摘 要：實驗是物理的靈魂，演示實驗是最高效的物理實驗教學策略。電勢差這一知識點概念性強、抽象、理解難度大，又是高考的重點，教材中對這一知識點沒有編排演示實驗，使得電勢差的教學成為教師課堂教學中的“難題”。本文通過高效精彩的演示實驗，將抽象的電勢差概念具體形象化，賦予枯燥難懂的電勢差靈性，打破以往“灌輸式”的教學模式，開創了電勢差教學的新思路。

　　關鍵詞：教學期刊投稿,電勢差,電場力做功,等勢面,高效課堂

　　孤立帶電體很難與周圍環境絕緣，空氣和實驗操作中的接觸都會使帶電體的電荷量迅速減少，使其很難形成穩定而強大的電場，這就是教材中電場這部分內容沒有編排演示實驗的原因。而范式起電機能很好地解決這個問題。

　　范式起電機(Van de Graaff generator)是一種能產生很高電壓的靜電高壓發生裝置。如圖所示，大金屬球電極由有機玻璃圓筒支撐，上下有兩個輥，下輥與電機相連。當接通電源時，下輥通過膠帶帶動上輥運轉，這樣上輥與膠帶摩擦產生負電荷，大量的負電荷就被上輥旁的上集電梳收集到大金屬球電極上;同時，膠帶與上輥摩擦產生正電荷，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入大地。而下輥產生的負電荷，由膠帶運送到上輥，被上集電梳收集到大金屬球電極上。電機不停地運轉，不斷反復上述過程，從而產生很高的電位。在實驗中范式起電機的大金屬球電極就充當了“場源電荷”的角色。由于起電機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因為周圍環境的影響而減少，它就能產生穩定而強大的電場，供教師進行電勢差的演示實驗。

　　有了穩定而強大的電場后，下面就來做一個神奇而有趣的實驗――在電場中點亮日光燈管。這個奇妙的過程能夠十分形象地說明電場中電勢差是客觀存在的。具體做法如下：

　　首先，準備實驗儀器。范式起電機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，這樣實驗現象才會更明顯。然后打開范式起電機，就可以看到日光燈管亮了!如圖1所示，沒有通電，日光燈卻能發光，這是多么神奇呀!

　　圖1

　　接著，讓日光燈管遠離金屬球，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，將日光燈管緩慢地移近金屬球，可以觀察到日光燈管越來越亮，直到最后可以照亮整個教室。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，還有更神奇的現象。用一根接地線接觸燈管的遠端，可以看到整個日光燈管都亮了!如圖3所示。

　　圖3

　　最后，改變日光燈管的位置，將日光燈管沿著與金屬球半徑垂直的方位水平放置，日光燈管竟然不亮了!

　　這個神奇而又有趣的演示實驗能說明什么呢?怎樣圍繞實驗現象開展電勢差的教學呢?有了這個有趣的演示實驗，就能直觀又形象地引入“電勢差”的概念。比如，設計問題：“燈管亮了說明了什么?使燈管發光的能量是從哪里來的?”啟發學生思考并總結：燈管亮了說明燈管兩端有電壓，也就是存在電勢差;燈管處于金屬球的電場中，那么電勢差就是由金屬球的電場提供的。使燈管發光的能量是通過電場力對帶電粒子做功由電勢能轉化而來的。

　　由演示實驗引入電勢差，既直接又形象。學生真真切切地看見了電勢差存在的證據，印象深刻，實驗法要比類比法和講解法更易于讓學生接受，大大降低了學生的理解難度。教師不需要過多的語言，也大大降低了教師的教學難度，真正實現了高效教學。所以，用演示實驗引入電勢差概念是教學上的創新和突破。

　　引入電勢差概念之后，就可以利用演示實驗幫助學生準確地理解電勢差的物理意義，即電勢差是描述電場能量的物理量，通過實驗還可以解釋電勢差和電場力做功的關系。設計這樣的問題：“將燈管緩慢地水平移近金屬球，燈管為什么越來越亮?”啟發學生分析：將燈管緩慢地水平移近金屬球，燈管越來越亮說明燈管兩端的電勢差越來越大。從電場力做功的角度看，越靠近金屬球，電場力越大，相同的位移電場力做的功就越大，轉化的電勢能就越多，燈管獲得的能量就越多，燈管就越來越亮。而用一根接地線接觸燈管的遠端，燈管遠端的電勢變為零，燈管兩端的電勢差更大了。最后總結：電勢差越大，電場力做的功越大，電勢能轉化得越多，實驗現象與公式WAB=qUAB的表述一致。可以用圖4描述這個過程。

　　理解清楚電勢差的物理意義之后，還可以利用這個演示實驗幫助學生總結點電荷電場等勢面的特點。同樣，為了引導學生思考，設計這樣的問題：“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?”啟發學生總結：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，因為燈管兩端接近等勢，電勢差接近于零。用實驗研究等勢面是物理教學的新思路、新方法。對于學生來說，能從實驗中親自總結出等勢面的特點，加深了他們對等勢面概念的理解。圖5描述了這種情形。

　　綜上所述，電勢差概念的引入、電勢差與電場力做功的關系、點電荷電場等勢面的特點，這三個教學重難點都可以通過“在電場中點亮日光燈管”這個演示實驗突破。通過日光燈管的發光現象給大家展現看不見摸不著的電勢差，化抽象枯燥為形象有趣，活化了電勢差和等勢面這樣抽象難懂的概念，能很好地幫助學生理解電勢差和等勢面的知識。解開這個神秘的現象，便看到了電勢差的真實存在。神奇的演示實驗現象激發了學生的求知欲望，且該實驗操作簡單，現象明顯，不易失敗，非常適合課堂現場演示，使電勢差的課堂教學簡單易行，課堂效率大幅度提高，這種探索和改進可以說為電勢差教學開創了一條新途徑。