靜電場 恒定電場和渦旋電場

居松濤

(靖江劉國鈞中學(xué) 江蘇 泰州 214530)

因?yàn)殡妶鲆愿咭坏牧W(xué)作為基礎(chǔ)，而學(xué)生在高一學(xué)力學(xué)時就顯得吃力，所以該知識點(diǎn)對學(xué)生而言綜合性強(qiáng)、概念性強(qiáng)、更抽象，是高中物理的難點(diǎn).靜電場、恒定電場和渦旋電場在高中物理中都出現(xiàn)過，這里筆者做一個簡單總結(jié).

靜電場是高中物理的重點(diǎn)內(nèi)容，也是難點(diǎn).靜電場由相對于觀察者靜止的電荷系統(tǒng)激發(fā).產(chǎn)生靜電場的電荷不流動，靜電場中的導(dǎo)體內(nèi)E=0.靜電場的電場線不閉合，是開放的、有源無旋場，可以在電荷周圍瞬間產(chǎn)生，不需要時間，而它的維持也不需要消耗能量.在靜電場中，靜電力對試探電荷所做的功與路徑無關(guān)，只與試探電荷在電場中的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置有關(guān)，所以靜電場是保守力場，靜電場內(nèi)可以引入電勢.

在講閉合電路的基礎(chǔ)理論時提到了穩(wěn)恒電場，只要學(xué)生了解即可.穩(wěn)恒電場是閉合回路內(nèi)由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的.形成穩(wěn)恒電場的電荷是運(yùn)動的，但總體上電荷分布不隨時間改變，是一種動態(tài)的平衡.導(dǎo)線內(nèi)E≠0,E的方向與電流方向一致，正是在穩(wěn)恒電場的作用下導(dǎo)線內(nèi)的自由電子做定向移動形成穩(wěn)恒電流.穩(wěn)恒電場的產(chǎn)生需要時間，其時間很短，且維持穩(wěn)恒電場需要消耗能量.在閉合回路內(nèi),穩(wěn)恒電場與電源內(nèi)部的非靜電力共同作用保證電流的閉合性.

穩(wěn)恒電場與靜電場在很多方面都類似，如產(chǎn)生電場的電荷分布是穩(wěn)定的，電場強(qiáng)度都不隨時間而改變.所以他們的基本性質(zhì)相同，靜電場中的電勢、電勢差及其與電場強(qiáng)度的關(guān)系、電場力做功等概念或規(guī)律在穩(wěn)恒電場中也適用.

在講電磁感應(yīng)時提到了渦旋電場(感生電場)，要求學(xué)生能夠理解.渦旋電場的本質(zhì)與靜電場和恒定電場不同.渦旋電場(感生電場)由變化的磁場激發(fā)，電場線是閉合的.渦旋電場內(nèi)的導(dǎo)體會有渦流.渦旋電場是無源有旋場.可以證明，在渦旋電場內(nèi)，電場力對試探電荷所做的功與路徑有關(guān)，相同的初末位置，不同的路徑，電場對電荷做功不同.所以渦旋電場是非保守力場，不能像靜電場那樣引入電勢的概念，即電勢概念對渦旋電場來說無意義.