高中物理教材范例6篇

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高中物理教材

高中物理教材范文1

一、時代性

美國高中教材提倡科學的知識要與社會的發展緊密結合,即讓學生能充分體會到物理在社會生產、生活中的廣泛應用。時代的進步和發展離不開物理,同時也更容易引起學生的關注,讓學生有興趣地參與到課堂,參與到問題的思考與討論中。

例如,Physics principle and problem第六章中談到應用牛頓第二定律解決超重和失重問題時,就引入了國際空間站的事例。國際空間站(ISS)中,來自不同國家的科學家正在從事各種實驗和觀察。他們觀察了水滴在空中形成的懸浮球體,他們試種了豌豆,看看其能否在失重的條件下生長。在談到向心力問題時,教材中又講到ISS一般制造成大圓環的形狀,這是為什么呢?因為ISS以及其中的所有物件和居住者都因為沒有受到重力作用而飄浮在空中。如果圓環自轉,則其中沒有被束縛住的物件會由于向心運動而緊貼圓環的外側;若它的轉動速率和環的直徑剛好取某個值,便可以使其中居住者受到的向心力與地球上的重力的數值一致。在這部分教學中,充滿時代性的教學內容引起了學生的廣泛共鳴,激發了學生學習物理的熱情。

二、啟發性

美國高中物理教學強調學習不僅僅是讓學生理解多少物理知識,更重要的是通過學習來培養學生的思維能力,養成正確的思維習慣。所以教材的內容設置一定要激發學生的興趣,激發學生的多層次思維能力。教材通過多角度的設問,引導學生從不同角度去觀察和思考物理問題,培養學生的發散性思維能力。

例如,Physics principle and problem第七章中就提出過這樣一個問題:如何測量當地的重力加速度g。你需要測得哪些數據?需要用到哪些儀器?學生通過討論,不同的小組可以提出許多不同的方案,如,在當地做自由落體實驗,測量物體的重力,通過單擺實驗測出周期等等。在小組討論的過程中,學生個個絞盡腦汁,力求想出和別人不同,且測量方便、節約成本的方案。通過這部分內容的學習,學生在理解和應用知識的同時,也培養了學生的探究意識、合作意識和創新意識。

三、情境性

我在普高教學中遇到過這樣的問題,有些學生認為教師所提出的問題與自己沒有太大的關系,且枯燥無味,這樣的學生往往在課堂上表現為啟而不發,不能與教師產生共鳴。要解決好這個問題,我們不能強制要求每個學生都對我們所提出的抽象的、遠離生活的、憑空捏造的一些問題產生強烈的興趣,我們應該關注如何讓學生感受到他就是問題中的一員,如何有興趣地參與進來。也就是說,教師在提問時,應該給問題一個載體,給學生提供一個情境,并且讓每個學生感受到他就處在這個情境之中。

美國高中物理教材在這方面做得就非常值得借鑒。Physics

principle and problem第十三章在講到壓強問題時,就引入了龍卷風的情境。首先提出問題:在龍卷風來臨之際,你是把門窗緊閉還是打開?學生照常理回答大多是“緊閉門窗”。接著書中給出了具體的數值讓學生去感受,“龍卷風中心的壓強可以比標準大氣壓強低15%,假定龍卷風的邊沿作用于195cm高,91cm寬的門上,那么門受到的凈力為多大,方向怎樣?”經過討論和分析,學生才會恍然大悟。我明顯感覺到這比單單要求他們計算某一壓強生動得多,因為學生已經將自己融入該情境中,成為情境中的一員。

四、應用性

美國物理教材Physics principle and problem當中設計了30個物理學的應用專欄。有的應用是在現實中已經實現的,有的還在構想階段。例如,宇宙電梯、背躍式跳高、“哈勃”的困惑、隱形眼鏡、激光眼部外科手術等等。全書30章內容,每章都配有一個知識點的應用,非常生動有趣。學生想解開奧秘的心情是急切的,教師應充分抓住學生求知心切的心理,這樣知識開展也會特別順利,學生對知識的印象也非常深刻。

