利用Matlab直观感受不等量异种电荷电场和电势

胡科杰 吴志刚 戎杰

(浙江省慈溪中学 浙江 宁波 315300)

1 问题的提出

高中物理中有如下两个试题：

【例1】图1为两个不等量异种电荷电场的电场线，O点为两点电荷连线的中点，P点为连线中垂线上的一点，下列判断正确的是( )

图1 例1题图

A．P点场强大于O点场强

B．P点电势高于O点电势

C．从负电荷向右到无限远电势逐渐升高

D．从P到O移动一正试探电荷其电势能增加

【例2】如图2所示，两个电荷量分别为q1和q2的点电荷放在x轴上的O和M两点，两点电荷连线上各点电势φ随x变化的关系如图2所示，其中P和N两点的电势为零，NF段中Q点电势最高，下列判断正确的是( )

图2 例2题图

A．q1和q2为等量异种电荷，且Q点电场强度为零

B．q1和q2为不等量种异种电荷，且P点电场强度为零

C．NQ间场强方向沿x轴正方向

D．将一负电荷从N点移到F点，电势能先减小后增大

两个例题分别考察了不等量异种电荷的电场线分布和电势变化情况[1～3].等量同种或异种电荷的电场线和等势面是高中物理学习的重点和难点，由于电场的不可见性，该知识已经非常抽象难懂，学生学习理解存在着较大困难[4].在实际教学中，往往采用等高线来模拟，用山峰表示正电荷形成的电势，用海谷表示负电荷形成的电势，如图3所示.

图3 等量异种电荷和等量同种电荷的电场线及等势面

对于不等量的异种电荷，电场较难确定，特别在边界和临界问题上，更加无法明确[5,6].本文通过Matlab软件，模拟不等量异种电荷的电场线和等势面，使原本抽象难懂的电……