电荷及其守恒定律模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇电荷及其守恒定律，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

关键词：电荷守恒定律；氧化还原反应实质；对比分析；系统整合

文章编号：1005?C6629（2014）7?C0013?C03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

电荷守恒定律是物理学中重要的基本定律之一，对氧化还原反应实质的认识是理解氧化还原反应理论知识的关键。电荷守恒定律与氧化还原反应实质分属物理和化学两门不同学科，但却是分别从不同学科视角对电荷转移情况的描述。然而，从现有文献来看，学界并未对两者之间的关系进行深入分析。本文运用系统论对两者进行对比分析和系统整合，以期引导学界在进行电荷守恒定律教学时，充分运用氧化还原反应实质作为电荷守恒定律在微观领域具体应用的实例之一，帮助学生从电子在氧化还原反应中的转移和守恒来理解和掌握电荷守恒定律的微观本质，帮助学生架起从微观本质上来认清宏观物理学定律实质的桥梁；在进行氧化还原反应教学时充分运用电荷守恒定律来帮助学生从物理学电荷转移和守恒这一宏观角度来认清氧化还原反应实质，帮助学生架起运用宏观物理学定律来认清微观化学反应实质的桥梁，进而帮助学生构建起完整的电荷转移知识体系。

1 电荷守恒定律与氧化还原反应实质的内容

人教版高中物理教材选修3-1首先在对电荷进行介绍的基础上给出了电荷守恒定律传统的表述：“大量事实表明，电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变。这个结论叫做电荷守恒定律。[1]”然后在介绍带电粒子产生和湮没知识的基础上给出了电荷守恒定律现在的表述：“一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。[2]”人教版高中化学教材必修1首先通过分析氧化还原反应实例中元素化合价的升降情况对初中教材中氧化还原反应概念进行拓展而给出氧化还原反应的定义：“并非只有得氧、失氧的反应才是氧化还原反应，凡是有元素化合价升降的化学反应都是氧化还原反应。”然后通过介绍原子结构以及电子在氧化还原反应中转移（得失或偏移）情况阐明氧化还原反应的实质是电子转移，并从氧化还原反应实质（电子转移）的角度给出了氧化还原反应的定义：“通过以上的分析，我们认识到有电子转移（得失或偏移）的反应，是氧化还原反应。[3]”教材没有提及在氧化还原反应中是否存在带电粒子的产生和湮没以及相关情况。本文也在不考虑带电粒子产生和湮没的情况下对电荷守恒定律与氧化还原反应实质做一浅显对比分析。

2 电荷守恒定律与氧化还原反应实质的对比分析

从教材对比我们发现，关于电荷守恒定律与氧化还原反应的实质，两者之间存在着一些相似之处、差异和联系，需要我们重视。

2.1 电荷守恒定律与氧化还原反应实质之间的相似之处

电荷守恒定律与氧化还原反应实质都是对“电荷转移情况”进行描述，两者之间必然存在着相似之处。

（1）所描述对象都是一个与外界没有电荷交换的系统。电荷守恒定律适用的前提是“一个与外界没有电荷交换的系统”；同样，如果把发生氧化还原反应的化学反应体系看作一个系统，虽然该系统通过氧化还原反应使系统中的电子发生了转移，但从氧化还原反应实质来看，该系统与环境没有任何电荷交换，必然是“一个与外界没有电荷交换的系统”。正如物理教材所举用丝绸摩擦玻璃棒这一“摩擦起电”的例子时所描述的那样，“用丝绸摩擦玻璃棒时，玻璃棒上有些电子跑到丝绸上了，玻璃棒因缺少电子而带正电，丝绸因有了多余的电子而带负电”。在玻璃棒和丝绸组成的这一系统中，电子只是从玻璃棒这一子系统转移了该系统的另一子系统丝绸上而使该系统的两个子系统带有不同种类的电荷，而该系统与环境并没有任何电荷交换，是“一个与外界没有电荷交换的系统”。同样，在化学教材所举Fe+CuSO4=FeSO4+Cu这一氧化还原反应系统中，电子只是从Fe转移到了Cu2+上，而该系统与环境没有任何电荷交换，也是“一个与外界没有电荷交换的系统”。

（2）系统内的电荷都“既不会创生，也不会消灭”。电荷守恒定律传统的表述首先强调“大量事实表明，电荷既不会创生，也不会消灭”；氧化还原反应实质表明，在氧化还原反应过程中只是发生了电子的转移，必然没有“电荷的创生与消灭”。其实，无论“摩擦起电”、“感应起电”还是“氧化还原反应中电子的转移”，其微观实质都是因“电子的转移”而发生的电现象，在这三个过程中都没有“电荷的创生与消灭”。

（3）都是电荷在系统内发生转移。电荷守恒定律表明，电荷可以从一个物体转移到另一个物体或者从物体的一部分转移到另一部分；氧化还原反应实质表明，在氧化还原反应中，电子可以从一个微粒（还原剂）转移到另一个微粒（氧化剂）而发生电子的得失或者从某些微粒的一部分转移到另一部分而发生电子的偏移（因共价键的形成或断裂而导致原子的电子云形状发生改变）。就物理教材所举摩擦起电和静电感应的例子而言，摩擦起电的实质是由于构成不同物体的原子或分子对电子的引力不同，在环境的作用（摩擦）下迫使电子从一个物体转移到了另一个物体而使两个物体带有不同种电荷；静电感应的实质是在环境（带电体）的作用下迫使电子从导体的一部分转移到了另一部分而使导体两端带有不同种电荷。同样，在氧化还原反应中，诸如2Na+Cl2=2NaCl、Fe+CuSO4=FeSO4+Cu等这一类涉及到离子键的氧化还原反应，其实质是由于氧化剂和还原剂对电子的引力不同而迫使电子从一个微粒（Na、Fe）转移到另一个微粒（Cl、Cu2+）而发生电子的得失；而H2+Cl2=2HCl、H2O+C=H2+CO等这类只涉及共价键的氧化还原反应，其实质是电子从某些微粒（H、Cl和H、O、C）的一部分转移到另一部分而发生电子的偏移。

（4）系统的电荷的代数和保持不变。电荷守恒定律现在的表述是将电荷及其发生转移的媒介（电荷发生转移的不同物体或者某一物体）看作一个系统，那么，“一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变”；同样，在氧化还原反应系统中，虽然通过氧化还原反应使该系统的电子发生了转移，但电子只是发生了转移，电子的个数自然不会发生改变，电荷的代数和必然保持不变。

2.2 电荷守恒定律与氧化还原反应实质之间的差异

电荷守恒定律与氧化还原反应实质又是从“不同学科视角”来描述电荷转移情况，两者之间的差异具体如下。

（1）所属学科不同。很显然，电荷守恒定律是物理学中重要的基本定律之一，是对电荷在不同物体之间或者同一物体不同部分之间发生转移的这一宏观现象及其所遵循规律的描述；而认清氧化还原反应实质则是学习化学学科重点理论知识氧化还原反应的关键，氧化还原反应实质是对电子在不同微粒之间或者某些微粒不同部分之间发生转移的这一微观现象及其所遵循规律的描述。

（2）所描述的电荷不同。电荷守恒定律描述的电荷包括正电荷和负电荷，是对电荷在物体上发生转移的现象及其所遵循规律的描述；而氧化还原反应实质描述的电荷就是电子，是对电子在氧化还原反应中发生转移的现象及其所遵循规律的描述。