高中物理教材范文2

1.教材內容選擇的比較 。我國新課標下的高中《物理》教材(人教版)為達到全面提高學生物理科學素養的要求,體現科學教育的本質,在編寫上是煞費苦心的。

首先,注重現代科學的進展和科學方法的介紹。如在科學漫步中介紹氣墊導軌和數字計時器、全球衛星定位系統等,讓學生感受到現代科學的發展,喚起學生對物理科學的熱情。教材還十分關注技術的發明和科學方法的改進,在學生可理解的范圍內,作了必要的介紹,如“做一做”中要求學生嘗試用計算機繪制v-t圖像等。在科學方法上,介紹了模型方法、變量控制、對比實驗等方法。

其次,設計了豐富的探究活動,幫助學生理解科學的過程。以必修1運動學為例,探究活動的設計是豐富多彩的。其中包括實驗、探究、資料搜集和分析、思考與討論、模型建構、課外制作和課外實習、探究活動、技能訓練活動等不同種類的探究活動。這些探究活動不僅比初中的深入,而且還具有更大的開放性,給教師和學生開展探究性活動提供了更大的空間。如果不同組的學生探究不同的問題,全班學生將會有更多的問題和心得進行交流,遠比全班學生探究同一個問題所涉及的知識、碰到的問題和解決的問題要多得多,所涉及的信息量更多。

與我國教材相比,加拿大高中《物理》教材主要有以下幾個特點:

①版式新穎,圖片精美。該套加拿大教科書比較重視版式的設計和圖片的選擇。越來越多的教材的編著者逐漸達成共識,即在教科書中穿插圖片不僅僅是為了提高學習“興趣”,更重要的是通過讀圖,促進學生的積極思維。由于圖片的思維性越來越強,圖片在激發學生學習興趣的同時,也發展了學生的思維能力。加拿大教材還在圖片旁邊提出“讀圖的要求或思路”,引導學生進行積極思維。

②重視思維能力的培養。加拿大的高中《物理》教材非常重視思維能力的培養。其物理教材在如何培養學生科學的思維方式、養成良好的科學研究的習慣等方面進行了有益的探索和實踐,形成了自己鮮明的特色。為了使學生了解科學探究的方法,加拿大高中《物理》教科書就專門介紹了科學探究的方法與過程、調查的方法及過程,同時還教給學生寫作報告的方法。教材并指出科學研究是對新知識的探求,不同的學科需要不同的方法,但基本原理和思維技巧是大多數類型的科學研究共同具備、共同使用的。教科書通過制定計劃、確定變量、提出問題(確定探究目的)、收集數據、解釋報告,教會學生科學探究的步驟與方法。

③注重學習背景。高中物理學教育應該更多地考慮社會的背景、學生生活的背景和科學的背景。加拿大高中物理學習背景重點突出,將中學物理學習放到社會背景下、學生生活背景下及物理科學的背景下。首先將與社會、生活的聯系作為高中物理學學習的主要背景之一,其次關注學生本身是該套教材編寫的另一背景,此外還比較注重引導學生走近職業。專門設置了一個欄目叫“物理與職業”。

2.課后習題設計的比較 。人教版教材的習題形式多樣,難易適中,注重學生對基礎知識的掌握,重視學生知識、情感和技能三維能力的發展。這些課后練習對學生的要求更高了,特別是增了一些比較靈活的題目,加強了知識的遷移和思維的拓展。其中知識遷移型的習題運用所學知識分析和解決新情境中的問題,特別是來自生產和生活實際的問題居多。思維拓展型的習題在本章內容基礎上進一步拓展,促使學生進行更深入、更廣闊的思考,培養求異思維和發散思維等能力。此外,探究活動中設置的討論題、隨堂練習和技能訓練都大大豐富了習題的形式。

而在加拿大高中《物理》教材中,盡管其習題數量很大,但許多習題的開放性較強,有許多思考題,并不要求計算,而是鼓勵學生發表自己獨特的見解,同時,習題也注重了學生在知識、技能以及情感態度方面等三個維度的和諧發展。

高中物理教材范文3

摘要:在全面推進新課改的背景下,如何把握教學,如何引導學生學會學習、學會探究,養成終身學習的習慣,成為新課改的主要任務,本文僅以魯科版物理(必修)內容安排為例,解讀新課改的教學觀,學生觀和學習觀。對廣大一線教師更好、更快、更有效推進新課改的教學有很大的指導和借鑒意義。

