得多，不仅受制引力，指向地心，如果距地面高度较小，可以忽略高度造成的于激发电场的静电荷，还会因为同种电荷和不同种电荷作用重力加速度带来的影响；而静电场库仑力计算时，在力的方向力截然相反。初学者很容易产生困惑，重力场从计算形式上类上要考虑是同种电荷还是异种电荷，同种电荷会相互排斥，故似于点电荷产生的电场，从感觉上更接近于匀强电场。在规定电场的方向与电势的高低时都只能以正电荷为准，负1.2功和能的性质电荷反之，且电场电荷量形式多样，其受力、运动及能的各种重力场中的物体具有重力势能，物体在重力场中某点的情况比重力场要复杂得多。重力势能等于把物体从该点移到零势能位置时重力做的功，3.借用图形加深理解称为绝对重力势能，一般情况下，我们把物体从一个位置移动人们用电场线来描述电场，也可以用重力线来描述重力到另外一个位置，需要做正功或者负功，其差值满足能量守恒场。只不过因为重力场比较简单，资料上很少出现重力场的表定律。重力做功的特点是：做功只与运动物体的始末位置有述，如下图所示，参考静电场的示意图，绘制了重力场的示意关，与运动物体所经过的路径无关。这个特点可表述如下：当图。通过图形这种直观的形式认识静电场线与重力场线的区物体从某点沿任一闭合路径绕行一周回到该点时，重力所做的别和联系，很容易对这两种场的认识留下明确的印象。功为零。具有这种特点的力称为保守力，那么引力场可称为保守场。在同样的高度移动物体，重力场不做功。静电场中的带电物体同样具有电势能，电荷和静电场共同组成系统。任何静电场都可看做是静电场中各点电荷的分电场的叠加，带电物体在静电场中移动时，电场力对带电物体所做的功也就等于各个点电荷的电场力所做功的和。类似于重力场，因为每个点电荷的电场力所做的功都与路径无关，所以相应的代数和也与路径无关。因此，静电场力是保守力，静电场也是保守场。在静电场的等势面间移动带电物体，电场力不做功。1.3作用区域重力场的任何物体，不管何种位置或运动状态，都会因为地球的万有引力而产生重力；处于静电场的点电荷因为存在静电力的作用，产生库仑力，但是由于静电屏蔽，静电场中的金属空腔内，带电物体不受静电场作用，这一点和重力场不4.复合场问题同，在计算力和功的时候需要注意，避免出错。复合场是指重力场、电场并存的场（也可以叠加磁力场）。134

1周刊2017年第7期○理化生教学与研究如何进行初中物理电学实验复习李晓龙（会宁县桃林中学，甘肃会宁730799）摘要：初中物理电学实验是每年中考的高频考点，如何进行中考前的电学实验复习，作者有以下做法。关键词：初中物理电学实验复习整体掌握细节处理比较异同实验探究题目是每年中考必考的题型，分析近几年的中是不科学的、不全面的甚至错误的，因此为了全面科学地探究考题目，电学实验每年都是必考的，当然对于实验的学习，主各物理现象的规律，必须进行多次测量。在《串、并联电路的电要在上新课时进实验室锻炼实践动手能力、团队合作能力、探流关系》、《串、并联电路的电压关系》实验中，要更换不同规格究能力。但在综合复习阶段，不可能把学生带进实验室逐一地的小灯泡进行多次测量；在《探究———电流与电压电阻的关做实验，只有把所有的电学实验整合在一起，使学生对电学实系》、《伏安法测电阻》实验中，要通过调节滑动变阻器的滑片验有整体的把握，形成体系，然后通过对比，掌握每个实验的进行多次测量和记录，在《探究———小灯泡的电功率》实验中，异同，既掌握电学实验的共性，又对每个实验有细微的区别，也要通过调节滑动变阻器的滑片，使电压表的读数略大于、等只有这样才能在中考时取得高分。在多年中考复习教学中，笔于、略小于额定电压的情况下进行测量和记录，然后算出不同者有如下做法。