（3）所描述的电荷转移媒介不同。电荷守恒定律中电荷发生转移的媒介为物体；而氧化还原反应中电子发生转移的媒介为微粒（包括原子和离子）。

2.3 电荷守恒定律与氧化还原反应实质之间的联系

原子是构成物质的最小单元，从原子结构知识可知，原子是由原子核和核外电子构成，原子核中的质子和核外电子所带的电荷数量相等符号相反，所以整个原子对外界较远位置表现为电中性。要产生电荷守恒定律中所描述的正负电荷和发生电荷转移，其前提条件是必须要使构成物体的物质的部分或全部原子发生电子转移，即只有发生电子转移才会产生电荷和电荷转移。而构成物体的物质的部分或全部原子发生电子定向转移，则必然会发生“电荷从一个物体转移到另一个物体或者从物体的一部分转移到另一部分”的宏观现象。同样，通过运用原子结构知识以及与电荷在物体上的转移进行对比分析很容易理解，氧化还原反应实质是由于氧化剂和还原剂对电子的引力不同而迫使电子在不同微粒之间或者某些微粒不同部分之间发生的转移，且电子在转移的过程中遵守电荷守恒。

3 电荷守恒定律与氧化还原反应实质的系统整合

知识需要不断地整合，产生一般性的高质量知识、综合性知识和全面的知识，实现知识整体化，从而形成完整的知识体系[4]。高中各门课程作为学校所开设课程体系这个大系统中的子系统，它们之间必然有着密切的联系[5]。物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学。化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的自然科学，其特征是研究分子和创造分子。物理学与化学的关系是唇齿相依、息息相关的，无论是从宏观上还是从微观上都是相辅相成、共同发展的[6]。对物理知识与化学知识进行系统整合包括在学科之间不同层次上的纵向整合和同一层次上的横向整合。而对物理与化学的基础知识进行整合是进行学科知识整合的基础，是学生认知结构进行重组的关键，是帮助学生对物理与化学知识进行系统整合的重点[7]。在物理教学中，我们理应在讲解电荷守恒定律时，引导学生将电荷在物体上发生转移的这一宏观现象及其所遵循规律与电子在微粒上发生转移（氧化还原反应实质）的这一微观现象及其所遵循规律进行对比分析，注重引导学生运用氧化还原反应实质来理解和掌握电荷守恒定律的微观本质，帮助学生架起从微观本质上来认清宏观物理学定律实质的桥梁，在此基础上通过对两者进行系统整合来帮助学生初步形成较为完整的电荷转移知识体系。在化学教学中，我们理应在讲解氧化还原反应时，引导学生将电子在微粒上发生转移的这一微观现象及其所遵循规律与电荷在物体上发生转移的这一宏观现象及其所遵循规律进行对比分析，并注重引导学生运用电荷守恒定律来理解和掌握氧化还原反应实质，帮助学生架起运用宏观物理学定律来认清微观化学反应实质的桥梁，在此基础上通过对两者进行系统整合来帮助学生初步形成较为完整的电荷转移知识体系。通过物理和化学两门学科的教学，帮助学生从不同学科视角来理解和掌握电荷转移知识，通过对电荷守恒定律与氧化还原反应实质的对比分析和系统整合帮助学生构建起完整的电荷转移知识体系。

4 电荷守恒定律与氧化还原反应实质的对比分析与系统整合对教学的启示

总之，知识的生成和发展过程已经由知识的分化占主导地位转变为知识的整合占主导地位，自然科学也在分科越来越细致、更加具体化的基础上正逐渐走向统一与整合[8]。物理和化学作为自然科学中联系最为紧密的两门学科，其相互交叉和融合程度也必然越来越高。通过对电荷守恒定律与氧化还原反应实质的对比分析与系统整合，必然会产生一般性的高质量知识、综合性知识和全面的知识，通过系统的整体涌现实现“整体大于部分之和”的效果。在指导学生对电荷守恒定律与氧化还原反应实质进行对比分析与系统整合的基础上，力求对各学科中的相关知识进行系统整合而形成完整的知识，进而对各学科知识体系进行系统整合而形成完整的知识体系，有利于帮助学生构建起符合素质教育要求的知识体系，有利于帮助学生不断提高综合应用知识的能力。

参考文献：

[1][2]张大昌，张维善.物理选修3-1（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2010：4.

[3]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书?化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：35～37.

[4]李喜先等.知识系统论[M].北京：科学出版社，2011：123.

[5]陈伟，谢铁丽.系统学习法的学习方法指导――基于系统论的学习方法指导[J].学园（教育科研），2012，（11）：93～94.

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一、设计理念

“电荷及其守恒定律”是本章的预备性知识，本节重点是电荷守恒定律，利用电荷守恒定律分析解决感应起电是难点，而静电感应现象具有一定的抽象性，做好实验是关键。物理是以实验为基础的科学，课堂主要以实验法进行探究教学，利用多媒体将生活实例、问题思考、实验探究等融合起来，形成主线。让学生在探究中形成新知，体验方法，理解感应起电的本质，突出了重点电荷守恒的思想，突破难点，培养学生勇于探索，领悟科学探究的方法。

二、教学过程与赏析

（一）创设情境伏疑，有效引入

【情景】播放科学达人卢驭龙模拟闪电、辉光球点亮日光灯、手摸球怒发冲冠的录像。

学生惊奇尖叫，自觉营造起探究的课堂气氛、自然生成本节课的主题――电荷及其守恒定律。

赏析：“疑是思之始，学之端”。问题情境的创设能以趣诱思，在学生心求通而不得、口欲言而不能的情况下，能创设一种激发学生思维，产生疑问的课堂氛围，为达成课程目标打下基础。

（二）设置情景启思，整合形成新知

片段：从富兰克林的“风筝实验”接引雷电下九天，引出正负电荷。

通过提问：如何来检验物体是否带电？引出验电器，介绍验电器结构。

【思考1】验电器的工作原理？

【情境】验电羽带电张开及怒发冲冠。

黄色验电羽带电后张开及怒发冲冠现象明显，学生发出惊叹声，诱导出验电器的工作原理：箔片因带同种电荷相排斥而张开，再考虑异种电荷。

【情境】1. 毛皮摩擦过的橡胶棒，用验电器检验橡胶棒是否带电？

2. 毛皮摩擦过的橡胶棒与用丝绸摩擦过的玻璃棒相互吸引。

学生由观察到的情景，结合初中学过的知识，积极思考讨论并归纳得出：同种电荷相互排斥，异种电荷互相吸引。

教师引导学生对以上所有实验现象归纳总结起电方式？思考起电的本质是什么？

【思考2】起电方式有哪些？本质是什么？

学生思考回答物体起电的方法：（1）接触起电； （2）摩擦起电。

教师运用多媒体课件，把物质的微观结构图展现在学生的眼前，课件展示了毛皮经过摩擦失去电子而带正电，橡胶棒得到电子而带负电的动态过程，化抽象为直观形象，化微观为宏观动态，学生能通过思维的整合理解并能得出摩擦起电的本质：电子的得失；接触起电的本质；电荷的转移。

再从两个同学寻找丢失的象棋，从房间内找到房间外，引出支撑他们继续寻找象棋的信念是什么？是象棋的数是守恒的，物质是不灭的，为接触带电电荷量如何分配，为电荷守恒定律的引出做了铺垫。

【思考3】两个完全相同的金属导体球相互接触电荷量如何分配，分配细节如何？

动画演示带+Q的小球与不带电的小球接触后，再分开的情景。学生思考讨论得出：同种电荷，电荷总数相加再平分，异种电荷，先中和再平分电荷总数。

赏析：教师创设黄色验电羽带电后张开及怒发冲冠现象，刺激着学生的视觉、思维、前概念，使学生获得直观表象，为学生积累了感性认识，实现了认知顺应。课堂上成功构建了“实验、启思、引探”的教学模式，学生通过探究和思维整把物理知识合转化为自己的个体知识，把前人从事科学活动的思想方法转化为学生认识能力，培养学生探究能力和运用物理语言的表达能力，展现了物理学的实验魅力。物质的微观结构图、电子的得失的动态演示，增加了教学的直观性，给学生提供感性认识，寻找学生的最近发展区，充分利用学生已有知识寻找新的增长点，关心学生能力发展。通过浅显易懂一定要找到象棋，象棋的数是守恒的比喻，突出事物隐藏的本质属性，帮助学生理解电荷总量不变，让学生体验到知识获取的方法和情感的共鸣。

