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大学物理课程中电场教学研究论文 一、教学难点 和真空静电场教学相比较而言介质静电场的教学难度更大部分物理基础偏差的学生在物理课堂上会感到迷茫、有的甚至在课堂讲述后还处在迷迷糊糊的状态这主要源于学生对处理问题的方法和常规性处理思想没有适应而最最主要的因素是对物理教学内容的组织以及教学进程的安排不合理等例如：物理教学材料和课程教学并没有突出偶极模型在整个教学活动中的重要地位忽视了对导入电位仪矢量以及电位仪矢量的高斯定理的介绍此外在实际的物理教学过程中教师所选择的课程切入点并不合理部分教学材料对于电介质静电场这个章节知识点的介绍是从实验中介质削弱外电场的角度入手然后直接导入相对电容率这一概念忽视了对介质属性的描述使得极化模型的作用得不到很好的发挥更加忽视了电位移以及高斯定理等概念 二、电介质的概述 从广义上而言电介质主要有：导体、真空、半导体以及绝缘体从狭义上而言电介质指的是绝缘体材料绝缘体内不会产生宏观的传导电流原因是绝缘体和其他介质存有着很大的差别其本质特点是每个原子的所有核外电子都只能是一个或者是多个原子的私有物不会发生远距离的迁移而对于电介质的阐述是以分子作为基本单位的下文针对有机介质与无机介质进行讨论无极介质无极介质分子的电荷中心是以高度重合的方式存在的因此并不会产生电偶极矩无机介质分子的典型代表是惰性气体因其原子的核外电子呈球形对称分布此外像、以及等单质的双原子二氧化碳等高对称型多原子分子均属于无机介质分子因为每一个无极介质分子都不具有固定的电偶极矩在没有外加电场的情况下无极介质所有分子的电偶极矩的矢量和为便为“”且并不具备宏观的静电性能有极介质有极介质分子的电荷中心并不是以重合的方式存在的因此就会产生电偶极矩即固有的电偶极矩当极性化合物处于常压、常温状态时固有电偶极矩的化学键长是比较稳定的所以可以理解成有极介质不受到压力与温度的影响且在弱外场的情况下有极介质比较稳定例如：、以及都属于有机介质分子温度和外加电场以及压力等方面会影响偶极矩的方向与实际大小此外有极介质是由很多的有极介质分子构成的而对于宏观尺度中的有极介质分子固有的电偶极矩空间指向的随机性是由热运动造成的 三、电介质对外电场的具体响应 电介质的极化机制由于处于外电场中的无极介质分子的电荷要受到静电力的作用其平衡状态将不再保持而为了找到新的平衡状态正负电荷就会发生位移其结果是电荷中心不再发生重合所以形成了电偶极矩即感应电偶极矩也被称为诱导偶极矩此外对于静电中性有极介质有极介质分子在外电场条件下可能会出现两种不同的结果其一在力偶矩影响下固有的电偶极矩发生了偏移其二正电荷与负电荷中心之间的位移极化强度电极化强度矢量与外加电场和材料尺度不存在任何联系在宏观足够小且微观充分大的介质区域中将所有的电偶极矩矢量相加并和该体积微元的实际体积大小相除就能够得到的单位体积内平均电偶极矩从计算分析中不难发现外电场越强平均电偶极矩将会越大；反之外电场越弱则其结果就越小所以平均电偶极矩能够反映出电介质在外电场作用下的具体影响程度极化电荷与极化强度之间的关系利用大平板模型对极化面电荷与极化强度之间存在的关系问题进行研究分析通过研究发现电介质被极化的程度完全可以由电解质的极化强度与极化电荷面密度论述但两者之间并不存在等价关系另一方面由于大多数电偶极分子的微观行为所展示的宏观表现是极化和被极化的电荷面密度比较极化强度矢能更准确地描述出电介质对整个外加电场的响应 四、电介质对整个静电场的主要影响 电介质的电场强度及其电极化率引入电介质后会使有介质存在的空间总的电场强度比外加电场要弱产生这一现象的原因是由于极化面上的正负极化电荷所激发的附加电场和外加电场的方向刚好相反也就是说：有电介质存在时空间的整个电场强度下降高斯定理与电位移矢量产生静电场的电荷可分为两种首先是导体中存在的的自由电荷与其他非极化的面电荷；其次是介质表面的被极化了的面电荷而在这些电荷的计算中被极化了的极化面电荷电场的计算难度是比较大的 五、小结 综上所述本文较全面的介绍了大学物理课程中关于有电介质存在时静电场的讲授过程并对电介质教学中的重点与教学难点内容进行了较详细的划分把有电介质存在时静电场的讲授过程划分为对电介质的简