關鍵詞:新課改 探究 教材安排 邏輯

怎樣對物理問題進行研究,新課程理念下的以學生為主體,在教師的引領、合作、互動的環境中,讓學生學會學習,學會探究。物理(必修)圍繞牛頓定律為核心,分別對物體怎樣運動和為什么這樣運動,由淺入深,循序漸進的科學方法――呈現出來,讓人既感受過程之美,又感覺到結果的必然。

高中物理課程標準實驗教科書中說到,物理是“探究物理基本結構和基本運動規律的科學”,其中關鍵是教我們怎樣去探究物體的基本運動規律,學會如何探究。

高中物理就其主要內容而言,實際上就是怎樣研究最簡單的四種運動現象:直線運動(勻速、變速、勻變速),平拋運動,圓周運動和簡諧振動??辞逦矬w的運動現象,然后解釋產生運動現象的原因。偉大的物理學家牛頓首先從力的角度對物體的運動進行了闡釋,然后又引申出力的位移積累和力的時間積累的動能定理和動量定理。最后又從能的轉化對力的運動進行理解和分析。

課改教材,較之老教材更加深入細致的運用了這一觀點,以及學習物理的科學探究的方法,現在我以物理必修(魯科版)為例解讀教材:剛進入高中的學生,怎樣激發學生學習物理的激情和興趣呢,教材設置了“撩開物理學的神秘面紗”。分析教材的特點,以及物理和生活的聯系,接著就進入了主題,為了研究運動做的準備工作,“時間、時刻、空間”的認識,“質點和位移”的概念,作為一個“有形”的物體的運動是很難描述的,從時間上來說是不斷地流逝,從空間上來說,整個宇宙都在不停的運動著的,而且就相對地球而言,對物體的描述也應該是三維立體空間。但是該教材做了一種循序漸進,由淺入深的處理方法,而且交給我們一種抓住問題的主要因素忽略問題的次要因素的思想。比如:研究一輛車從某地開往很遠的另一個地方所需的時間就沒有必要研究是車頭還是車尾,整個車就可以看成是一個質點。但是,研究一本書通過某一個點的時間,書就不能看成是一個質點。

準備工作做好以后,就進入第一種運動――勻變速直線運動,探究什么是勻變速直線運動,它的位移特點、速度規律,通過這些基本規律的認識,讓學生切實體會了什么是勻變速直線運動。

那么,物體為什么會這樣運動呢?牛頓定律將會對此作出解釋。為了探究牛頓定律,也必須做好什么是力的準備工作,教材在重力場中對三種力各自的特點和產生的原因等進行闡述,在受力分析當中教會學生明確研究對象,也就是我們現實生活中的目的要明確。應該值得注意的是,力是矢量,對于矢量來說是高中階段的重難點,力的合成和分解是處理矢量問題的關鍵方法。本教材特別把正交分解作為一個點來講是很突出的亮點,因為正交分解以后解釋的第一個現象就是平衡,為什么會平衡呢。從初中來講是產生了兩對平衡力,從高中來講,就是沿兩個方向合力為零,就將建立起來了兩個方程。這樣讓老師處理問題也方便,解題是為了鍛煉力的合成和分解的方法,而不是為了解題而解題。接著就是牛頓定律及其應用。此時,就進入了研究的核心問題。牛頓第二定律的實驗探究,讓學生把運動和力聯系起來,在頭腦里就會有一個清晰的物理情景:合外力使物體產生加速度,也就解釋了勻變速直線運動的原因是合外力不變。最后的超重失重運動讓我們在現實生活中進一步體會到了力與運動的關系,為整個必修一劃上了一個完整的句號。

縱觀整個必修一,它實際上就是圍繞牛頓定律怎樣從力的角度去解決運動問題的一種科學研究的方法,就像該教材上說的:注重讓學生在高中階段學習基礎知識與技能,學習基本科學研究方法,養成科學態度與科學精神。

