静电场知识网络图及其应用
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2022-04-25
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《静电场》基础知识网络图及其应用
一、《静电场》基础知识网络图
二、对《静电场》基础知识网络图的理解
1、重构教材逻辑，恢复正确的因果关系
中学课本在建立“静电场”一章的知识体系时，采用的是从学生熟悉的“力”、“功”和“能”的角度
引入，进而建立起静电场的基本概念体系——电场强度、电势差、电势、电场线、等势面等。
然而，这只是教学的逻辑，理论上讲，应该是先有场源电荷激发电场，电场就有电场强度、电势、电
势差及电场线、等势面等概念来描述其特点与分布，然后才是将试探电荷放进电场，从而受到静电力、具
有电势能，试探电荷移动时才涉及到电场力的功。
“《静电场》基础知识网络图”首先从场源电荷 Q 出发，以描述静电场的基本概念“电场强度”、“电
势”为中心，搭建起静电场的核心概念体系，再进一步向左建立起形象直观描述电场强度分布、电势分布
的“电场线”、“等势面”概念——这两步即建立起静电场本身的概念体系，也是试探电荷活动的背景。然
后，才将试探电荷放进电场，进而研究试探电荷在静电场中的受力与能量问题，以及运动过程中的静电力
做功问题。
特别值得一提的是，所谓库仑定律，其实是点电荷电场强度决定式
2
r
Q
kE
和静电力公式
qEF
结
合而推导出来的：
22
r
qQ
k
r
Q
kqqEF
；对称的，两个电荷组成系统的静电势能公式
r
qQ
kE
p
也
是点电荷的电势决定式
r
Q
k
和电势能公式
qE
p
结合推导出来的：
r
qQ
k
r
Q
kqqE
p
。
2、理清概念关系，搭建有机知识网络图
绝大部分中学资料将静电场的概念划分为两个相对独立的主题“静电场的力的性质”和“静电场的能
的性质”，并在“力的性质”主题下囊括“电场强度”、“电场力”、“电场线”三个内容，在“能的性质”
主题下囊括“电势”、“电势能”、“等势面”，及其与“力的性质”三个内容的关系。
上述这种划分，符合学生学习的循序渐进原则，但是，这种划分一定程度上造成了这些概念间的割裂，
“《静电场》基础知识网络图”则通过清晰的关系连接线，将这些人为割裂开的概念重新“缝合”为一个
层层递进的有机整体，每两个概念之间都存在着直接的联系和清晰的逻辑关系。学生拿到这幅知识网络图，
就可以对静电场这一章的众多概念及其关系做到一目了然，而不再觉得混乱复杂。
另一方面，“《静电场》基础知识网络图”还将几种典型电场囊括进来，使基础知识体系更加完整，符
合学生对教材基本内容的认知，也是应付具体题目时的必须——讨论静电场基本概念，必然是在具体的静
电场中进行；同时，“《静电场》基础知识网络图”还将静电场的知识体系与力学的知识体系建立起直接的
联系——这实际上就是高中物理中静电场这一章的落脚点：研究带电粒子或导体在电场中运动变化问题。
电荷 Q
电场强度 E
电势差 U
电势φ
静电力 F
静电力的功 W
电势能 E
p
电场线
等势面
电场
电荷 q
分布
1 2
2
, ...
Q
E k E E E
r
F qE
F
E
q
静电平衡
AB
AB
W
U
q
电容器
点电荷
AB AB
W qU
等量异种电荷
E
W qEd
等量同种电荷
p
ΔW E
p
E q
p
E
q
A AO
U
AB A B
U
E
U Ed
E
U
E
d
1 2
, ...
Q
k
r
由高指低
你密我密
线面垂直
2
Qq
F k
r
p
Qq
E k
r
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