片段：从金属小球接触带电过渡到金属导电机理：金属内有自由移动的电子。金属导体也可以抽象为一个物理模型。

【提出问题】特有的机理对应于特有起电方式，如何进行起电呢？

探究金属导体起电的研究思路：猜想假设――设计实验――实验验证――得到结论-评估交流。

【猜测】是否是自由移动的电子转移或得失使物体起电？

【设计实验】取有绝缘支柱的两个不带电枕形导体A、B，使它们彼此接触。用丝绸摩擦过的有机玻璃棒反复多次接触球形导体C，使之带正电。将C移近A但不接触。观察A、B下面的箔片是否会张开。（如图所示）

【实验演示】小球C靠近但不接触A，而远离B，A、B下面的箔片张开。

学生答：B带电，A带电。

【思考】如将A、B分开，再移走C，A、B带电情况如何？

学生答：A仍带电，B仍带电。

【实验验证】将A、B分开，箔片仍张开，证明学生回答正确。

【思考】将A、B接触，它们是否带电？这说明什么？

学生答：A、B不带电，说明接触前A、B带等量异种电荷，接触后等量异种电荷中和。

【实验验证】使A、B接触，A、B下面的箔片由张开到闭合，学生回答正确。

【思考】若先把C移走，再将A、B分开呢？

学生答：A、B不带电。

【实验验证】先把C移走，再将A、B分开，A、B下面的箔片闭合，学生回答正确。

【思考】为什么？

学生思考讨论答：因为将C移走，A与B的电荷不受C上电荷作用，而使A、B所带电荷重新恢复原状，在导体内中和而不带电。

教师引导学生进行实验探究，鼓励学生用物理的语言总结金属导体起电的本质：不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开，是电荷从物体的一部分转移到另一部分，得出静电感应和感应起电。（教师用多媒体模拟，让学生加深印象）

学生小结：使物体带电方式：接触起电、摩擦起电、静电感应。

【评估交流】实验现象能定性的知道导体带电，却不能知道导体带何种电荷以及所带电荷量。

赏析：教育家苏霍姆林斯基说：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望自己是一个发现者、研究者、探索者，而青少年的精神世界中，这种需要则特别强烈。”“以疑为线索，以思为核心”，通过创设问题情境，让学生边实验边探究，通过学生自主探究和亲身感受，重视培养学生对知识的获取过程及科学方法的教育，引导学生主动构建知识的形成，使学生再次掌握研究探索物理问题的思路和方法。

教学过程中，教师充分发挥了学生的主体作用。教师进行创造性的教学管理和组织，把话语权交给了学生，让学生有时间来进行探究，有平台来展示自己的所思所想，对于学生一下子答不出来的，能加以鼓励和引导，并能适当延长等待时间，培养学生运用物理语言表达所思所想的能力，通过学生思考讨论，解构转化重组整合，达到认知结构的优化，培养学生建立物理模型的意识。

挖掘教材，介绍密立根实验从1907年开始测量电荷量e的值，前后十余年的时间里，做了几千次实验。实验设备简单而有效，构思和方法巧妙而简洁，所得数据精确且结果稳定，位居十大最美丽的实验排名第三，荣获诺贝尔物理学奖。

赏析：创设科学、技术、社会情境，渗透STS教育。教师的知识结构能与时俱进，正负电子湮灭事件和寻找反物质的材料，介绍当代先进的科学技术生产，拉近科学与生活的距离，使学生对物理学增加亲切感，减少距离感，渗透了自然科学从生活中来、到生活中去的科学本质。材料不仅让学生认识到现代科技前沿的最新发展成果，培养学生热爱科学的良好情感与科技是第一生产力的价值观。让学生了解密立根实验，体会简单美丽的实验魅力，进行科学思想与科学方法的教育，激发学生学习兴趣，有利于学生对物理知识形成的来龙去脉的理解，具有多元价值。

（三）知识应用解惑

施教之功，贵在引导，要在转化，妙在开窍。应用知识解释新课引入创设的录像情景，学生讨论后解释原因。再次应用新知解释生活中干燥的季节，脱掉外衣后再去摸金属门把手时，常常会被电击一下的现象。

（四）研究性学习作业（课后网上查找资料）

1. 科学达人卢驭龙模拟闪电的装置原理如何？

2. 辉光球为什么能点亮日光灯？为什么只有辉光球与手之间才会点亮？

3. 历史上十大最美丽的物理实验分别是什么？其历史背景和物理内涵有哪些？

赏析：创设情境，注意一脉相承，首尾呼应，学以致用，解决生活中常见问题，让学生自己利用学过的知识解决课前三段录像的现象，体会成功的喜悦。研究性学习作业的布置，学生在这样的活动中锻炼了口头语言表达能力，提高自己的信息素养和科学素养，养成敏锐的获取信息的能力和追求证据的科学态度，这正是我们物理教育所致力追求的，学生在课外利用网络，可以通过不同的渠道来进行学习解决物理问题，发散学生的思维，提高解决问题的能力。

三、教学反思

“电荷及其守恒定律”的教学，是以实验为基础，以思维为中心，以探究过程为主线，整堂课教学过程清晰流畅、逻辑结构严谨、教学语言精练、环节处理细腻、过渡自然、教学效果很好。学生自主学习过程中外在表现和内在思维都能积极参与，学情高涨，课堂教学的有效性得到了真正的提升。回顾我们的课堂教学，我们应如何落实三维目标？

1. 教师能深刻领会新课改的精神，更新观念，认真备课。根据教学内容与目标，创设和谐的教学环境，为学生的自主探究搭建平台，让学生体会到知识获取的方法和情感的共鸣，使学生学习更主动有效。

2. 教学过程中，教师尽量创设实验环境，突出探究过程，真正落实学生的主体地位。老师通过黑板讲解得出结论的效果不如让学生自己参与实验探究或观察实验得出结论的效果好，实验教学是最有效的教学手段，老师讲的知识不如学生自己动手做实验得来的知识记得牢。探究实验的过程强调了学生学习的经历过程，突出了学生的主体作用，注重学生的思维整合过程和知识形成的过程，增强学生的创新精神和实践能力，改变学生被动接受知识的状况，提高课堂教学的有效性。

【参考文献】

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高中物理一直是大部分学生感觉最难的一门课。“一听就懂，一做就错”是一种普遍现象。而解物理题容易出错，关键还是学生没有将物理量、概念、规律等知识点形成一个系统的网络。各章节的知识点就像一盘散的珠子，虽然他知道已记在脑子里了，但很凌乱。如果有一根线能将他们串起来，形成线索，再交织成网络。那么只要拉一下线头，所有的知识就会完整地呈现在脑海中。而出现杂乱无章的情况，主要是在学完一节或者一章，学生不会去整理知识，有些稍微有条理一点的会将教师上课用的板书抄下来去整理。但缺乏一种好的工具来将它们串起来。教师应该有这个义务教会学生做好每堂课、每章节的总结。而近年来，概念图在教学中的应用越来越广泛，经过几次尝试发现，在复习时学生用概念图整理物理章节知识比抄黑板上的板书还更有利于学生掌握课堂知识，提高学生的自学能力。

