靜電場 恒定電場和渦旋電場

居松濤

(靖江劉國鈞中學 江蘇 泰州 214530)

因為電場以高一的力學作為基礎，而學生在高一學力學時就顯得吃力，所以該知識點對學生而言綜合性強、概念性強、更抽象，是高中物理的難點.靜電場、恒定電場和渦旋電場在高中物理中都出現過，這里筆者做一個簡單總結.

靜電場是高中物理的重點內容，也是難點.靜電場由相對于觀察者靜止的電荷系統激發.產生靜電場的電荷不流動，靜電場中的導體內E=0.靜電場的電場線不閉合，是開放的、有源無旋場，可以在電荷周圍瞬間產生，不需要時間，而它的維持也不需要消耗能量.在靜電場中，靜電力對試探電荷所做的功與路徑無關，只與試探電荷在電場中的起點位置和終點位置有關，所以靜電場是保守力場，靜電場內可以引入電勢.

在講閉合電路的基礎理論時提到了穩恒電場，只要學生了解即可.穩恒電場是閉合回路內由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的.形成穩恒電場的電荷是運動的，但總體上電荷分布不隨時間改變，是一種動態的平衡.導線內E≠0,E的方向與電流方向一致，正是在穩恒電場的作用下導線內的自由電子做定向移動形成穩恒電流.穩恒電場的產生需要時間，其時間很短，且維持穩恒電場需要消耗能量.在閉合回路內,穩恒電場與電源內部的非靜電力共同作用保證電流的閉合性.

穩恒電場與靜電場在很多方面都類似，如產生電場的電荷分布是穩定的，電場強度都不隨時間而改變.所以他們的基本性質相同，靜電場中的電勢、電勢差及其與電場強度的關系、電場力做功等概念或規律在穩恒電場中也適用.

在講電磁感應時提到了渦旋電場(感生電場)，要求學生能夠理解.渦旋電場的本質與靜電場和恒定電場不同.渦旋電場(感生電場)由變化的磁場激發，電場線是閉合的.渦旋電場內的導體會有渦流.渦旋電場是無源有旋場.可以證明，在渦旋電場內，電場力對試探電荷所做的功與路徑有關，相同的初末位置，不同的路徑，電場對電荷做功不同.所以渦旋電場是非保守力場，不能像靜電場那樣引入電勢的概念，即電勢概念對渦旋電場來說無意義.