摘 要：實(shí)驗(yàn)是物理的靈魂，演示實(shí)驗(yàn)是最高效的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略。電勢(shì)差這一知識(shí)點(diǎn)概念性強(qiáng)、抽象、理解難度大，又是高考的重點(diǎn)，教材中對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)沒有編排演示實(shí)驗(yàn)，使得電勢(shì)差的教學(xué)成為教師課堂教學(xué)中的“難題”。本文通過(guò)高效精彩的演示實(shí)驗(yàn)，將抽象的電勢(shì)差概念具體形象化，賦予枯燥難懂的電勢(shì)差靈性，打破以往“灌輸式”的教學(xué)模式，開創(chuàng)了電勢(shì)差教學(xué)的新思路。

　　關(guān)鍵詞：教學(xué)期刊投稿,電勢(shì)差,電場(chǎng)力做功,等勢(shì)面,高效課堂

　　孤立帶電體很難與周圍環(huán)境絕緣，空氣和實(shí)驗(yàn)操作中的接觸都會(huì)使帶電體的電荷量迅速減少，使其很難形成穩(wěn)定而強(qiáng)大的電場(chǎng)，這就是教材中電場(chǎng)這部分內(nèi)容沒有編排演示實(shí)驗(yàn)的原因。而范式起電機(jī)能很好地解決這個(gè)問題。

　　范式起電機(jī)(Van de Graaff generator)是一種能產(chǎn)生很高電壓的靜電高壓發(fā)生裝置。如圖所示，大金屬球電極由有機(jī)玻璃圓筒支撐，上下有兩個(gè)輥，下輥與電機(jī)相連。當(dāng)接通電源時(shí)，下輥通過(guò)膠帶帶動(dòng)上輥運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣上輥與膠帶摩擦產(chǎn)生負(fù)電荷，大量的負(fù)電荷就被上輥旁的上集電梳收集到大金屬球電極上;同時(shí)，膠帶與上輥摩擦產(chǎn)生正電荷，大量的正電荷被膠帶輸送到下輥，被下輥旁的下集電梳收集進(jìn)入大地。而下輥產(chǎn)生的負(fù)電荷，由膠帶運(yùn)送到上輥，被上集電梳收集到大金屬球電極上。電機(jī)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，不斷反復(fù)上述過(guò)程，從而產(chǎn)生很高的電位。在實(shí)驗(yàn)中范式起電機(jī)的大金屬球電極就充當(dāng)了“場(chǎng)源電荷”的角色。由于起電機(jī)能源源不斷為大金屬球電極輸送電荷，所以大金屬球電極的帶電量不會(huì)因?yàn)橹車�環(huán)境的影響而減少，它就能產(chǎn)生穩(wěn)定而強(qiáng)大的電場(chǎng)，供教師進(jìn)行電勢(shì)差的演示實(shí)驗(yàn)。

　　有了穩(wěn)定而強(qiáng)大的電場(chǎng)后，下面就來(lái)做一個(gè)神奇而有趣的實(shí)驗(yàn)――在電場(chǎng)中點(diǎn)亮日光燈管。這個(gè)奇妙的過(guò)程能夠十分形象地說(shuō)明電場(chǎng)中電勢(shì)差是客觀存在的。具體做法如下：

　　首先，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)儀器。范式起電機(jī)和日光燈管必不可少，還需要方便操作的絕緣橡膠手套。

　　然后，便是具體操作。先將日光燈管固定在玻璃支架上，將燈管沿著金屬球半徑方向水平放置，要保證燈管與金屬球高度相同，這樣實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象才會(huì)更明顯。然后打開范式起電機(jī)，就可以看到日光燈管亮了!如圖1所示，沒有通電，日光燈卻能發(fā)光，這是多么神奇呀!

　　圖1

　　接著，讓日光燈管遠(yuǎn)離金屬球，放置方位不變，戴上手套，用手握住日光燈管，打開范式起電機(jī)，將日光燈管緩慢地移近金屬球，可以觀察到日光燈管越來(lái)越亮，直到最后可以照亮整個(gè)教室。如圖2所示，沒有通電，日光燈管從哪兒得到這么大的能量?真是太神奇了!

　　圖2

　　緊接著，還有更神奇的現(xiàn)象。用一根接地線接觸燈管的遠(yuǎn)端，可以看到整個(gè)日光燈管都亮了!如圖3所示。

　　圖3

　　最后，改變?nèi)展鉄艄艿奈恢茫瑢⑷展鉄艄苎刂�與金屬球半徑垂直的方位水平放置，日光燈管竟然不亮了!