一、概念图的概述

概念图（concept mapping）作为有效教学和有意义学习的工具是诺瓦克（Novak）根据奥苏贝尔（Ausubel 1968）的学习理论发展而成的。诺瓦克和高文指出：“概念图是一种能形象地表达命题网络中一系列概念含义及其关系的结构化图形，它由节点（概念）和连接节点的线段（关系标签）组成，能清楚地表达某一命题中各概念节点间的内在逻辑关系。”简单地说，就是用图形的方式直观地描述两个或两个以上的概念之间关系的一种图。概念（concepts）、命题（propositions）、交叉连接（cross-links）和层级结构（hierarchical frame-works）是概念图的四个图表特征。由此，节点（又称结点）、连线、连接词、实例即是概念图必不可少的四要素。

二、概念图的制作流程

制作基本步骤：①选取知识领域、列出相关概念；②选定关键概念、内化排序结构；③拟定概念图的纵横向关联；④建立概念间连接绘制概念图。最后再反思、修改和完善概念图。

三、概念图应用于物理知识整理中的意义

引导学生主动建构概念图是一种高效率、有效的复习知识的途径。学生通过建立概念图间的联系促进对知识的深入理解。概念图的结构特征符合人脑的生理机能。现代脑科学发现，人的大脑是由大约140亿个神经元组成，每个神经元都与其他的神经元形成功能网络。人的学习、记忆和思维正是通过这样一个网络系统来进行的。大脑的认知网络结构是与知识的结构相联系的，如果知识的网络化水平越高，则认知的水平越高。教学生用概念图作为复习当中整理知识的工具，可以帮助学生通过彼此的位置、连线等观察到知识间的联系，形成有序、系统的网络。在这个过程中，学生可以“创造”新的知识，可以发现现有知识结构的不完备，为认知的继续发展留下空间。所以，概念图作为一种元认知策略，能提高学生的自学能力、思维能力和自我反思能力，还能提高学生学习物理的兴趣。

四、物理知识整理中如何应用概念图

课堂学习中，学生会把教师板书记录下来，这在学生课后整理复习时，对制作概念图很有用。每堂课基本就学习一节的内容，当天学生可以制作当天一小节的概念图。这适合刚开始学习制作概念图的学生。一章内容学完，学生就可以将自己制作的每节的概念图整合起来，制作整章的概念图，这个难度有点大。教师可以给出大致的框架，让学生填空：连线、填节点、连接词等。当学生已经熟悉怎么制作之后，就可以放手让学生自己去整理制作。

五、实践与案例“静电场第一节：电荷及其守恒定律”

下面我们以高中物理选修3-1静电场的第一节“电荷及其守恒定律”为例，制作小节的概念图。

1.确定其知识领域，列出相关概念

（1）划出该节中的主要概念“电荷”

（2）列出相关概念

此例中，知识领域是“电荷及其守恒定律”。因此，将文中与“电荷及其守恒定律”相关的概念均列出，可以详细一点。如：正电荷、负电荷、毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷、丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷、离子、自由电子、摩擦起电、接触起电、感应起电、静电感应、电荷量、元电荷、电子比荷、电荷守恒定律、电子得失移动、中和均分等。

2.选定关键概念，内化排序结构

在确定了与知识领域相关的概念后，接下去则要在诸多概念中选取一个关键概念（本例中关键概念定为“电荷”），并对各个概念进行排序，按概括性程度或逻辑关系密切程度，将概念规律等按一定的顺序排列。

3.拟定概念图的纵横向关系

将概念以恰当方式贴到一张纸上，每一个概念或者要点以一个标签的形式写好，按照自己觉得合理的顺序排列好。当然也可以用书写的方式。

4.建立概念间连接，绘制概念图

把每一对相关的概念用连线连接，并在连线上表明两者的关系，这样，同一领域及不同领域中的知识通过某一相关概念而链接起来，再经过修改或修饰后，各级概念及其关系清晰了，概念图基本上做好了。本例中，将电荷的概念、分类、来源、规律连接在一起，节点之间的关系用连线和连线上的连接词说明清楚。

5.将初步形成的草图根据他们的连线以及层次进行整理

这个过程，不仅使图形更美观，还是再次复习概念，理清关系的过程。图（略）

六、学生实践“静电场”概念图

当学生逐步学会用上述步骤和方法画每一小节的概念图后，教师应该提醒学生将自己制作的概念图装订在一起。学完一章的时候，这些小图片会起到很好的作用。因为一章的内容多，关系复杂，要做好并不容易。这时候，可以让学生制作一章的主要知识点的概念图。也可以给学生介绍一些制作概念图的软件。个人认为，自己动手画图，更有利于学生掌握物理知识。

参考文献：

[1]王磊.科学学习与教学心理学基础[M].西安：陕西师范大学出版社，2002.

[2]蔡铁权，姜旭英，胡玫.概念转变的科学教学.教育科学出版社，2009-03.

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二、教学目标：

本学期完成以下教学目标。

1. 知识目标：以平抛运动和匀速圆周运动为例，研究物体做曲线运动的条件和规律；万有引力定律的发现及其在天体运动中的应用；功和能的概念，以及动能定理和机械能守恒定律。

2. 方法目标：学会运动合成和分解的基本方法；引导学生体会万有引力定律发现过程中的思路和方法。

3. 能力目标：培养学生分析问题的能力；培养学生从能量的观点和守恒的观点来处理的能力。

三、教材分析：

第一章《抛体运动》可分为两个单元：

第一单元第一节，讲述物体做曲线运动的条件和曲线运动的特点．

第二单元第二节、第三节，讲述研究曲线运动的基本方法──运动的合成和分解，并用这个方法具体研究平抛运动的特点和规律，这是本章的一个重点内容．

第二章匀速圆周运动可分为两个单元：

第一单元第一节、第二节，讲述匀速圆周运动的描述方法和基本规律．

分析匀速圆周运动的实例以及离心现象．

第二单元第三节、第四节，讲述圆周运动的实例分析

第三章《万有引力定律》章可分为三个单元：

第一单元第一节，学习开普勒关于行星运动描述的有关知识．

第二单元第二节和第三节，学习万有引力定律的知识．

第三单元第四节，学习万有引力定律在天体运动中的有关知识．

第四章《机械能》可分为四个单元：

第一单元第一节和第二节，讲述功和功率。

第二单元第三、四、五节，讲述动能和动能定理、重力势能。

第三单元第六、七节，讲述机械能守恒定律及其应用。

第五章《经典力学的成就与局限性》只有一个单元，即经典力学的成就与局限性。

四、教学进度表：

教学进度周计划安排表

周次日期

12．21—2．27曲线运动及习题课

22．28—3．06运动的合成及分解、平抛运动

33．07—3．13平抛运动及习题课

43．14—3．20第一章测试及讲解

53．21—3．27圆周运动、匀速圆周运动的向心力和向心加速度

63．28—4．03圆周运动的实例分析及习题课

74．04—4．10圆周运动部分练习及单元测试

84．11—4．17天体运动及万有引力定律

94．18—4．24万有引力定律的应用及习题课期中复习

104．25—5．01期中考试

115．02—5．08功、功率及习题课

125．09—5．15势能、动能、动能定理

135．16—5．22动能定理习题课

145．23—5．29机械能守恒定律、能源的开发与利用

155．30—6．05经典力学的成就与局限性

166．06—6．12电荷、电荷守恒定律、库仑定律

176．13—6．19电场、电场强度和电场线、电势差及习题课

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中图分类号： G424文献标识码：A

The Two Key Points Should be Grasped in the

Learning of Aluminum and its Compounds

GUO Zhixiu

(He'nan Luanchuan Secondary Vocational School, Luoyang, He'nan 471500)

AbstractAbstract: Aluminum is an important metal element of middle school chemical learning, so understand and grasp the nature of aluminum elements and their compounds is relevant important, the paper discusses the the presence of aluminum in different media forms and the conversion of aluminum compounds.

