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教师招聘-高中阶段遇到的电场

来源:中公湖南教师招聘考试网  时间:2022-01-18 11:29:32

开始讨论之前我们先看一个这样的问题:

例1:有人设想了一种静电场,其电场线分布如图所示,电场线为不等间距的相互平行的一组平行线,这样的静电场是否可能存在?

这个问题的答案是否定的,图示静电场不可能存在。因为静电场是保守场,电荷沿任意闭合路径一周电场力做的功等于0,但在这种电场中,电荷可以沿某一闭合路径移动一周而电场力做功不为0。

理解这个问题不是很困难,因为通过高中阶段的学习,我们知道静电场存在着这样一个规律:沿电场线方向,电势降低。

真正另很多人困惑的是另外一个题目。

例2:用均匀导线做成的正方形线框放在垂直纸面向里的匀强磁场中,线框外没有磁场,如图所示,当磁场均匀增强时,a点和b点电势大小关系怎样?

解此题时,我们可以很容易根据楞次定律判断出电路中的电流方向为逆时针方向,并且构成回路。但这对于ab两点之间的电势关系并没有帮助,因为我们无论使用电源外部电流由高电势流向低电势,或是使用电源内部电流由低电势流向高电势,都会得出相互矛盾的结论:a点电势高于b点电势的同时,b点电势高于a点。

解决这个问题,我们发现不能通过电流的流向判断电势高低。继续深入分析我们会发现,电路中每个微小片段在充当电源的同时也是用电器。设整个回路产生的电源电动势总和为e,消耗的电动势总和也是e。设整个回路长度是L,我们研究一段长度为ΔL导线,会发现这段导线产生的电动势是,消耗的电动势也是。这就意味着任意两点之间电势差均为零,因为产生的感应电动势都被自己消耗了。

其实产生这一问题根本原因是变化的磁场背后隐藏的电场——涡旋电场。根据法拉第电磁定律我们可以知道,变化的磁场会在空间激发出电场。本题中产生的就是这样一种电场,它的电场线是一组同心圆,我们会发现沿电场线方向电势降低并不成立。而这才是导致例2不能使用电流方向判断电势高低的原因。

总结一下,高中所学电场所有规律均适用于静电场(由静止电荷产生的电场)。人民教育出版社高中物理教科书也指明,其中对于电场的讨论只针对静电场。而在高中阶段的电磁感应这一部分,隐含着另外一种电场——涡旋电场(由变化的磁场激发的电场),所以静电场中某些结论并不适用。

(责任编辑:wq)

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