周快林

(安徽省無為第二中學 238300)

問題(2016年全國新課標Ⅱ卷，15)如圖1，P為固定的點電荷，虛線是以P為圓心的兩個圓．帶電粒子Q在P的電場中運動．運動軌跡與兩圓在同一平面內(nèi)，a、b、c為軌跡上的三個點．若Q僅受P的電場力作用，其在a、b、c點的加速度大小分別為aa、ab、ac，速度大小分別為va、vb、vc，則( ).

圖1

A．a(chǎn)a>ab>ac，va>vc>vb

B．a(chǎn)a>ab>ac，vb>vc>va

C．a(chǎn)b>ac>aa，vb>vc>va

D．a(chǎn)b>ac>aa，va>vc>vb

一、先分析“點電荷”

對點電荷模型，高中學生比較容易理解.在必修1教材中給學生介紹過質(zhì)點概念，類比質(zhì)點模型，點電荷概念易于理解.用庫侖定律計算兩個電荷之間的相互作用力，如何確定兩個電荷之間的距離是關(guān)鍵.只有對“點電荷”，兩帶電體之間的距離才有確切的意義，才能消除帶電體本身的幾何形狀、大小及帶電體電荷分布諸多因素對其相互作用力的影響.

通過一個例題來分析下：兩個半徑為R的帶電球所帶電荷量分別為q1和q2，當兩球心相距3R時，相互作用的靜電力大小為( ).

圖2

科學家研究發(fā)現(xiàn)，r在10-15m至107m范圍內(nèi)，庫侖定律是可靠的.盧瑟福用α粒子散射實驗檢驗原子核的模型時，證實兩個電荷間的距離在10-15m以上庫侖定律能嚴格成立；1980年7月11日，丁肇中在北京報告他的實驗結(jié)果，在r小到10-18m時，庫侖定律仍成立.同時，地球物理探測的大量的實驗表明，在大到地球的線度(107m)內(nèi)，庫侖定律是可靠的.

了解了這些知識，在選修3-5物理教材第十九章原子核中，講到原子核內(nèi)核子之間要存在核力來平衡質(zhì)子之間的庫侖力，學生也就很容易理解原子核的穩(wěn)定性了.

二、再分析“在真空中”

三、后分析“兩個靜止”

英國物理學家麥克斯韋電磁場理論指出：任何隨時間變化的電場，都要在鄰近的空間激發(fā)磁場；任何隨時間變化的磁場，也都要在鄰近的空間激發(fā)電場.也就是說，充滿變化的電場(磁場)空間，同時也充滿變化的磁場(電場)空間.

圖3

式中θ是場點坐標矢徑r與v的夾角，c為光速.總電場E中，既有電荷Q2按庫侖定律激發(fā)的電場，也有因磁場變化引起的感生電場.

回到開始提出的問題中，在中學階段，我們討論電荷間的運動速度都是遠比光速小的，即使它們是有相互運動，我們?nèi)耘f按照庫侖定律來分析處理是可以的.

總之，庫侖定律是高中物理中重要的定律，是解決許多靜電場問題的基礎，雖然它的三個條件在中學階段是不需要特別給學生研討，但對學生提出的問題，作為教師不能回避，更不能一句話給打發(fā)過去，有必要結(jié)合已學過的知識，讓學生能初步明白其中的物理道理，這樣有助于提高學生學習物理的興趣和探究物理的積極性，同時也深化學生對庫侖定律的本質(zhì)理解和促進學生縝密思維能力的發(fā)展.