Key wordsAluminum; media; Aluminum compounds

铝是日常生活中最常见的金属之一，也是中学化学要学习的重要金属元素，当然也更是高考要考查的重点元素之一。所以理解掌握铝元素及其化合物的相关性质尤为重要，但学生在初学时往往不得要领，靠死记硬背去掌握有关知识特别是相关离子是否共存、离子方程式的书写等。其实，在学习应用这方面的知识时，我们只要理解掌握下面两个关键点，就不难掌握该单元知识了。

1 关键点一：要掌握铝元素在不同介质中的存在形式

在不同介质中铝元素的存在形式是不同的。在强酸性介质中，铝元素以Al3+的形式存在；在强碱性介质中，铝元素则以AlO2-的形式存在。无论是单质铝、Al2O3、Al（OH）3在强酸性介质中都转化为Al3+，在强碱性介质中都转化为AlO2-，而在中性或弱酸、弱碱溶液中，铝元素主要转化为Al（OH）3沉淀。

由上，我们就不难理解Al3+为什么不能和CO32-、HCO3-、S2-、HS-、AlO2-等弱酸根离子共存了。Al3+在强酸性溶液中才能存在，而CO32-、HCO3-、S2-、HS-、AlO2-等在强酸性溶液中不能存在。所以当铝盐溶液 和含有这些弱酸根离子的溶液混合时，将互相“妥协”， Al3+转化为Al(OH)3沉淀，而CO32-、HCO3-则转化为CO2气体，S2-、HS-也转化为H2S气体，Al3+与AlO2-也互相“妥协”都转化为Al(OH)3沉淀。

同理，只有在强碱性溶液中才能存在的AlO2-也不能和NH4+、HCO3-、HS-等共存，后者在强碱性溶液中将转化为CO32-、S2-、NH3．H2O。AlO2-遇到NH4+、HCO3-、HS-等将“妥协”而转化为Al(OH)3沉淀。

2 关键点二：掌握铝的化合物之间转化的电荷守恒关系

质量守恒、电子守恒、电荷守恒是高中化学学习中的三大守恒关系。铝盐（Al3+）、偏铝酸盐（AlO2-）和Al(OH)3之间转化的有关离子方程式的书写是学生感觉最难掌握的。其实三者之间的转化就是复分解反应，应用电荷守恒关系，学生不用死记硬背就可轻松掌握。比如由AlO2-到Al(OH)3的转化，其实就是由一个负电荷转化为不带电荷的中性微粒，依据电荷守恒关系显然应该加入一个正电荷（H+），即：

AlO2-+H+Al(OH)3，

再根据原子守恒（质量守恒定律），离子反应式为：

AlO2-+H++H2O=Al(OH)3。

又如在1mol Al3+的溶液中加入4mol的OH-，Al3+应该转化为什么呢？依据电荷守恒应该为：

Al3++4 OH-AlO2- ，

再依据质量守恒定律，还应该生成2molH2O。即在3mol正电荷中加入4mol负电荷，则必然生成1mol新的负电荷。反应的离子方程式为：

Al3++4 OH-= AlO2-+2 H2O 。

关于铝盐（Al3+）、偏铝酸盐（AlO2-）和Al(OH)3之间的转化关系，依据电荷守恒关系，可表示为：

根据上述两个关键点，在判断离子共存、或要书写有关铝的化合物的离子方程式、或做相关计算题时，我们就有章可循了。在解答有关铝离子与其它离子共存的问题时，就可依据关键点一。

例如：（2010上海卷9．）下列离子组一定能大量共存的是

A．甲基橙呈黄色的溶液中：I-、Cl-、NO3-、Na+

B．石蕊呈蓝色的溶液中：Na+、AlO2-、NO3-、HCO3-

C．含大量Al3+的溶液中：K+、Na+、NO3-、ClO-

D．含大量OH-的溶液中：CO32-、Cl-、F-、K+

答案：D

解析：此题考查了离子共存知识。使甲基橙呈黄色的溶液pH大于4.4，当其处于4.4-7之间时，NO3-表现强氧化性，将I-氧化为I2，排除A；石蕊呈蓝色的溶液呈碱性，AlO2-能大量存在，而HCO3-不能存在，排除B；含大量Al3+的溶液呈酸性，其中的H+能和ClO-结合成HClO，排除C。

在书写有关铝的化合物的离子方程式或做相关计算时，就可依据关键点二。

例如：在含有AlO2-的盐溶液中通入CO2，离子反应方程式应该如何写呢？由于AlO2-存在于强碱性溶液中，通入酸性的CO2气体，则溶液碱性必然减弱，AlO2-将转化为Al(OH)3沉淀；而CO2在碱性溶液中将转化为CO32-（CO2少量）或HCO3-（CO2过量），判断出生成物以后，再依据电荷守恒、原子守恒关系，学生就不难正确写出离子方程式了。

又如，将含Al3+离子和OH-离子物质的量之比为2:7的两种溶液混合后，产物是什么？离子方程式能否直接写出呢？我们可依照条件写出：2Al3++7OH-，观察到负电荷比正电荷多一个，则应该生成一个新的负电荷，应为：

2 AL3+ +7 OH- AlO2-，

再依据Al原子守恒，可修正为：

2 AL3++ 7 OH-AlO2-+Al(OH)3

再根据质量守恒定律，其完整的离子方程式为：

2 AL3++7 OH-AlO2- +Al(OH)3 + 2 H2O 。

依据上述步骤，若将含AlO2-和H+以物质的量之比为2∶3混合，离子方程式的书写过程可表示为：

第一步：2 AlO2-+3 H+ 1／3 Al3+

第二步：2 AlO2-+3 H+ 1／3 Al3++5／3Al(OH)3

第三步：2 AlO2-+3 H++H2O 1／3 Al3+ +5／3Al(OH)3

去分母得：6 AlO2-+9 H++3 H2O=Al3++5 Al(OH)3

总之，在进行任何一个化学单元知识学习时，我们只要抓住物质特性，用化学的原理、视角和思维方法去学习和理解化学知识，那么，化学就不必死记硬背，我们就会进入一个依靠化学规律进行自由学习和思考的新天地了。

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一、展示物理美学特征

物理学的研究对象大到天体，小到粒子，从实体到另一形态的场、光等都是物质的。物质又是运动的，如机械运动、分子热运动、光波传播，实际上是不同形态的物质的不同运动形式，它们的运动是有规律的，自然界是合理的，简单的、有序的，因此，科学家们在探索真理的过程中，往往以科学美作为追求的目标，通过他们的努力而形成的物理理论，在内容上、形式上是那么自然、简单、和谐，都放射出美的光辉。教师平时教学中应向学生展示物理知识美的一面，激发学生爱美天性。

物理内容的简单美，表现在物理概念、规律的表达上，科学、准确、简洁。热是众多物理学家争论了一个多世纪的问题，却以“大量分子的无规则运动”十个字做了结论。可见物理美简洁，给人以简单、明了、深远、有序的美感。审美理论认为：那些在特定条件下，刺激物被组织的最好、最规则和具有最大限度的简单明了的“形”，会给人以相当愉悦的感受。物理学的美，最典型、最精粹之处，就是这种“简单明了”的简洁美。

物理学的对称美，给人一种圆满。匀称的美感，运动与静止，匀速与变速，引力和斥力，反射和折射，“磁生电”和“电生磁”，平面镜成像、电荷的正负、磁场的两极等，都揭示了自然界物质的存在、构成、运动及其运动规律的对称性而产生的美感。在中学阶段体现对称美最典型的就是电学和磁学，在电学中有电荷、正电荷、负电荷，而在磁学中有磁体、N极、S极。不仅在概念上有高度的对称性，在规律上也有明显的对称性，电荷的规律是同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。在磁学中同样类似的规律是同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。此外它们都能吸引轻小物体。这种高度的对称性表现了物理中的对称美，作为自然科学的一门主课，教学中就应更多地追求对称美，把指导学生从科学美的方面去认识物理、学习物理来作为物理教学中审美教育的一个重要内容。

