張懷華

(焦作市第十一中學,河南 焦作 454000)

·問題討論·

勻強電場方向不可能與邊界斜交

張懷華

(焦作市第十一中學,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電場歸到第一類永動機的范疇,從能量守恒定律的角度否定了電場線與邊界斜交的勻強電場存在的可能性,指出了此類問題中的科學性錯誤．

電場;等勢面; 永動機; 能量守恒

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

為了應對高考,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電場．現(xiàn)舉一例,談一談隱藏在此類試題背后的科學性問題．

1 試題回放

圖1

(1) 第1次經(jīng)過OM時的坐標;

(2) 第2次到達x軸的動能;

(3) 在電場中運動時豎直方向上的總路程．

2 試題論證

圖2

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

因為勻強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．由能量守恒定律可知,此類永動機不可能制成．

3 結論

自然界中并不存在電場線與邊界斜交的勻強電場,此類試題存在科學性問題．

鑒于科學性是命制試題的首要標準,在對原有試題進行改編,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性．

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

2016-12-26)