靜電場中等量異種電荷電場線分布

羅泰然

摘 要：通過庫侖定律以及平行四邊形法則研究靜電場中等量異種電荷之間電場線方向的問題。基本出發(fā)點是任意兩個真空中的靜止點電荷之間的相互作用力與距離平方成反比，與電量乘積成正比，作用力的方向在它們的連線上，同名電荷相斥，異名電荷相吸；并且力的合成遵循平行四邊形法則。

關(guān)鍵詞：靜電場；電場線；庫侖定律；平行四邊形法則

1 緒論

電場線不是客觀存在的一種物質(zhì)，最早由法拉第引入與使用，電場線的本質(zhì)是人為地畫出的形象描述電場分布的輔助工具，是人們用來形象的描述電場的分布而畫出的一簇曲線，雖然實驗模擬了這簇曲線的形狀，但是實驗沒有證實電場線的真是存在的。在沒有電荷的空間，電場線具有不相交、不相切、不閉合、不中斷的特點。靜電場的電場線還具有下列特性：（1）電場線不閉合，起始于正電荷（或無窮遠處），終止于負電荷（或無窮遠處）；（2）電場線垂直于導體表面；（3）電場線與等勢面垂直；（4）電場線的每一點的切線方向都跟該點的場強方向一致；（5）電場線的疏密程度與場強大小有關(guān)，電場線密處電場強，電場線疏處電場弱。

兩個等量異鐘電荷具有如下幾個特點：（1）呈相吸狀；（2）電荷連線上的電場方向是由正電荷指向負電荷；（3）電荷連線的中垂線與該處的電場的方向處垂直。若以在靜電場中兩個等量異種點電荷建立平面直角坐標系，對平面中任意一點通過庫侖定律計算出庫侖力的大小，再把兩個點電荷產(chǎn)生的庫侖力通過平行四邊形法則進行矢量疊加，依據(jù)電場線上每一點的切線方向和該點電場強度的方向一致，在這樣的情形下，電場線的問題就簡化為了兩個點電荷的矢量疊加，并且點電荷適用的庫侖定律在此情景下進行分析就簡便很多。

小鐵屑模擬磁場的缺陷，在于磁場看不見、摸不著的抽象特征，使得大多數(shù)時候，用實驗物理學的方法觀察試探磁場分布，成為一種方便直觀的認識抽象場的實用方法，磁場越強，鐵屑越輕，越能近似真實的場力的分布情況，然而鐵屑再磁場中被磁化后，其不再具有獨立性，鐵粉的擺列方式就不在是該磁鐵附近磁場的分布的理想模擬情況，因此有必要在實驗之外，通過精確計算的方法，對磁場進行深入的研究。

2 問題的提出

在高中階段，教科書講解了電場線的有關(guān)概念，但限于條件和篇幅，只是使用了小鐵屑來模擬幾種典型電場的電場線的分布情況，并沒有進行任何推導來解釋為什么會如此分布。因此，我們有必要在定性的基礎(chǔ)上進行定量的研究。

解釋電場或者磁場的分布情況，一是用實驗驗證的方法，二是計算的方法，前者通過物理概念設(shè)計實驗呈現(xiàn)，比較直觀，但不精確；后者根據(jù)定義出發(fā)，依據(jù)矢量合成法則計算獲得，借助計算機，可以得到連續(xù)的場力線分布。