物理学理论内部相互间的融洽而展现和谐美，自由落体、竖直上抛、下抛以及各种直线的匀加速与匀减速运动都可以统一于运动学的速度和位移两个公式中，牛顿力学公式，可以把地上的物体与天上的星体统一起来。

由此可见，教学中只要我们善于发掘，物理学的“简洁美”、“对称美”、“和谐美”等美学因素，在中学物理中便有许多例证。我们要让物理学美的素材震撼学生的心田。

二、物理教学既要发展学生的智力，又要培养学生的能力

物理教学即要发展学生的智力，又要培养学生的能力，而后者较前者更为重要。从物理学本身来看，它研究的各种现象和规律是互相联系的。例如功和能的概念及能的转换和守恒定律，又渗透在各个分科中。教学职能即要从人类知识的总汇中挑选最精华的，运用最科学的方法传授给学生，又要使他们具有独立获取知识和驾驭知识的能力。要认识到：知识的传授离开了知识的掌握，能力的发展就成为无源之水，无本之木。

1.系统化、结构化的教学

在中学物理教学中，贯穿力学的两条主线――动能定理和动量定理、机械能转换和守恒定律及动量守恒定律。这两个定理、两个定律来源于牛顿运动定律，与牛顿第三定律一起构成质点动力学的基本规律，是力学部分的重点知识。围绕这两条主线，要深入分析牛顿运动定律，为这两个定理打好基础。动量定理、动能定理是在牛顿定律基础上派生出来的定理或推论，它们提供的表达式与牛顿运动定律等价，可代替牛顿第二定律的矢量表达式中的某分量式，而不是什么新的表达式。但是动量守恒定律是自然界最普遍的规律之一，能量守恒和转换定律也是反映自然现象的最重要的规律之一。它们的作用远远超出了机械运动的范围。

2.培养学生的独立实验能力和自学能力

要培养思想活跃、有创新精神和创造能力的人材，必须加强学生的实验能力和自学能力。做物理实验，必须满足于一定的条件才能获得预想的结果，如设计实验步骤、选择测量仪器、正确观察现象、完整的读取数据、严格的计算，是做好实验不可缺少的过程。让学生按照上述过程有目的的科学训练，自觉地掌握科学实验的规律，激发学生的学习积极性，就能增强学生灵活运用物理知识解决实际问题的能力。

总之，以“学科体系的系统性”贯穿始终，使知识学习与智能训练融合于一体，形成一个系统的完整框架。所以系统化、结构化的教学，使学生头脑中形成力学体系的清晰图像，有益于培养学生的探索精神，从被动的学习转为主动的学习，才能用自己的智慧和力量去攻克学习难关，取得良好的学习效果。

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电磁运动是物质的一种基本运动形式．电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用．其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象，电磁辐射和电磁场等．为了便于研究，把电现象和磁现象分开处理，实际上，这两种现象总是紧密联系而不可分割的．透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系，才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学．对此，应从以下三个方面来认真分析教材．

1．电磁学的两种研究方式

整个电磁学的研究可分为以“场”和“路”两个途径进行，这两种方式均在高中教材里体现出来．只有明确它们各自的特征及相互联系，才能有计划、有目的地提高学生的思维品质，培养学生的思维能力．

场的方法是研究电磁学的一般方法．场是物质，是物质的相互作用的特殊方式．中学物理的电磁学部分完全可用场的概念统帅起来，静电尝恒定电尝恒定磁尝静磁尝似稳电磁尝迅变电磁场等，组成一个关于场的系统，该系统包括中学物理电学部分的各章内容．

“路”是“场”的一种特殊情况．中学教材以“路”为线的大骨架可理顺为：静电路、直流电路、磁路、交流电路、振荡电路等．

“场”和“路”之间存在着内在的联系．麦克斯韦方程是电磁场的普遍规律，是以“场”为基础的．“场”是电磁运动的实质，因此可以说“场”是实质，“路”是方法．

2．物理知识规律物

理知识的规律体现为一系列物理基本概念、定律和原理的规律，以及它们的相互联系．

物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验，掌握了充分可靠的事实之后，进行分析和比较找出它们相互之间存在着的关系，并把这些关系用定律的形式表达出来．物理定律的形成，也是在物理概念的基础上进行的．但是，物理定律并不是绝对准确的，在实验基础上建立起来的物理定律总是具有近似性和局限性，因此其适用范围有一定的局限性．

第二册第一章“电潮重要的物理规律是库仑定律．库仑定律的实验是在空气中做的，其结果跟在真空中相差很小．其适用范围只适用于点电荷，即带电体的几何线度比它们之间的距离小到可以忽略不计的情况．

“恒定电流”一章中重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律．欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的，对金属导电、电解液导电适用，但对气体导电是不适用的．欧姆定律的运用有对应关系．电阻是电路的物理性质，适用于温度不变时的金属导体．

“磁场”这一章阐明了磁与电现象的统一性，用研究电场的方法进行类比，可以较好地解决磁场和磁感应强度的概念．

“电磁感应”这一章，重要的物理规律是法拉第电磁感应定律和楞次定律．在这部分知识中，能的转化和守恒定律是将各知识点串起来的主线．本章以电流、磁场为基础，它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面，是进一步研究交流电、电磁振荡和电磁波的基础．电磁感应的重点和核心是感应电动势．运用楞次定律不仅可判断感应电流的方向，更重要的是它揭示了能量是守恒的．

“电磁振荡和电磁波”一章是在电场和磁场的基础上结合电磁感应的理论和实践，进一步提出电磁振荡形成统一的电磁场，对场的认识又上升了一步．麦克斯韦的电磁场理论总结了电磁场的规律，同时也把波动理论从机械波推进到电磁波而对物质的波动性的认识提高了一步．

3．通过电磁场在各方面表现的物质属性，使学生建立“世界是物质的”的观点

电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的．大量实验证明在电荷的周围存在电场，每个带电粒子都被电场包围着．电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用．运动电荷的周围除了电场外还存在着另一种唱—磁场．磁体的周围也存在着磁场．磁场也是一种客观存在的物质．磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用．现在，科学实验和广泛的生产实践完全肯定了场的观点，并证明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在，电磁场是物质的一种形态．

运动的电荷（电流）产生磁场，磁场对其它运动的电荷（电流）有磁场力的作用．所有磁现象都可以归结为运动电荷（电流）之间是通过磁场而发生作用的．麦克斯韦用场的观点分析了电磁现象，得出结论：任何变化的磁场能够在周围空间产生电场，任何变化的电场能够在周围空间产生磁场．按照这个理论，变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一场，这就是电磁场．电磁场由近及远的传播就形成电磁波．

从场的观点来阐述路．电荷的定向运动形成电流．产生电流的条件有两个：一是存在可自由移动的电荷；二是存在电场．导体中电流的方向总是沿着电场的方向，从高电势处指向低电势处．导体中的电流是带电粒子在电场中运动的特例，即导体中形成电流时，它的本身要形成电场又要提供自由电荷．当导体中电势差不存在时，电流也随之而终止．

二、以“学科体系的系统性”贯穿始终，使知识学习与智能训练融合于一体

1．场的客观存在及其物质性是电学教学中一个极为重要的问题．第一章“电潮是学好电磁学的基础和关键．电场强度、电势、磁尝磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念．电场线，磁感线是形象地描述场分布的一种手段．要进行比较，找出两种力线的共性和区别以加强对场的理解．

2．电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用．在教学中要使学生认识场和受场作用这两类问题的联系与区别，比如，场不是力，电势不是能等．场中不同位置场的强弱不同，可用受场力者受场力的大小（方向）跟其特征物理量的比值来描述场的强弱程度．在电场中用电场力做功，说明场具有能量．通常说“电荷的电势能”是指电荷与电场共同具有的电势能，离开了电场就谈不上电荷的电势能了．