　　這個(gè)神奇而又有趣的演示實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f(shuō)明什么呢?怎樣圍繞實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象開展電勢(shì)差的教學(xué)呢?有了這個(gè)有趣的演示實(shí)驗(yàn)，就能直觀又形象地引入“電勢(shì)差”的概念。比如，設(shè)計(jì)問題：“燈管亮了說(shuō)明了什么?使燈管發(fā)光的能量是從哪里來(lái)的?”啟發(fā)學(xué)生思考并總結(jié)：燈管亮了說(shuō)明燈管兩端有電壓，也就是存在電勢(shì)差;燈管處于金屬球的電場(chǎng)中，那么電勢(shì)差就是由金屬球的電場(chǎng)提供的。使燈管發(fā)光的能量是通過(guò)電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子做功由電勢(shì)能轉(zhuǎn)化而來(lái)的。

　　由演示實(shí)驗(yàn)引入電勢(shì)差，既直接又形象。學(xué)生真真切切地看見了電勢(shì)差存在的證據(jù)，印象深刻，實(shí)驗(yàn)法要比類比法和講解法更易于讓學(xué)生接受，大大降低了學(xué)生的理解難度。教師不需要過(guò)多的語(yǔ)言，也大大降低了教師的教學(xué)難度，真正實(shí)現(xiàn)了高效教學(xué)。所以，用演示實(shí)驗(yàn)引入電勢(shì)差概念是教學(xué)上的創(chuàng)新和突破。

　　引入電勢(shì)差概念之后，就可以利用演示實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生準(zhǔn)確地理解電勢(shì)差的物理意義，即電勢(shì)差是描述電場(chǎng)能量的物理量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)還可以解釋電勢(shì)差和電場(chǎng)力做功的關(guān)系。設(shè)計(jì)這樣的問題：“將燈管緩慢地水平移近金屬球，燈管為什么越來(lái)越亮?”啟發(fā)學(xué)生分析：將燈管緩慢地水平移近金屬球，燈管越來(lái)越亮說(shuō)明燈管兩端的電勢(shì)差越來(lái)越大。從電場(chǎng)力做功的角度看，越靠近金屬球，電場(chǎng)力越大，相同的位移電場(chǎng)力做的功就越大，轉(zhuǎn)化的電勢(shì)能就越多，燈管獲得的能量就越多，燈管就越來(lái)越亮。而用一根接地線接觸燈管的遠(yuǎn)端，燈管遠(yuǎn)端的電勢(shì)變?yōu)榱悖瑹艄軆啥说碾妱?shì)差更大了。最后總結(jié)：電勢(shì)差越大，電場(chǎng)力做的功越大，電勢(shì)能轉(zhuǎn)化得越多，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與公式WAB=qUAB的表述一致。可以用圖4描述這個(gè)過(guò)程。

　　理解清楚電勢(shì)差的物理意義之后，還可以利用這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生總結(jié)點(diǎn)電荷電場(chǎng)等勢(shì)面的特點(diǎn)。同樣，為了引導(dǎo)學(xué)生思考，設(shè)計(jì)這樣的問題：“將燈管沿著與金屬球半徑垂直的方位水平放置，燈管為什么不亮了?”啟發(fā)學(xué)生總結(jié)：將燈管沿著與金屬球半徑垂直的方位水平放置，燈管不亮了，因?yàn)闊艄軆啥私咏�等�?shì)，電勢(shì)差接近于零。用實(shí)驗(yàn)研究等勢(shì)面是物理教學(xué)的新思路、新方法。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，能從實(shí)驗(yàn)中親自總結(jié)出等勢(shì)面的特點(diǎn)，加深了他們對(duì)等勢(shì)面概念的理解。圖5描述了這種情形。

　　綜上所述，電勢(shì)差概念的引入、電勢(shì)差與電場(chǎng)力做功的關(guān)系、點(diǎn)電荷電場(chǎng)等勢(shì)面的特點(diǎn)，這三個(gè)教學(xué)重難點(diǎn)都可以通過(guò)“在電場(chǎng)中點(diǎn)亮日光燈管”這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)突破。通過(guò)日光燈管的發(fā)光現(xiàn)象給大家展現(xiàn)看不見摸不著的電勢(shì)差，化抽象枯燥為形象有趣，活化了電勢(shì)差和等勢(shì)面這樣抽象難懂的概念，能很好地幫助學(xué)生理解電勢(shì)差和等勢(shì)面的知識(shí)。解開這個(gè)神秘的現(xiàn)象，便看到了電勢(shì)差的真實(shí)存在。神奇的演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，且該實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，不易失敗，非常適合課堂現(xiàn)場(chǎng)演示，使電勢(shì)差的課堂教學(xué)簡(jiǎn)單易行，課堂效率大幅度提高，這種探索和改進(jìn)可以說(shuō)為電勢(shì)差教學(xué)開創(chuàng)了一條新途徑。