發現問題:力與運動的關系是什么。

提出問題:什么是運動,什么是力。

高中物理教材范文4

關鍵詞:高中;物理教材;科學方法;顯化

所謂科學方法,是指人們在認識世界和改造世界的過程中使用的、符合科學一般原則的途徑或者手段。我國現行物理教材分五個版本,分別是人教版、粵教版、滬科教版、教科版以及魯科版。不管是哪個版本的教材,均在原始教材的基礎上提煉出科學方法,并加以運用和研究,進而推動本教材的合理應用與進一步發展。

一、高中物理教材中科學方法的顯化現狀分析

參照普通高中物理課程標準的總目標,它要求學生在解決物理問題時能運用科學探究的方法,并能在學習物理知識的過程中自然地對物理學的研究方法加以了解。與傳統教學的總目標相比,在物理學的研究過程中提出科學方法的應用是一個巨大的改變,也是一個巨大的進步。在新的課程標準中,科學方法被視為物理教學內容的一部分加以應用,說明現代教學對科學方法的重視,也說明高中物理教材中科學方法的顯化之門正逐漸被打開。但基于科學探索之路的循序漸進性,這一顯化之路還需要研究人員長期的探討與摸索。

綜合各種版本的物理教材,高中物理中常用的科學方法有以下幾種:理想模型法、控制變量法、比值定義法、隔離法、對稱法、估算法、合成與分解法、等效變換法、類比法以及實驗法。根據有關專家和學者的統計和分析,不同版本的物理教材在科學方法上的運用有所不同。在這十種常用的科學方法中,人教版側重于對理想模型法、控制變量法以及比值定義法加以顯化,而對于其他方法的運用較少或根本沒有涉及。所以,縱觀我國高中物理教材中科學方法的顯化現狀,其顯化的力度還很不夠,顯化的程度還有待提高。

二、教材中如何呈現科學方法

科學方法是人們認識世界和改造世界的方法和途徑,是抽象的,是需要人們運用科學的頭腦去加以理解的??茖W方法在教材中一般以兩種方式存在,即顯性方式和隱性方式。早在20年前,國內有學者對科學方法給予了高度的肯定,并且對于科學方法的顯化分析也作了探討,指出科學方法的顯化運用將有助于教育目的的實現。

1.顯性方式。所謂顯性方式是指,運用科學方法的公開性、明確性,是指對科學方法的名稱、形式、操作過程以及相關原理進行直接闡述,從而使學生易于接受,并逐步轉化為自己的東西。將科學方法以顯性方式呈現,將有助于學生更好地理解與吸收新知識,尤其是對于知識基礎較差者,科學方法以一種直觀的形式存在,易于他們在模仿中吸收,并學會運用。顯化方式的應用必須以學生充分的感性認識為前提,在這種認識的前提下,科學方法在學生頭腦中逐步形成與發展,學生原有的知識水平與科學方法水平對新的學習形成了一種適應,相互融合,新知識產生。在高中階段的物理學習過程中,必須以初中的學習為基礎,逐步培養學生認識與接受科學方法的能力。對于高中生來說,尤其是對于那些學習能力較差的學生來說,將科學方法直接提供要比他們的逐步摸索要來得直接,有利于他們花更多的時間理解和體會,從而與原有知識融會貫通。

2.隱性方式。所謂隱性方式是指,對教學過程中所運用的科學方法的使用的不明確性,對于科學知識的一般原理、概念以及規律等等,均不具體道明,而是學生通過在應用的過程中加以領會和接受。隱性方式旨在提高學生感受能力,學生在學習的過程中,被施加科學方法的理念,并通過不斷學習而逐步掌握,以致體會到科學研究的相關方法。如果純粹從知識提取方面來說,學生必定能在知識學習的過程中領會一些方法的運用,但這種運用僅局限于一時,學生們往往印象較淺,并沒有真正掌握。所以說,在高中物理教材中運用隱性方式往往不利于學生的學習。學過教育心理學的人都知道,在皮亞杰的認知發展階段理論中,高中生正處于具體運算階段向形式運算階段的過渡時期,他們的分析綜合能力、抽象概括能力以及邏輯推理能力正處于高速發展時期,還沒有達到思維能力的最高峰,所以說,如果一味在教材中采用隱性的方式對于一個正常發展的高中生來說并不具備很大的適應性,那么,他們的學習效果也就沒有那么可觀了。