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电磁运动是物质的一种基本运动形式．电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用．其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象，电磁辐射和电磁场等．为了便于研究，把电现象和磁现象分开处理，实际上，这两种现象总是紧密联系而不可分割的．透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系，才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学．对此，应从以下三个方面来认真分析教材．

1．电磁学的两种研究方式

整个电磁学的研究可分为以“场”和“路”两个途径进行，这两种方式均在高中教材里体现出来．只有明确它们各自的特征及相互联系，才能有计划、有目的地提高学生的思维品质，培养学生的思维能力．

场的方法是研究电磁学的一般方法．场是物质，是物质的相互作用的特殊方式．中学物理的电磁学部分完全可用场的概念统帅起来，静电尝恒定电尝恒定磁尝静磁尝似稳电磁尝迅变电磁场等，组成一个关于场的系统，该系统包括中学物理电学部分的各章内容．

“路”是“场”的一种特殊情况．中学教材以“路”为线的大骨架可理顺为：静电路、直流电路、磁路、交流电路、振荡电路等．

“场”和“路”之间存在着内在的联系．麦克斯韦方程是电磁场的普遍规律，是以“场”为基础的．“场”是电磁运动的实质，因此可以说“场”是实质，“路”是方法．

2．物理知识规律物

理知识的规律体现为一系列物理基本概念、定律和原理的规律，以及它们的相互联系．

物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验，掌握了充分可靠的事实之后，进行分析和比较找出它们相互之间存在着的关系，并把这些关系用定律的形式表达出来．物理定律的形成，也是在物理概念的基础上进行的．但是，物理定律并不是绝对准确的，在实验基础上建立起来的物理定律总是具有近似性和局限性，因此其适用范围有一定的局限性．

第二册第一章“电潮重要的物理规律是库仑定律．库仑定律的实验是在空气中做的，其结果跟在真空中相差很小．其适用范围只适用于点电荷，即带电体的几何线度比它们之间的距离小到可以忽略不计的情况．

“恒定电流”一章中重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律．欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的，对金属导电、电解液导电适用，但对气体导电是不适用的．欧姆定律的运用有对应关系．电阻是电路的物理性质，适用于温度不变时的金属导体．

“磁场”这一章阐明了磁与电现象的统一性，用研究电场的方法进行类比，可以较好地解决磁场和磁感应强度的概念．

“电磁感应”这一章，重要的物理规律是法拉第电磁感应定律和楞次定律．在这部分知识中，能的转化和守恒定律是将各知识点串起来的主线．本章以电流、磁场为基础，它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面，是进一步研究交流电、电磁振荡和电磁波的基础．电磁感应的重点和核心是感应电动势．运用楞次定律不仅可判断感应电流的方向，更重要的是它揭示了能量是守恒的．

“电磁振荡和电磁波”一章是在电场和磁场的基础上结合电磁感应的理论和实践，进一步提出电磁振荡形成统一的电磁场，对场的认识又上升了一步．麦克斯韦的电磁场理论总结了电磁场的规律，同时也把波动理论从机械波推进到电磁波而对物质的波动性的认识提高了一步．

3．通过电磁场在各方面表现的物质属性，使学生建立“世界是物质的”的观点

电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的．大量实验证明在电荷的周围存在电场，每个带电粒子都被电场包围着．电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用．运动电荷的周围除了电场外还存在着另一种唱—磁场．磁体的周围也存在着磁场．磁场也是一种客观存在的物质．磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用．现在，科学实验和广泛的生产实践完全肯定了场的观点，并证明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在，电磁场是物质的一种形态．

运动的电荷（电流）产生磁场，磁场对其它运动的电荷（电流）有磁场力的作用．所有磁现象都可以归结为运动电荷（电流）之间是通过磁场而发生作用的．麦克斯韦用场的观点分析了电磁现象，得出结论：任何变化的磁场能够在周围空间产生电场，任何变化的电场能够在周围空间产生磁场．按照这个理论，变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一场，这就是电磁场．电磁场由近及远的传播就形成电磁波．

从场的观点来阐述路．电荷的定向运动形成电流．产生电流的条件有两个：一是存在可自由移动的电荷；二是存在电场．导体中电流的方向总是沿着电场的方向，从高电势处指向低电势处．导体中的电流是带电粒子在电场中运动的特例，即导体中形成电流时，它的本身要形成电场又要提供自由电荷．当导体中电势差不存在时，电流也随之而终止．

二、以“学科体系的系统性”贯穿始终，使知识学习与智能训练融合于一体

1．场的客观存在及其物质性是电学教学中一个极为重要的问题．第一章“电潮是学好电磁学的基础和关键．电场强度、电势、磁尝磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念．电场线，磁感线是形象地描述场分布的一种手段．要进行比较，找出两种力线的共性和区别以加强对场的理解．

2．电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用．在教学中要使学生认识场和受场作用这两类问题的联系与区别，比如，场不是力，电势不是能等．场中不同位置场的强弱不同，可用受场力者受场力的大小（方向）跟其特征物理量的比值来描述场的强弱程度．在电场中用电场力做功，说明场具有能量．通常说“电荷的电势能”是指电荷与电场共同具有的电势能，离开了电场就谈不上电荷的电势能了．

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中学物理教材阐述的内容主要是经典物理学的基础知识，这些理论是建立在牛顿时空观的基础上，以力学、电磁学为重点。本文就电磁学部分的教学谈点自己的看法。

1.电磁学教材的整体结构

电磁运动是物质的一种基本运动形式.电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用.其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象，电磁辐射和电磁场等。为了便于研究，把电现象和磁现象分开处理，实际上，这两种现象总是紧密联系而不可分割的。透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系，才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学。对此，应从以下三个方面来认真分析教材。

1.1 电磁学的两种研究方式。

整个电磁学的研究可分为以"场"和"路"两个途径进行，这两种方式均在高中教材里体现出来。只有明确它们各自的特征及相互联系，才能有计划、有目的地提高学生的思维品质，培养学生的思维能力。

场的方法是研究电磁学的一般方法。场是物质，是物质的相互作用的特殊方式。中学物理的电磁学部分完全可用场的概念统帅起来，静电尝恒定电尝恒定磁尝静磁尝似稳电磁尝迅变电磁场等，组成一个关于场的系统，该系统包括中学物理电学部分的各章内容。

"路"是"场"的一种特殊情况。中学教材以"路"为线的大骨架可理顺为：静电路、直流电路、磁路、交流电路、振荡电路等。

"场"和"路"之间存在着内在的联系。麦克斯韦方程是电磁场的普遍规律，是以"场"为基础的，"场"是电磁运动的实质，因此可以说"场"是实质，"路"是方法。

1.2 物理知识规律物。

物理知识的规律体现为一系列物理基本概念、定律和原理的规律，以及它们的相互联系。

物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验，掌握了充分可靠的事实之后，进行分析和比较找出它们相互之间存在着的关系，并把这些关系用定律的形式表达出来。物理定律的形成，也是在物理概念的基础上进行的。但是，物理定律并不是绝对准确的，在实验基础上建立起来的物理定律总是具有近似性和局限性，因此其适用范围有一定的局限性。

第二册第一章"电场"重要的物理规律是库仑定律。库仑定律的实验是在空气中做的，其结果跟在真空中相差很小。其适用范围只适用于点电荷，即带电体的几何线度比它们之间的距离小到可以忽略不计的情况。

"恒定电流"一章中重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律。欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的，对金属导电、电解液导电适用，但对气体导电是不适用的。欧姆定律的运用有对应关系。电阻是电路的物理性质，适用于温度不变时的金属导体。

