电路中电场的分布难点突破

知识点：恒定电场

一、【难点描述】

电路中电场的分布

二、【学生的问题表现】

1.认为导体一定是静电平衡态，导体中电场强度为0；

2.没有意识到电路中存在电场，不知道自由电子的定向运动是受电场力的作用；

3不知道电路中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的；

4不知道导线内的电场线与导线表面平行；

5.不能借助静电场的知识解决电路相关的问题。

三、【难点产生的原因】

        在学生的认知上，学生对于静电平衡印象深刻，还没有接触过这种静电不平衡的现象，对于动态的平衡是初次了解。在研究导线内部的电场特点时，需要借助静电平衡的分析方法，有一定的难度。

四、【难点突破策略与案例】

类比静电平衡中对于导体内部场强的讨论方法，分析电路导线中电场的分布，降低知识的难度。

教学片段：

如右图所示，P表示电源，A、B是电源的两极，若将A、B间以导线R连接，形成一个闭合电路，取出图中虚线框中的一小段导线及电场线放大后进行研究，分析达到稳定后这一小段导线中电场的特点。   

分析：电路刚接通时，导线中存在由电源正、负极的电荷产生的电场E₀，自由电子受到的电场力F与场强方向相反，如下图甲所示。可将该电场力分解为两个方向：沿导线方向的分力F₁使电子沿导线方向做定向移动；垂直于导线方向的分力F₂使电子向导线cd侧面聚集，从而使导线的ab、cd两侧面出现正、负电荷。导线两侧面的电荷产生附加电场E’， E₀与E’两电场叠加，使导线内的电场在垂直导线方向的分量减弱，如图乙所示。随着导线两侧面正、负电荷积累，E’越来越大，直到导线中垂直于导线方向场强为零，自由电子将不再向垂直于导线方向运动，此时导线内的电场线保持与导线表面平行，自由电子只会在导体中沿导线方向定向移动，如图丙所示。所以导线内的电场线保持与导线表面平行，在导线内形成这样电场的时间非常短暂，仅为10^-9s的数量级。

导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的向前移动走了，它们原来的位置又被后续的自由电荷占据，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称为恒定电场。   

恒定电场中的“恒定”是相对于静电场而言的，其本质为动态平衡。由于在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同。在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。

【学习检测】

1．由静止电荷激发的电场，称为静电场；回路中有稳定电流时，回路中电荷的分布是稳定的，这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。

（1）下列有关静电场和恒定电场的说法中正确的是（   ）

A．在静电场中任何位置的电场强度都不随时间变化

B．在恒定电场中任何位置的电场强度都随时间均匀变化

C．在静电场中电场力做正功电势能一定减小

D．在恒定电场中电场力做正功电势能可能增大

（2）根据静电场的知识推导电流在一段电路中做功的表达式。

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