匀强电场方向不可能与边界斜交

张怀华

(焦作市第十一中学,河南 焦作 454000)

·问题讨论·

匀强电场方向不可能与边界斜交

张怀华

(焦作市第十一中学,河南 焦作 454000)

以常见的高中物理电磁综合试题为例,将电场线与边界斜交的匀强电场归到第一类永动机的范畴,从能量守恒定律的角度否定了电场线与边界斜交的匀强电场存在的可能性,指出了此类问题中的科学性错误．

电场;等势面; 永动机; 能量守恒

带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动涉及能量、电场和磁场等重要模块,以匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动和圆周运动为常见运动形式,渗透合成、分解、可逆、对称和等效等重要物理思想,是高中物理教学的重点,更是高考命题的热点．

为了应对高考,模拟试卷的命题人竭力在一道试题中尽可能多地考察上述知识点,往往编造出一些实际上并不存在的匀强电场．现举一例,谈一谈隐藏在此类试题背后的科学性问题．

1 试题回放

图1

(1) 第1次经过OM时的坐标;

(2) 第2次到达x轴的动能;

(3) 在电场中运动时竖直方向上的总路程．

2 试题论证

图2

如果认真地分析一下试题中设计的这个匀强电场,就会发现如图2所示的这样的匀强电场现实中并不存在．

因为匀强电场都是由带等量异种电荷的平行板电容器产生的,带电金属板表面是等势面,电场线必须与等势面保持垂直,不可能出现电场线与边界斜交的现象．

图3

这个装置不消耗任何能量,却能源源不断地对外做功,属于第一类永动机．由能量守恒定律可知,此类永动机不可能制成．

3 结论

自然界中并不存在电场线与边界斜交的匀强电场,此类试题存在科学性问题．

鉴于科学性是命制试题的首要标准,在对原有试题进行改编,或者根据生产生活情景命制新题的时候,需要多方求证,以确保试题命制的科学性．

本文系2016年河南省基础教育教学重点研究项目“基于核心素养的高中物理教学目标的构建及实施研究”(编号： JCJYB16060032)的研究成果．

2016-12-26)