三、高中物理教材中科學方法的顯化方式

在當下高中物理教材中,對科學方法進行顯化主要是通過這樣幾個方式進行的,即直接介紹、充分運用小欄目和旁批以及物理學史的應用。

1.在正文中對科學方式進行直接介紹。這是一種最直觀的方式,且科學方式對于正文的占用也說明科學方式作為一個學習點而存在的重要性。物理教材中正文的應用說明對科學方式的闡述留有了很大的空間,學生也會加以重視。

2.在小欄目中或者旁批處對科學方法加以闡述。一些教材在對學習內容進行闡述的過程中,設置了專門的小欄目或者批注,從而對科學方式進行強調,學生在學習的過程中對一定的學習方式也有所領會,從而加以應用。

3.利用物理學史對科學方法加以顯化。在正文學習的過程中,不斷穿插相關物理學史知識,從而提高學生學習興趣,而一部物理學史也是一部物理科學方法史,學生在學習的過程中獲得了科學方法。

參考文獻:

[1]何靜,邢,鄭鵡.高中物理教材中科學方法的顯化研究[J].教學與管理,2009,12(08):74-76.

[2]喬際平,邢.物理教育心理學[M].南寧:廣西教育出版社,2002.

高中物理教材范文5

關鍵詞:新課改 高中物理教材 新特點

從當前情況來看,我國的基礎教育課程正在向縱深處改革,而在這個背景下高中物理的全新課程標準也相應出臺,新課標的出現也代表著高中物理課程改革的又一開端。新標準中指出,高中物理課程的基本目的是要不斷地提高學生的整體科學素養;課程的內容側重體現時代性、選擇性與基礎性,在課程結構方面則重視共同基礎,并設計了模塊課程以便于學生的選擇。新課標可以說是對于高中物理課程改革的重要指導。但是我們要想真正領會新教材的精髓,就必須要對新教材的新特點加以研究,總結體會,才能將新教材運用的更好,才能發揮出新教材在培養新時期新型人才過程中的重要作用。

一、新教材具有較強趣味性

新教材有著豐富的趣味性,能夠很好地激發學生們的好奇心,這大大地增強了物理課堂的核心凝聚力。新教材將對學生物理興趣以及好奇心的培養放在首位,以避免學生在不斷轉難的知識學習中出現畏難和抵觸情緒,從而更好地保護和培養學生的好奇心和求知欲。舉例來說,必修2 第四章第四節中的《機械能守恒定律》,教材利用蹦床運動來說明動能與勢能二者之間能夠相互轉化,繼而引入課題,由于蹦床運動與日常生活相距較遠,學生理解不深,因此會充滿好奇心,教師可以為學生用多媒體播放蹦床運動比賽的畫面,用激烈的比賽來調動學生的探究情緒,通過觀看比賽引入課題,教學效果會更好,課堂氣氛也更熱烈。

二、側重于學生的實踐經歷

新教材更加重視學生實踐經歷的積累,比如說“自感”教學時,教師先用導線將自身同兩節干電池進行串聯,并邀請一位學生進行嘗試,結果顯示沒有安全問題。然后讓十位學生牽手,再用導線將大家同日關燈的鎮流器、2 節干電池進行串聯。當開關閉合時,學生會說并沒有任何感覺;而當開關瞬間斷開時,學生則會不由自主的產生反應,跳起來,快速地將導線丟開。這個實驗過程突出了學生親自經歷,與學生已有的經驗產生強烈的沖突,學生的記憶會更加深刻。

三、新教材突出時代性與基礎性

全面到來的信息時代也使得人們的職業更換速度加快,知識的更新換代在提速,也要求我們的學生對社會的認知與理解更加的全面與深刻,因此我們的學生必須就必須要掌握扎實的的基礎知識。然而我國的高中教育在課程內容方面一直處于一種繁、偏、難、舊的狀態下,特別是在應試考試的惡性循環中,許多教師錯誤理解教材內容,教學行為出現了偏頗,這在一定程度上制約了真正人才的培養。為了促進傳統教學向現代教學的轉變,高中物理課程新標準做出了一定的改變。

