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1、3.在讲电路时,我们有这样一个疑问:在没有电阻的部分电 路(如超导体)中,有没有电场?若没有电场,电荷为什么 会定向移动形成电流?若有电场,电场线必然沿导线,那么 在这段导线上应该有电势差,而根据部分电路的欧姆定律, 却没有电压?这个问题该怎样解释?我们感到很困惑。我们按照 31中电场、电流的讲解来分析:物理 31 第一章首先讲了有电荷就产生电场,然后讲了 电场的性质是对放入其中的电荷有力的作用,能对电荷做 功,也就是说,电场既有力的性质,又有能的性质,从而出 现了场强和电压。我们着重看放入电场的电荷的两种放法: 一是直接将电荷(带电体)射入电场(带电粒子在电场中的 运动,这是我们熟悉的),二
2、是把电中性的导体放入电场, 随之,也就把导体内部的自由电荷也置于电场力的作用之下静电感应与屏蔽,这是考试说明中不考的)。电场中的导 体的作用也就很显然:提供自由电荷一一导体放入电场中, 也就在电场中放入了自由电荷(电子)。放入电场中的导体 被固定,但内部的自由电子却因外电场的作用而重新分布, 即静电感应。静电感应的结果是在导体两端形成异种电荷, 异种电荷产生的附加电场与外电场相反而使导体内部的场 强变小,最终场强为0 达到静电平衡。静电平衡的特点是导 体内部与外壳电势相等(电压为 0)。由于考试说明“电场中的导体”不作要求,老师们在教学中只讲前一部分,删去了静电感应与屏蔽,而静电感应与屏蔽恰好
3、与电流的形成有着 密切联系,也就使人们忽视了电场与电流的关系,对导体两 端电压的理解也失去了基础。101 = 0F-E =+ E = 0|导体内电场强度 外电场强度 感应电荷电场强度|请注意,上图中导体左右两端电压等于 0!现在,我们再看电源的作用:电源实际是一个能将正负电荷分开(通过机械力、化学作用等)的装置。有了电源, 有了正负极,也就有了异种电荷形成的电场。现在我们再把电场中的导体拉长,接在电源两极上。此 时,电源外部的电场线会集中于导体内部,因为电场线沿最 短路径(等势体的电势相等,电压为0,路径最短)。在这种 情况下,导体两端的感应电荷与电源两极上的电荷会发生中 和,如果导体有电阻且
4、较大,则导体中感应电荷移动得慢一 些,导体与正极相接端正电荷占优势,与负极相接端负电荷 占优势,导体中还会剩余电场,场强不等于 0,也就有了电压,此即我们所说的外电压;如果导体是 0电阻,那么感应电荷与电源提供的电荷数目时刻相等,导体两端没有剩余电荷,导体内也就没有电场,电压也就等于 0,此即短路。若电源内部也无电阻,电荷在超导回路中将被永远加速。这有,像第一章电场,讲述的是真空中电荷在力的作用下的运动,第 二章中恒定电流的原因是在导体内,自由电荷既受电场力, 又受导体电阻的阻力,使电流成为恒定电流。恒定电流沿电 流方向电势逐渐降低。我们 31 三章的联系是:第一章讲真空中的电荷运动, 第二章讲导体内的电荷运动,第三章则转到了导体内电荷的 运动对导体外的影响。