电磁学问题

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一、 “电势”怎样定义好

1.课本介绍、定义“电势”时，常用的两种方式

(1)用U=E/q(q为正电荷，E为电势能)定义，相应的文字有：①放在电场中某点的正电荷具有的电势能跟它电量的比值，叫做电场中这一点的电势。②单位正电荷在电场中某点所具有的电势能，叫做电场中这一点的电势。

(2)电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷从该点移到零电势点的过程中电场力所做的功;其定义式为U=W/q(W为电场力的功，q为正电荷)。

中等物理学如何科学地介绍、定义“电势”?这是一个很实际的问题，值得进一步地思考。

用U=E/q(q>0)或U=W/q(q>0)定义电势，电势总是正的，其中的q必须是正电荷(电量)。我们知道，电势是静电场的一个重要物理量，它是静电场本身的一种特性。静电场中各点的电势是客观存在的，它反映了静电场的能的性质等。对一个电场而言，其中电势的大小只和场源电荷Q的正负性、电量大小和所考查的点的位置以及零电势点的选择有关。同一个静电场中某点的电势可正、可负，也可以为零。静电场中某点电势的大小不是绝对的，它和电势的零点选择有关。零电势点选择以后，静电场中某点电势的大小既可用q>0，也可用q<0的检验电荷及相关的电势能来探测、计算，无须设限。用上述方式定义电势，人为地设置了障碍或限定。理解、使用它们时会出现一些问


题。

用U=E/q(q>0)定性或定量地处理涉及q<0的电势能或电势等问题会有麻烦，往往不能自圆其说。这种定义会让学生误认为电场中某点的电势，只能用q>0的检验电荷及相关的电势能来探测、计算，q<0则不行;也会让学生误解为涉及电势能、电势等电学问题，只能借助于q>0的检验电荷分析、处理，q<0不行。这种定义还会产生歧义，即涉及q<0的电势能、电势等电学问题，都不能用公式U=E/q(q>0)处理，因为它强调q是正电荷(电量)。

用U=W/q(q>0)定性或定量地处理涉及q<0的电势能或电势等问题，也会有麻烦，学生会产生疑问或不解，使用这一公式时还会不放心，感到有些别扭，因为此公式中使用或要求的也是正电荷(电量)。 总之，用U=E/q(q>0)或U=W/q(q>0)解决涉及q<0的电势能或电势等问题时，心中不踏实，道理上也说不清、说不通，有些勉强或强人所难。

定义是对事物本质或范围的确切而扼要的说明，所以，电势的定义理应完整、严密，并具有普遍性和科学性，不能以偏概全和留下隐患。既然正、负电荷及相关的电势能都可以探测，处理电势及相关的问题，定义电势时就不要人为地限定，仅仅使用或涉及q>0的检验电荷，不提或排除q<0的检验电荷。

综上可见，用U=E/q(q>0)或U=W/q(q>0)定义电势均有不妥，应当予以修正，以避免理解和使用中出现的因定义本身所带来的问题及留下的后患。




2.较为科学的两种电势定义

这类定义具有普适性、科学性，使用效果良好。它们没有规定q必须是正电荷，q>0或q<0均适用、成立。建议中等物理学课本及教学参考、选用。

(1)对于电场中某点来说，放在该点的电荷具有的电势能和电荷的电量之比是一个常量;这个常量的大小跟电荷无关，它反映了电场的一种性质;这个常量叫做电场中该点的电势。定义式为U=E/q。 (2)电场力将检验电荷从电场中某点移到零电势点所做的功与检验电荷电量的比值，叫做该点的电势。定义式为U=W/q。 用U=E/q或U=W/q定义电势，q既可为正电荷，也可为负电荷(电量)，相应的U也会有正、有负，这样就避免了U只会是正值的现象。事实上，静电场中的U不可能总是正的。U有正、有负全面、真实地反映了静电场的实际情况。U总是正值则是片面、残缺的和不真实的，也违背了客观事实。用U=E/q或U=W/q定性或定量地分析、处理电势能或电势等问题(习题)，上述担心和思维障碍没有了，可以用它们大胆、合理地解决所有的相关问题。这样定义“电势”既合理、科学，又有说服力，适应面也很宽;使用它时，学生不再茫然或不知所措。

电势的定义中，q为正电荷和q既可是正电荷，又可是负电荷，虽然差别不大，但差之毫厘，谬以千里。

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