舉例來說在《物理必修1》中,有關“運動的描述”這一內容所涉及的知識點有質點、速度、位移、加速度以及勻變速直線運動規律,在這一內容中,教材不僅吸納了國外教材的精華,對這一系列知識點加以細致的描述,更側重了概念發展的循序漸進和邏輯思維,并能夠在概念的描述中傳遞出物理學的研究思想。

四、新教材降低了知識的難度與內容總量

新教材大大降低了學生的記憶負擔,摒棄了傳統教材的“繁”與“難”的設計手法。在新、老教材的對比當中我們可以明顯的發現新教材在這一方面的重點突破。這樣一來不僅減輕了教師的教學負擔,更減輕了學生的畏難心理,讓學生們重拾對物理學習的信心。此外,由于課堂教學中不再需要耗費長時間進行重點和難點的反復講解,也為學生與教師的交流空出了寶貴的時間。

五、新教材能夠聯系實際,突出主干

新教材將一些非重點內容做了淡化,這樣一來就使得高中物理教學的整體框架、脈絡更加清晰,更好地突出了主干,比如說刪減氣體的實驗定律和透鏡成像的公式,這些問題可以說是相對獨立的,在力學體系中也有所研究,因而為了更好地突出主干作用,做了必要的刪減。而這樣的設計思想同樣對我們的教學有著很好的啟示。物理教學總的來說要側重學生能力的培養,所以在教學的過程中我們也必須要著重于知識的引導與分析,因此我們的物理教師在習題的講解過程中不要從頭到尾沒有頭緒的重復性講解,而是要側重講解那些具有代表性,并且可以激發學生想象力與潛在思維的問題,而不是長時間拘泥于某個重點、難點問題去灌輸式的講解。

六、新教材的突出了教學方式的多樣化,更加注重學生的體驗與興趣

我們的教學如果觸及到了學生的情緒與意志,發現了學生真正的需要,就可以產生事半功倍的效果。學生對于物理學習的持久性、探究興趣以及對知識的感悟等都必須要依賴于學生對物理科目的情感支撐。因此可以說關注學生的體驗就必須要以學生的活動與經驗為基礎,要以學生的身心投入與積極參與為基本前提。因此,新教材充分地考慮讓學生真實地去“接觸”具體事物,通過實際經驗去發現問題之所在,讓學生將課堂上學習到的理論知識運用到實際問題的解決之中,這樣才能突出學生的學習主體地位,才能調動他們去深入研究物理知識。

七、新教材在內容的設計中融入了研究性學習的內容

新教材的設計巧妙之處還在于融入了一定的研究型學習內容,這部分內容對于學生主動探究能力、觀察能力以及分析能力等方面都有著良好的助益,它的設計目的并不在于讓學生獲取大量體的知識,而是能夠側重學生實踐能力與創新精神的培養,讓學生能夠親身參與研究探索的體驗。

結論:綜上所述,高中物理新教材為我們當前的物理教學注入了新鮮的血液。新教材深化了高中物理課程的培養目標,讓傳統物理教學轉變為興趣物理教學,從而促進了學生自主學習能力的生成以及探究能力的提高。因此,我們必須要更加深入地研究新教材,讓同學們能真正的地去體會新教材,繼而愛上物理知識的學習。

參考文獻

[1] 孫早立.使用高中物理新教材的實踐與探索[J].課程教材教法,1993.(9).

高中物理教材范文6

1帶電體系的靜電能

1.1互能

帶電體之間存在著相互作用的電場力,當帶電體之間的相對位置變化時,電場力所做的功與變化的路徑無關,這表明帶電體之間具有相互作用能.把每一個帶電體看作是一個不可分割的整體,將各帶電體從無限遠移到現在位置克服電場力所做的功就等于它們之間的相互作用能,簡稱互能.

當各個帶電體組成帶電體系時,若各帶電體所帶電荷符號相同,外力做正功,互能為正值.反之,若各帶電體所帶電荷符號不同,電場力做正功,互能為負值.可見互能可正可負.

