观察需看透 等效要严谨

丁杨泉 朱建武

(江苏省如东县马塘中学，江苏 南通 226401)

在解析“静电场”习题中，学生时常会出现肤浅“观察”得出假解、臆想“等效”产生错解的现象。教师在教学过程中应引领学生在纠错中增强科学观念，习得科学思维，理解科学探究，养成科学态度，激发求真精神，落实立德树人根本任务。

1 “观察”务求看透，寻根求真治理“假解”

电场线和等势线都是描述电场特性的利器，是科学思维的结果。经过观察、比较电场线或等势线的分布情况，能够直接解决静电场的某些问题。如果只是肤浅“观察”，没有经过周密的科学思考，就容易捕风捉影，给出虚假解。因此“观察”务求看透，教师应带领学生寻根求真治理“假解”。

例1：两个带电荷量分别为Q1、Q2的点电荷周围的电场线如图1所示。由图1可知( )。

图1

A.两点电荷带异种电荷，且Q1>Q2

B.两点电荷带异种电荷，且Q1

C.两点电荷带同种电荷，且Q1>Q2

D.两点电荷带同种电荷，且Q1

常见解析：观察图1中电场线分布情况，可判断这两个点电荷带异种电荷；Q1周围的电场线比Q2周围的电场线密，说明Q1附近的场强比Q2附近场强大，Q1>Q2，故选项A正确。

学生质疑：全面进行观察比较，Q1左侧的电场线并不比Q2周围电场线都密，Q1附近任意一点的场强，一定比Q2附近任意一点的场强都大吗？

图2

在细致观察的基础上，运用严密的科学分析、推理，看透现象的本质，从而得出科学严谨的结论，体现了良好的科学态度。

例2：a、b两个异种点电荷电场中的部分等势线如图3所示，其电荷量大小分别为qa和qb，已知A点电势高于B点电势(取无穷远处电势为零)，则下列说法中正确的是( )。

图3

A.a处为正点电荷，qa

B.a处为负点电荷，qa>qb

C.a、b连线中点的电势大于零

D. 将一正的试探电荷从A移到B，电场力做负功

常见解析：与等量异种点电荷电场比较，靠近正电荷的点的电势较高，故a处为正点电荷；该图中左侧的等势线比较密，无穷远处电势为零，与a点之间的电势差较大，a点所带电荷量较多。选项C正确。

学生质疑：能明显看出“左侧的等势线比较密”吗？如何判定a点与无穷远处间电势差一定较大？有可信的根据吗？

打假求真：学生先独立思考，再小组讨论。

方法二：如果较准确地画出a、b之间若干电场线，就具有与例1中电场线一样的分布特征，利用场强矢量关系图也能正确求解。

观察务求看透，破解必须求真。学生科学态度的培养，贯穿于打假求真的过程中。

2 “等效”不可臆想，用准模型纠正“错解”

“等效”思想是常用的科学思维方法，但是，凭空臆想而来的所谓“等效”，不仅不能正确地解决问题，而且不利于学生物理观念的形成。在一些教学资料中，流行一种错误的“等效观点”，认为“均匀分布的带电圆环的电场，等效于将其电荷放在圆环圆心处时产生的电场”。

例3：如图4所示，A、B两圆环上均匀分布着等量的正电荷，x轴垂直于环面且过两圆环圆心O1和O2，P为O1O2的中点。下列说法中正确的是( )。

图4

A.P点的电场强度为零

B.O1点的电场强度为零

C.O1点电势一定等于O2点电势

D. 从O1点沿x轴到O2点，电势一定先降低后升高

把A圆环上电荷看成“无数对等量正电荷”，容易理解它在O1处合场强为零，但说成“其电荷等效放在O1处”，则无法理解“O1处合场强为零”。B圆环上电荷同样看成“无数对等量正电荷”，并在O1处合场强不为零、方向水平向左。没有依据“两个圆环上电荷可等效放在O1和O2”，也能确认选项A对、B错。因此采用原解析中的“等效观点”，轻松得出“选项D正确”，这可信吗？

学生理解在静电场中有一个重要的模型及其规律：两个等量的正点电荷，其连线中点处的合场强为零，连线的中垂线上无穷远处合场强也为零，故在此中垂线上有两个点的合场强最大。参考文献[1] 中证明了“场强最大点与两点电荷的连线，与中垂线之间夹角都为54.736°”，且此角度与点电荷的电荷量、点电荷间距离都无关。而本题中R与l之间存在多种不同的大小关系，分场强E1和E2的“场强最大点”会出现在不同的位置。据此质疑：沿x轴从O1点到O2点之间，最多有几个合场强为零的点？

经过深入讨论和交流，大家一致认为，除P点合场强为零外一定存在一种可能：在O1点与P点之间的连线上有一点A1，该点合场强为零，且O1A1段的合场强方向水平向左、A1P段的合场强方向水平向右；同理，在P点与O2点之间的连线上也有一点A2(与A1点关于P点对称)，该点合场强也为零，且PA2段的合场强方向水平向左、A2O2段的合场强方向水平向右。在此情况下，从O1点沿x轴到O2点，在O1P段电势先升高后降低，在PO2段电势也先升高后降低。因此选项D认为“电势一定先降低后升高”实属错解。

综上所述，只有通过深度学习和探究，练就一双慧眼，才能及早甄别教学中出现的假解、错解，防止以讹传讹，并通过引领学生打假、纠错，切实提高学生的核心素养。