大学物理课程中电场教学研究论文
时间：2021-08-31一、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［３］。
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［４］。１．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Ｈ２、Ｏ２以及Ｎ２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［５］。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“０”，且并不具备宏观的静电性能。２．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［６］。例如：Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＯＨ以及ＨＣＩ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
１．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［７］。２．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［８］。３．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［９］。
四、电介质对整个静电场的主要影响
１．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。２．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单概括、电介质与外电场之间的具体相互作用以及电介质对整个静电场的主要作用。同时就大学物理学教学特征，根据深入浅出的教学原则，对电介质静电场教学内容进行合理的安排，以此形成完善的教学内容体系。
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