1.2自能

帶電體的自能在數值上等于把該帶電體分割成無限多個小等分,將各部分電荷從無限分散的狀態聚集起來克服電場力所做的總功.由此可知,所謂自能就是用極限步驟求得的組成這個帶電體上各部分電荷元之間的相互作用能.從帶電體本身來看,這部分能量不為其他帶電體所共有,故稱為自能.

帶電體系中各個帶電體分別連續帶正電或者連續帶負電,即同一帶電體各部分所帶電荷符號相同,將這些電荷由無限分散狀態構成帶電體時需要克服電場力做功將其他形式的能量轉化為帶電體的自能,故自能一般為正值.

1.3靜電能

帶電體系的總靜電能由各帶電體之間的相互作用能和每個帶電體的自能組成.

2電勢能與電能

電勢能為帶電體系中各帶電體之間或帶電體與外電場之間的相互作用能,它為各帶電體或帶電體與外電場所共有,可見電勢能僅為帶電體系中總靜電能的一部分.

假定有一個點電荷q在其他電荷激發的靜電場中加速,如何計算q動能的改變量呢?由于q在加速的過程中q及激發外電場的電荷的自能均保持不變,唯一發生變化的靜電能就是q與外電場之間的互能了,即q在外電場中的電勢能減小,其減小量就等于q動能的增加量.因此在中學階段討論靜電場能量的變化有意義的就是電勢能的變化了.

高中物理教材中在電路部分提到電能的概念.電流通過一段電路時,自由電荷在電場力的推動下定向移動,電場力對電荷做功,即通常所說的電流做功.電流做功的過程就是電能轉化為其他能量的過程.在這里產生穩恒電流的電場為穩恒電場,與靜電場比較兩者的電荷分布都不隨時間改變,區別在于激發靜電場的電荷是靜止的,而激發穩恒電場的電荷是運動的.既然激發穩恒電場的電荷分布不隨時間改變,穩恒電場本身就應與同樣分布的靜止電荷激發的靜電場相同,因此穩恒電場與靜電場具有完全一樣的性質,所以在電路部分所講到的電能與帶電體系的電勢能具有相同的性質.

3電場能

高中物理教材在電容器部分講到“電容器充電后兩極板間存在電場,從電源獲得的能量儲存在電場之中,稱為電場能”.那么電場能與靜電能又有什么異同呢?

在物體或電容器的帶電過程中,外力所做的功等于帶電系統能量的增量,而帶電系統的形成過程實際上也就是建立電場的過程,這說明帶電系統的靜電能總是和電場的存在相聯系.下面以平行板電容器為例來說明靜電場具有能量,帶電系統的靜電能就是電場的能量,即電場能,而且電場能分布在電場所占的整個空間之中.

電容器充電的過程中,外力克服電場力所做的功等于電容器增加的靜電能,可以證明電容器的靜電能W=12QU,其中Q為電容器所帶的電量,U為電容器兩極板間的電勢差.設平行板電容器兩極板正對面積為S,兩極板間距離為d,將U=Ed,C=εsd,V=Sd代入W=12QU得到W=12εE2V,其中ε為電解質的介電常數.由此可見,靜電能可以用表征電場性質的物理量場強E來表示,而且和電場所占的體積成正比,這表明靜電能儲存在電場中.由于平行板電容器電場是均勻分布的,故所儲存的靜電能量也應該是均勻分布的.電場中每單位體積的能量,即靜電場的能量體密度為ω=WV=12εE2.盡管這一結果是以勻強電場為特例導出的,但可以證明這是一個普遍適用的公式,在非勻強電場或變化的電場中仍然正確.

電場能的表達式W=12εE2V表明能量定域于場中,場是能量的負載者.在靜電情況下,對給定的帶電體系,其電場能與靜電能的數值完全相同,靜電能就是電場能.在時變的情況下,靜電能的概念失去意義,有意義的是電場能,例如已發射出去的電磁波,即使當激發它的源消失后仍將繼續存在并向前傳播,這時我們必須認為電場能定域于場中,這正是電場作為物質所具有的一般屬性.在例題1中,我們不能將圖1的電路等效成如圖7所示的電路,雖然這個電路也是將O點拆成O′和O″兩個點,但從圖7電路可知O′和O″是不等勢的,因此這里的O′和O″不能斷開.

3.2拆分前后各支路的等效電阻應保持不變

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