马赫数计算公式真空中静电场高斯定理的教学方法分析

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真空中静电场高斯定理的教学方法分析

作者：曲保平

来源：《理科爱好者(教育教学版)》2019年第02期

【摘 要】真空中静电场高斯定理作为大学物理中的重要内容之一，由于定理本身较为 复
杂，对学生的理解能力提出了很高要求，所以，需要对该部分内容进行合理教学。基于对真空
静电场高斯定理内容的研究，结合对学生学习中遇到的问题，本文提出了针对这一定理的教学
方法，让学 生能够更好地理解这部分知识。
【关键词】电通量；高斯定理；对称性分析；教学方法
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437（2019）10-0001-02
在真空静电场高斯定理的教学过程中，公式的本身不难理解，而當前学生学习中存在的主
要问题包括两方 面：一是对公式的物理意义理解程度不够以及对高斯定理的应用不能熟练掌
握，这导致很多学生在用高斯 定理进行解题时常常出现错误。二是在当前的教学中，教师更重
视对定理的综合性讲解，对学生来说，这 种讲解方式无法帮助其全面高效理解这一定理，对学
生的学习过程显然不利。
1 真空中静电场高斯定理的涵义和理解难点
1.1 真空中静电场高斯定理的涵义
真空中静电场高斯定理：在真空静电场中，通过任意的闭合曲面电通量等于该闭合曲面 内
所包围的电荷的代数和除以真空介电常量，其数学表达式如下：
在该方程 中，s表示真空静电场中的闭合曲面，在物理学研究中，这一闭合曲面被称为高
斯面。在方程的右半部分 ，分子代表的涵义为高斯面s内的电荷总量，分母代表的涵义为真空
环境的电容率。从公式本身来看，学 生只要知晓这些参数代表的含义即可，但事实上，需要教
师强调的是，电通量Φ所代表的物理含义是通过 电场中某一给定曲面的电场线的总条数，在
上述表达式中，它所反映的就是通过闭合的高斯面s的电场线 条数[1]。
1.2 真空中静电场高斯定理的理解难点
学生在理解高斯定理的过程中，常见的理解难点包括两个方面：（1）公式中电场强度的
激发对象。电场 强度为公式中的E，很多学生不知电场强度的激发对象，在物理学研究中，通
过高斯面的电场强度为整个 电场中所有电场电荷共同决定的，在解题过程中，需要探究高斯面
上所有面元的综合电场强度之和。（2 ）电荷量为何是高斯面内的电荷代数和。电场中的曲面
包括两种形式，一种为闭合曲面，另一种为非闭合 曲面，对于闭合曲面来说，