抓住電場(chǎng)線化無(wú)形于有形

喬文輝

摘 要：如何將抽象的電場(chǎng)形象化，是擺在我們面前的一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。而電場(chǎng)線就是將抽象的電場(chǎng)形象化的工具之一，所以，讓學(xué)生掌握好電場(chǎng)線的特性，從而將無(wú)形的電場(chǎng)化于有形是掌握靜電場(chǎng)特性的最有效途徑。

關(guān)鍵詞：化無(wú)形于有形 形象 直觀

中圖分類號(hào)：O441.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章號(hào)：1003-9082（2019）10-0113-01

在學(xué)習(xí)靜電場(chǎng)之前，學(xué)生接觸的都是質(zhì)點(diǎn)系的問(wèn)題或以實(shí)物粒子形式存在的物質(zhì)，而“場(chǎng)”是物質(zhì)存在的一種全新形式，無(wú)法被我們的感覺(jué)器官所直接感知，比以往的知識(shí)更加抽象，所以學(xué)生對(duì)電場(chǎng)的認(rèn)識(shí)會(huì)存在一定的思維上的障礙。那么，如何將抽象的電場(chǎng)形象化，是擺在我們目前的一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。而電場(chǎng)線就是將抽象的電場(chǎng)形象化的工具之一，所以，讓學(xué)生掌握好電場(chǎng)線的特性，從而將無(wú)形的電場(chǎng)化于有形是掌握靜電場(chǎng)特性的最有效途徑。

實(shí)際上，法拉第不僅提出了“場(chǎng)”的概念，而且用電場(chǎng)線直觀地描繪了“場(chǎng)”的清晰圖景。通過(guò)電場(chǎng)線的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生感悟到科學(xué)家是如何用虛擬的圖線來(lái)描述抽象的物理概念的。它能使物理概念具體化、形象化，這充分體現(xiàn)了科學(xué)研究中一種十分重要的思想方法。

一、學(xué)習(xí)電場(chǎng)線需要明確一下幾個(gè)問(wèn)題（即電場(chǎng)線的特性）

1.電場(chǎng)線是假想的：電場(chǎng)線是人們?yōu)榱诵蜗?、直觀地描述電場(chǎng)的分布而畫出的一簇曲線，雖然實(shí)驗(yàn)?zāi)M了這簇曲線的形狀，但是實(shí)驗(yàn)沒(méi)有證實(shí)電場(chǎng)線的真是存在性，電場(chǎng)線是假想的。電場(chǎng)中實(shí)際上并不存在電場(chǎng)線，但電場(chǎng)線是形象、直觀地描述電場(chǎng)的有效工具;

2.用電場(chǎng)線可以表示電場(chǎng)的方向與強(qiáng)弱（強(qiáng)調(diào)：電場(chǎng)線上每一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向，電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱，并且這些電場(chǎng)線都是在空間分布的）;

3.電場(chǎng)線是從正電荷或無(wú)限遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無(wú)限遠(yuǎn)或負(fù)電荷;

4.電場(chǎng)線在空間不相交、不相切、不閉合.電場(chǎng)線在電場(chǎng)中不相交，這是因?yàn)樵陔妶?chǎng)中任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不可能有兩個(gè)方向;

5.靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線還具有下列特性：

（1）電場(chǎng)線不閉合，始于正電荷終止于負(fù)電荷;

（2）電場(chǎng)線垂直于導(dǎo)體表面;

（3）電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直.

6.感應(yīng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線具有下述特性：

（1）電場(chǎng)線不是閉合的;

（2）閉合的電場(chǎng)線包圍磁感線.

二、通過(guò)電場(chǎng)線的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠讀懂一些典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布圖

會(huì)用電場(chǎng)線來(lái)描述有關(guān)的電場(chǎng)，即會(huì)用電場(chǎng)線描述電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向;知道一個(gè)電場(chǎng)的電場(chǎng)線，就可畫出等勢(shì)面（反之亦然），能判定電勢(shì)高低（沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低）。例如：某導(dǎo)體置于電場(chǎng)后周圍的電場(chǎng)分布情況如圖所示，圖中虛線表示電場(chǎng)線，實(shí)線表示等勢(shì)面，A、B、C為電場(chǎng)中的三個(gè)點(diǎn)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

A.A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度

B.A點(diǎn)的電勢(shì)高于B點(diǎn)的電勢(shì)

C.將負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功

D.將正電荷從A點(diǎn)移到C點(diǎn)，電場(chǎng)力做功為零

解析：電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，A處電場(chǎng)線比B處稀疏，A正確;在同一等勢(shì)面上電勢(shì)相等且沿著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)逐漸降低，所以A點(diǎn)的電勢(shì)高于B點(diǎn)的電勢(shì)，B正確;將負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功，C錯(cuò)誤;A點(diǎn)、C點(diǎn)在同一個(gè)等勢(shì)面上，將正電荷從A點(diǎn)移到C點(diǎn)，電場(chǎng)力做功為零，D正確，故選C。

再如：如圖所示，實(shí)線表示一簇關(guān)于x軸對(duì)稱的等勢(shì)面，在軸上有A、B兩點(diǎn)，則 （）

A.A點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向指向x軸負(fù)方向

B.A點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)小于B點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)

C.A點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大于B點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)

D.A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)

解析：電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直，并且由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面，故A點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向指向x軸正方向，故A錯(cuò)誤;等差等勢(shì)面的疏密程度表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，由于0.4 V與0.2 V兩個(gè)等勢(shì)面間電勢(shì)差等于0.6 V與0.4 V兩個(gè)等勢(shì)面間電勢(shì)差，B處的等勢(shì)面密，所以B點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度較大，故B正確，C錯(cuò)誤;電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直，并且由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面，故電場(chǎng)線沿著x軸正方向，沿著電場(chǎng)線電勢(shì)逐漸降低，故A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)， D正確，故選B、D。

同時(shí)通過(guò)電場(chǎng)線的學(xué)習(xí)，使學(xué)生感悟到用虛擬的圖線描述抽象的物理概念的做法是科學(xué)研究中一種重要的思想方法。用“線”描述“場(chǎng)”是法拉第為物理學(xué)作出的重要貢獻(xiàn)之一。

應(yīng)當(dāng)注意的是，電場(chǎng)線不是電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡。根據(jù)電場(chǎng)線的方向能確定電荷的受力方向和加速度方向，但不能確定電荷的速度方向、運(yùn)動(dòng)的軌跡。當(dāng)電場(chǎng)線是直線時(shí)，若電荷運(yùn)動(dòng)的速度方向與電場(chǎng)線平行，則電荷運(yùn)動(dòng)軌跡與電場(chǎng)線重合。

參考文獻(xiàn)

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