在物理教学中对电场线的再认识

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1、在物理教学中对电场线的再认识  在物理教学中对电场线的再认识  苏峰  (江苏省大港中学)  摘要:电场线能终止于无限远,但起始于何处?提出一些观点和今后教学的策略,即注重基本概念的学习、研究和拓展对教学工作有一定意义。  关键词:点电荷;电场线;教学  引入电场线能更加形象、直观地了解和描述电场中各点电场强度的大小和方向,更对解决涉及电场力的动力学问题有很大的帮助。  课本中是这样定义电场线的:"电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线,曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。"我们知道,电场线与场强的关系:电场线上每一点的切线方向和该点电场强

2、度的方向一致。也就是说电场线若是直线,则电场强度的方向就是电场线的方向。这样我们就可以画出较复杂的两点电荷产生的某些特殊电场线,用这样的电场线来研究一种类型的题型就非常方便了,如课本第15页第7题:  真空中两个点电荷,分别固定在x坐标轴的x=0和x=6cm位置上。(1)x坐标轴上哪个位置的电场强度为0(2)x坐标轴上哪些地方的电场强度方向是沿x轴的正方向的?  应该可以知道:坐标轴x<0的左侧任一点,点电荷Q1和Q2产生的电场强度的矢量和的方向向左,∴电场线方向向左(即电场线从正电荷出发,终于无限远);在0<x<6cm之间,点电

3、荷Q1和Q2产生的电场强度的矢量和的方向向右(即电场线起始于正电荷,终于负电荷);x=12cm处,电场强度的矢量和为0;∴在6cm<x<12cm,点电荷Q1和Q2产生的电场强度的矢量和的方向向左(即电场线终于负电荷);x>12cm,点电荷Q1和Q2产生的电场强度的矢量和的方向向右(即电场线终于无限远)。这样就较容易在x轴上画出这样的电场线。  之所以能这样画的理由是:电场强度的方向就是电场线的方向,但这样画,与课本中电场线的一个特点:"电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或负电荷"这样的结论,不能很好地吻合,图中x>12

4、cm区域的电场线终止于无限远,但起始于何处?能否有这样的电场线呢?就不太好说了,但本人认为可以有这样的电场线,是根据电场强度的方向就是电场线方向的概念画出来的。课本中电场线的几个特点是这样得出来的:"从图1.3-6和图1.3-7可以看出""电场线不是实际存在的线,而是为了形象地描述电场而假想的线",之所以有矛盾,是不是课本中的结论不太完善,但画出这样的电场线可以很方便解决这样的一些问题:①电场强度为零的地方,电势一定为零。(此说法错误,如题目中x=12cm处,电场强度为零,但电场线从此位置出发,一直延伸到无限远,而无限远处的电势为0,∴x=12cm

5、处的电势为正值)②将正电荷从x=8cm处沿x轴正方向移到x=14cm处,电场力做功和电势能变化的问题。  我们经常会碰到这两类题型:第一类是研究:电量不等的两个固定点电荷所在直线上的问题,如右图(a)(b)。第二类是研究:等量同种点电荷(取正点电荷为例)之间的连线上和连线的中垂线上的问题,如右图(c)这两个方向带电粒子的动力学问题。若我们这同样的方法先画出电场线,再根据动力学相关的知识,应该能较方便解决这样的题目。根据电场强度的方向就是电场线的方向这个结论,是可以在连线上和中垂线上再画出四根如图所示的电场线,由图中增加的四根电场线,就可以更加方便处

6、理连线和中垂线上的相关问题。  例1:如图所示,真空中A、B两点固定两带电量都为Q的正点电荷,O点是AB连线的中点,在AO的中点C处放一带电量为q的负点电荷,现给q向B的初速度v0,电荷运动中只受静电力作用,则该点电荷可能的运动情况是()  A.始终向B运动,减速直至停止  B.始终向B运动,先减速后加速  C.先向B作减速运动,后向A作加速运动  D.在O点两侧作往复运动  解答:先画出连线上的电场线,连线中点电场强度为0,用数学中的空心圈表示,中点O左右两侧电场线的方向均指向中点。再对电荷受力分析,结合初速度方向,知道电荷一开始就做减速运动。过

7、程如下(加速度大小可以通过电场线的疏密和有无判定):  ①若初速度v0较小,则电荷还未到中点O就减速到零,然后反向加速运动。(加速度a先减小后增大,速度v先减小到零后反向增大)  ②若初速度v0为某临界值,使得电荷刚好减速到中点O恰好速度为零,最后静止在中点。(加速度a一直减小到零,速度v一直减小)  ③若初速度v0较大,则电荷能减速通过中点O后,还有向右的速度,接下来再加速向右运动。(加速度a先减小后增大,速度v先减小后增大)  ∴选ABC.  例如2:如图所示,M、N为两个等量同种电荷,在其连线的中垂线上的P点放一静止的点电荷q(负电荷),不计

8、重力。下列说法中正确的是()  A.点电荷在从P到O的过程中,加速度越来越大,速度也越来越大  B.点电荷在从P到O的过程

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