条件下灯泡的实际功率，当实际电压等于额定电压时，实际功一、整体掌握，形成体系率等于额定功率，绝不能以三次功率的平均值作为额定功率。初中物理电学部分的实验主要有《串、并联电路的电流关三、研究方法的选取不同系》、《串、并联电路的电压关系》、《探究———影响电阻大小的《探究———影响电阻大小的因素》、《探究———电流与电压因素》、《探究———电流与电压电阻的关系》、《伏安法测电阻》、电阻的关系》两个实验采用的是控制变量法，而且对《探《探究———小灯泡的电功率》共六个，在这六个学生实验中都究———电流与电压电阻的关系》来说，整个实验分为两个过要用到电压表和电流表这两种测量器材，所以熟练掌握这两程：其一是当电阻一定时，探究电流与电压的关系；其二是当种器材的使用是做好实验的基础，对于这两种器材，要求学生电压一定时，探究电流与电阻的关系。在这两个过程中，滑动“四会”，即“会调零、会选择量程、会连接、会读数”。在《探变阻器的作用是不同的。在第一个过程中，一方面滑动变阻器究———电流与电压电阻的关系》、《伏安法测电阻》、《探究———起保护电路的作用，另一方面通过调节滑动变阻器的滑片，改小灯泡的电功率》三个实验中还用到一个重要的电学仪变电路中的电流；进而改变定值电阻两端的电压；在第二个过器———滑动变阻器，对于滑动变阻器要求学生掌握它的制成程中，滑动变阻器保护电路的作用没变，但通过调节滑片，使原理（通过改变连入电路的电阻线的长短改变连入电路的电电阻两端的电压保持不变。阻值）和接线柱的选择（一上一下）及接入电路部分（滑片与下四、实验电路基本相同面接线柱之间的部分）的确定，知道连入电路的电阻值只与下对于《探究———电流与电压电阻的关系》、《伏安法测电面接线柱的选择有关。阻》、《探究———小灯泡的电功率》三个实验，它们的实验电路二、多次实验，各具千秋图基本相同，如下图所示：实验探究是学习物理的一种重要的方法，而实验离不开测量，对某个物理量往往需要进行多次的测量，虽然多次测量的目的各不相同，却是有规律可循的。物理实验探究中多次测量的目的从大的方面看有两个目的：一是为了求平均值减小误差；二是为了寻找普遍性规律。测量误差是测量不可避免的。为了达到测量的准确程度，必须对测量结果进行估读，估读数据时大时小，因而为了减小测量误差，提高测量的准确程度，多次测量求平均值达到减小五、实验原理不同实验误差是一种行之有效的方法。在《伏安法测电阻》实验中，《伏安法测电阻》的实验原理为：R=U/I；《探究———小灯泡被测电阻的阻值是确定的，多次测量只是为了减少测量值和的电功率》的实验原理为：P=UI。真实值的差距。总之，电学的这六个实验是初中物理实验的重点，也是每更多的物理测量是为了探索大自然中各种现象的规律。年的高频考点。通过上面几方面的学习，学生电学实验有一个由于不同物理量之间的内在联系的多样性和复杂性及少数几整体的把握，形成知识框架，不仅掌握电学实验的共性，而且次测量往往具有一定的偶然性、片面性，如果仅通过少数几次掌握每个实验的细微差别，在考试中避免张冠李戴现象。测量就轻易做出结论，便和瞎子摸象没有多大区别，结论往往复合场受力问题解题时，应该分别考虑物体所受重力、库仑力参考文献：的作用，由于重力场和静电场均为保守场，可能的话用能量的［1］张吉乾.静电场与重力场的类比学习［J］.课堂内外·教观点求解问题。师版，2015，8：65-66.5.结语［2］周晓薇.静电场与引力场的比较［J］.科教文汇，2010.重力场和静电场之间具有很多相似的共性，用类比法可03：100.以加深认识和理解，但是如果对二者之间的差异理解不够，反［3］郑永成，用类比法研究电场［J］.科学导报，2013（14）：345.而容易导致更多的困惑。以上是笔者的一些心得，希望起到抛砖引玉的作用。指导老师：王洪娜135