勻強(qiáng)電場(chǎng)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)

·問題討論·

勻強(qiáng)電場(chǎng)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(chǎng)線與邊界斜交的勻強(qiáng)電場(chǎng)歸到第一類永動(dòng)機(jī)的范疇,從能量守恒定律的角度否定了電場(chǎng)線與邊界斜交的勻強(qiáng)電場(chǎng)存在的可能性,指出了此類問題中的科學(xué)性錯(cuò)誤．

電場(chǎng);等勢(shì)面; 永動(dòng)機(jī); 能量守恒

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

為了應(yīng)對(duì)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(shí)點(diǎn),往往編造出一些實(shí)際上并不存在的勻強(qiáng)電場(chǎng)．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(shí)的坐標(biāo);

(2) 第2次到達(dá)x軸的動(dòng)能;

(3) 在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)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(jì)的這個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng),就會(huì)發(fā)現(xiàn)如圖2所示的這樣的勻強(qiáng)電場(chǎng)現(xiàn)實(shí)中并不存在．

因?yàn)閯驈?qiáng)電場(chǎng)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(shì)面,電場(chǎng)線必須與等勢(shì)面保持垂直,不可能出現(xiàn)電場(chǎng)線與邊界斜交的現(xiàn)象．

圖3

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

3 結(jié)論

自然界中并不存在電場(chǎng)線與邊界斜交的勻強(qiáng)電場(chǎng),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(duì)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(shí)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(diǎn)研究項(xiàng)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(shí)施研究”(編號(hào)： JCJYB16060032)的研究成果．

2016-12-26)