張懷華

(焦作市第十一中學(xué),河南 焦作 454000)

·問題討論·

勻強(qiáng)電場方向不可能與邊界斜交

張懷華

(焦作市第十一中學(xué),河南 焦作 454000)

以常見的高中物理電磁綜合試題為例,將電場線與邊界斜交的勻強(qiáng)電場歸到第一類永動機(jī)的范疇,從能量守恒定律的角度否定了電場線與邊界斜交的勻強(qiáng)電場存在的可能性,指出了此類問題中的科學(xué)性錯誤．

電場;等勢面; 永動機(jī); 能量守恒

帶電粒子在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動涉及能量、電場和磁場等重要模塊,以勻速直線運(yùn)動、勻變速直線運(yùn)動、平拋運(yùn)動和圓周運(yùn)動為常見運(yùn)動形式,滲透合成、分解、可逆、對稱和等效等重要物理思想,是高中物理教學(xué)的重點,更是高考命題的熱點．

為了應(yīng)對高考,模擬試卷的命題人竭力在一道試題中盡可能多地考察上述知識點,往往編造出一些實際上并不存在的勻強(qiáng)電場．現(xiàn)舉一例,談一談隱藏在此類試題背后的科學(xué)性問題．

1 試題回放

圖1

(1) 第1次經(jīng)過OM時的坐標(biāo);

(2) 第2次到達(dá)x軸的動能;

(3) 在電場中運(yùn)動時豎直方向上的總路程．

2 試題論證

圖2

如果認(rèn)真地分析一下試題中設(shè)計的這個勻強(qiáng)電場,就會發(fā)現(xiàn)如圖2所示的這樣的勻強(qiáng)電場現(xiàn)實中并不存在．

因為勻強(qiáng)電場都是由帶等量異種電荷的平行板電容器產(chǎn)生的,帶電金屬板表面是等勢面,電場線必須與等勢面保持垂直,不可能出現(xiàn)電場線與邊界斜交的現(xiàn)象．

圖3

這個裝置不消耗任何能量,卻能源源不斷地對外做功,屬于第一類永動機(jī)．由能量守恒定律可知,此類永動機(jī)不可能制成．

3 結(jié)論

自然界中并不存在電場線與邊界斜交的勻強(qiáng)電場,此類試題存在科學(xué)性問題．

鑒于科學(xué)性是命制試題的首要標(biāo)準(zhǔn),在對原有試題進(jìn)行改編,或者根據(jù)生產(chǎn)生活情景命制新題的時候,需要多方求證,以確保試題命制的科學(xué)性．

本文系2016年河南省基礎(chǔ)教育教學(xué)重點研究項目“基于核心素養(yǎng)的高中物理教學(xué)目標(biāo)的構(gòu)建及實施研究”(編號： JCJYB16060032)的研究成果．

2016-12-26)