一道易混易錯題引發的思考

下面是我給學生講過的一道例題，對這樣一道看似簡單的題目，我沒有進行仔細的推敲，就想當然地按自己的理解講了。當時并沒有發現有什么問題，但又一次不經意看到這道題目的時候，發現這道題其實有另一種分析方法，但是這種分析方法所得出的結論和原先的結論卻截然不同，兩種分析方法看起來又都沒有什么問題，下面我們就一起來看一下這道例題和它的兩種分析方法。

例：長方體金屬塊放在勻強磁場中，有電流通過金屬塊，如圖所示，則正確的是（ ）。

A.金屬塊上、下表面電勢相等

B.金屬塊上表面電勢高于下表面電勢

C.金屬塊上表面電勢低于下表面電勢

D.無法比較上、下表面的電勢高低

本題的特點是物理模型隱蔽，按照一部分同學的理解，這是一道安培力的題目，認為伸手就可以判斷安培力的方向。但仔細分析電荷在上、下兩個表面聚集的原因，會發現是定向移動的電荷受到洛侖茲力的結果。因此對于該題目，首先要深入分析題目中所敘述的物理過程，挖出隱含條件，才能正確地解題。對該題目有以下兩種分析方法。

第一種分析方法：電流自左向右，用左手定則判斷，磁感線穿過手心，四指指向電流的方向，正電荷受力方向向上所以正電荷聚集在上極板。隨著正負電荷在上、下極板的聚集，在上、下極板之間形成電場，這個電場對正電荷產生作用力，作用力方向與正電荷剛進入磁場時所受的洛侖茲力方向相反。當電場強度增加到使電場力與洛侖茲力平衡時，正電荷不再向上表面移動，在金屬塊的上、下表面就形成了一個穩定的電勢差，并且金屬塊上表面電勢高于下表面電勢，答案就應該選B。

第二種分析方法：考慮到正電荷自左向右定向移動就相當于自由電子自右向左的定向移動，如果把研究的電荷都看作自由電子的話，金屬塊的電流向右，金屬塊內的自由電子的定向移動方向向左。用左手定則判斷：四指指向電子運動的反方向，磁感線穿過手心，大拇指所指的方向為自由電子的受力方向，左圖為自由電子受力的方向示意圖。

所以自由電子聚集在上極板，隨著自由電子在上極板的聚集，在上、下極板之間形成一個“下正上負”的電場，這個電場對自由電子產生作用力，作用力方向與自由電子剛進入磁場時所受洛侖茲力方向相反，當電場強度增加到使電場力與洛侖茲力平衡時，自由電子不再向上表面移動，在金屬塊的上、下表面形成一個穩定的電勢差，并且金屬塊下表面電勢高于上表面電勢，答案就應該選C。

這樣，兩個思路卻得出完全不同的答案，但兩種分析方法看起來又都沒有什么問題，正電荷自左向右定向移動就相當于自由電子自右向左的定向移動，當看作是正電荷自左向右定向移動的時候，正電荷由于受到向上的作用力而向上極板聚集，從而使上極板電勢高于下極板電勢；當看作是負電荷自右向左定向移動的時候，負電荷由于受到向上的作用力向上極板聚集，從而使下極板電勢高于上極板電勢。為什么會得到截然不同的結論呢？

經過深入的思考，我們就會發現第一種方法存在有概念理解性錯誤。電荷的定向移動形成電流，電流的載體就是自由電荷，而自由電荷可以是正離子和負離子，也可以是自由電子，在電解液中電流的載體是正離子和負離子，而在金屬導體中，電流的載體就是自由電子，雖然在某種程度上正電荷自左向右定向移動就相當于自由電子自右向左的定向移動，但是對于該題目來說，我們不能將之等同，因為兩者的研究對象不同，金屬塊中的載流子是自由電子，所以我們研究的對象就是自由電子；又因為我們規定正電荷移動的方向為電流方向，所以自由電子運動的方向就和電流的方向相反。當電流形成時，導體內的自由電子就是逆著電流的方向做定向移動，所以在磁場中受到洛侖磁力的就應該是自由電子，所以第二種分析方法才是正確的。

這道題目可以給我們以啟發：在物理學習中，不能盲目地去做題，在做題之前要把一些物理概念先理解透徹，這樣看似把時間浪費在了簡單的不必要的事情上了，其實是“磨刀不誤砍柴工”，反而會起到事半功倍的效果。另外，在分析問題的時候不能想當然，要經過縝密的思考之后再得出結論，這種結論才會具有較高的正確性。

參考文獻：

［1］王海云.淺談2008年廣東省高三物理聯考試卷一道題的解法.物理教師，2008，No.10，（29）.

［2］曹紅泉.一道物理題的解答與思考.物理通報，2009，6，（4）.

［3］許弟余.點評一道高考物理壓軸題.物理教學探討，2009，2，（27）.

（作者張曦霞系武漢大學碩士，現為武漢軍械士官學校理化教研室助教，主要從事物理教學和實驗方面的研究）