"磁场"这一章阐明了磁与电现象的统一性，用研究电场的方法进行类比，可以较好地解决磁场和磁感应强度的概念。

"电磁感应"这一章，重要的物理规律是法拉第电磁感应定律和楞次定律。在这部分知识中，能的转化和守恒定律是将各知识点串起来的主线。本章以电流、磁场为基础，它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面，是进一步研究交流电、电磁振荡和电磁波的基础。电磁感应的重点和核心是感应电动势。运用楞次定律不仅可判断感应电流的方向，更重要的是它揭示了能量是守恒的。

"电磁振荡和电磁波"一章是在电场和磁场的基础上结合电磁感应的理论和实践，进一步提出电磁振荡形成统一的电磁场，对场的认识又上升了一步。麦克斯韦的电磁场理论总结了电磁场的规律，同时也把波动理论从机械波推进到电磁波而对物质的波动性的认识提高了一步。

1.3 通过电磁场在各方面表现的物质属性，使学生建立"世界是物质的"的观点。

电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的。大量实验证明在电荷的周围存在电场，每个带电粒子都被电场包围着。电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用。运动电荷的周围除了电场外还存在着另一种场——磁场。磁体的周围也存在着磁场。磁场也是一种客观存在的物质。磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用。现在，科学实验和广泛的生产实践完全肯定了场的观点，并证明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在，电磁场是物质的一种形态。

运动的电荷（电流）产生磁场，磁场对其它运动的电荷（电流）有磁场力的作用。所有磁现象都可以归结为运动电荷（电流）之间是通过磁场而发生作用的。麦克斯韦用场的观点分析了电磁现象，得出结论：任何变化的磁场能够在周围空间产生电场，任何变化的电场能够在周围空间产生磁场。按照这个理论，变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一场，这就是电磁场。电磁场由近及远的传播就形成电磁波。

从场的观点来阐述路，电荷的定向运动形成电流。产生电流的条件有两个：一是存在可自由移动的电荷；二是存在电场。导体中电流的方向总是沿着电场的方向，从高电势处指向低电势处。导体中的电流是带电粒子在电场中运动的特例，即导体中形成电流时，它的本身要形成电场又要提供自由电荷。当导体中电势差不存在时，电流也随之而终止。

2.以"学科体系的系统性"贯穿始终，使知识学习与智能训练融合于一体

2.1 场的客观存在及其物质性是电学教学中一个极为重要的问题。第一章"电场"是学好电磁学的基础和关键，电场强度、电势、磁场磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念，电场线，磁感线是形象地描述场分布的一种手段，要进行比较，找出两种力线的共性和区别以加强对场的理解。

2.2 电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用。在教学中要使学生认识场和受场作用这两类问题的联系与区别，比如，场不是力，电势不是能等等。场中不同位置场的强弱不同，可用受场力者受场力的大小（方向）跟其特征物理量的比值来描述场的强弱程度。在电场中用电场力做功，说明场具有能量。通常说"电荷的电势能"是指电荷与电场共同具有的电势能，离开了电场就谈不上电荷的电势能了。

篇10

在电场中，如果只有电场力对常电粒子做功，其他的力不做功或做功的代数和为零，那么电场力做功使常电粒子的动能与电势能相互转化，他们能的总量保持不变。

例1 如图1所示，虚线为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0，一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点时的动能分别为26ev和5ev，当这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为-8ev时，它的动能应为（ ）

A.8WB.13WC.20WD.34W

解析 因点电荷只受电场力的作用，因此是动能与电势能相互转化，但总能量守恒，即电势能与动能之和保持不变。设相邻等势面之间的电势差大小为U，正电荷从a运动到b，动能减少，可知b点电势高于a点，则Ua=-2V，Vb=V，设正电荷的电量为q，则正电荷在a点、b点的电势能Epa=-2qU，Ep=qU，根据能量守恒定律，Eka+Epa=Ekb+Epb，代入数据得qU=7ev，设点电荷运动到c点时，其动能电势能分别为Ekc、Epc，根据能量守恒定律有：Eka+Epa=Ekc+Epc，即26ev+（-14ev）=Ekc+(-8ev)解得Ekc=20ev,所以先项C正确。

例2 如图2所示，以绝缘光滑的水平面上，有两个带电小球A和B（可视为点电荷）相距2m，质量mA=MB2=10g，它们由静止开始运动，当B的速度为3m/s时，求这段时间内，两个电荷的电势能改变了多少？

解析 两小球在运动过程中只有电场力做功，虽然，电场力做功实现了电势能向动能的转化。由动量守恒定律 mAvA-mBvB=0

得vA=mBvBmA=2×3m/s=6m/s

因电场力做正功，电势能减少，减少的电势能转化为动能，所以

nEP=12mAv2A+12mBv2A

=12×10×10-3（36+18）J

=0.27J

2 只有电场力和重力做功的问题

在电场中，如果只有电场力和重力对带电粒子做功，其他力不做功或做功的代数和为零，那么带电粒子的机械能与电势能之间相互转化，总的能量保持守恒。

例3 如图3所示，用细线悬挂质量为m，电量为q的小球于匀强电场中，从悬线竖直A处由静止释放小球，已知当摆角为α时，小球的动能最大，若小球重力势能的增量为ΔE1，电势能的增量为ΔE2，总势能的增量为ΔE1，则小球从A到B的过程中，下列正确的判断是（ ）

A.ΔE1>0，ΔE2

B.ΔE10，ΔE=0

C.ΔE1>0，ΔE2

D.ΔE1>0，ΔE20

解析 小球在摆动过程中，只有重力和电场力做功，所以电势能和机械能总和保持不变。电势能的减少等于机械能的增加。ΔE1>0，ΔE2

例4 如图4所示，光滑绝缘细杆竖直放置，它与以正电荷Q为圆心的某圆交于B、C两点，质量为m，带电量为-q的有孔小球从杆上A点无初速度下滑，已知1

（1）小球由A到B的过程中电场力做的功

（2）AC两点间的电势差

解析 （1）小球由A到B的过程中，重力对其做正功，又由正点电荷的电场分布及方向可知，电场力对其做正功，小球由静止下滑，则由动能定理得：mgh+W电=12mv2B-0

所以W电=12m・3gh-mgh=12mgh

（2）由图可知，B、C在同一等势面上，所以A、C两点的电势差等于A、B两点的电势差。由动能定理有：qUAB+mgh=12mv2B-0

qUAB=12・m・3gh-mgh=12mgh

所以 UAB=mgh2q即UAC=mgh2q。

3 只有电场力、摩擦力做功的问题

若只有电场力、摩擦做功，则电势能、动能与内能间的转化，总能量守恒

例5 如图5所示，匀强电场水平向左，带正电的小物块沿绝缘水平面向右运动，经A点时动能为100J，经B点时动能减少了原来的45，在减少的动能中有35转化为电势能，则它再次经过B点时具有的动能为

A.4JB.20JC.52JD.80J

解析 小物块的动能减少只有其中的一部分转化为电势能，说明有一部分转化为内能，也就是小物体在运动过程中受得了摩擦力，电场力做功与路径无关，即滑动摩擦力做功与路径有关，小物体由A点到B点的过程中动能减少了45，即80J，小物块到达B点时所具有的动能为20J，当小物块的动能为零时，其中有25转化为内能，即克服摩擦力做功为8J，当小物块返回B点时，克服摩擦力做功还是8J，故动能只有4J，所以选项A正确。

例6 一个质量为m带有电量-q的小物体，可在水平轨道OX上运动，O端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处于匀强电场中，场强大小为E，方向沿OX正方向，如图6所示，小物体以初速度v0从x0点沿x0轨道运动，运动时受到大小不变的摩擦力作用，且f

解析 带电体在运动中，从整个过程而言，电场力做正功，电势能减少。带电体克服摩擦力作用，内能增加，减少的动能和电势能转化成内能。由于qE>f，物体最终停在O处。

由能量守恒得 fs=12mv20+qEx0