关于电场强度和磁场强度的讨论

时间：2024-05-04

彭博欣华中师范大学第一附属中学

高中学生在学习物理知识的过程中，常常会碰到电场强度与磁场强度相关问题，其不但是物理知识学习的难点，还是物理知识学习的重点问题。现代高中学生，常常将磁场强度与磁感应强度混淆，并且在遇到电场强度问题的时候，常常不知道如何下手。因此，下面就对磁场强度和磁感应强度进行了深入探讨。

1 高中物理电场强度基本概念及其解题方式

1.1 电场强度的基本概念

在高中物理中，所谓的电场强度就是使用来表达电场强弱以及方向的一种物理量。大量实验证明，在电场里面的某一点，试探正电荷在此点所受到的电场力和其带电荷的比值是一个以及试探点电荷没有关系的量。然后通过试探点电荷在此点受电场力方向就是电场方向，之前述比值为大小矢量定义成此点的电场强度使用E进行表述。根据界定，电场里面的某一点电场强度方向可以通过采用试探点电荷在此点受电场力的电场方向进行确定。电场强弱可以通过试探电荷所受力以及试探点电荷带电量比值进行确定。

1.2 电场强度解题的方式

在进行高中物理学习的过程中，有关电场强度解题的方式大致可以划分成这样几种类型：也就是公式、图像以及叠加方式。

第一，运用图像方法解决高中物理电场强度问题。实际上，图像方法是指采用E-X图像以及φ-x图像的意义解答的方式，在φ-x图像里面，其切线的斜率大小就是此处电场强度的大小。打个比方，在空间中某一个静电场的电势φ在x轴中，见图1，x轴中的B点和C点电场强度在方向中的分量分别为EBX和ECX,以下说法准确的应该是哪一个？1.EBX的方向围绕x轴正方向；2.EBX的大小比ECX大小要大一些；3.负电荷围绕x轴由B转移到C的时候，电场力先开始做正功，然后开始做负功；4.电荷在O点中所受到的电场力在x轴方向中的分量是最大的。

分析：在这个问题里面，电场为非匀强的电场。首先，根据其方向分析和判断，从电场线方向电势下降，可以了解到从O点分别指向x轴正方向与负方向。其次，x方向中的电场强度大小判断出，从φ-x图像切线的斜率是该位置电场强度的大小，可以了解到从O点围绕x轴正方向的电场强度由0逐步增加到最大且逐步变小。一样的道理，从O点围绕x轴负方向的电场强度由0逐步加大到最大且逐步变小；可以得到EBX大于ECX，因此O点的场强是0，所以最后的正确答案是第二个选项与第三个选项。

第二，运用公式方法解决高中物理电场强度问题。采用公式法解决电场强度问题，通常电场强度公式和适用条件应当有这样几个：首先为电场强度的定义式子，可以将该公式适用在所有电场中。其次，为匀强电场内电场强度以及电势差的一种关系式子，仅仅可以使用在匀强电场中。最后，为真空内点电荷生成电场强度的决定公式，仅仅适合使用在单独的点电荷在空间中随意一点生成的电场强度大小。

图1

2 高中物理中磁场强度与磁感应强度的关系

2.1 磁场强度

所谓的磁场强度就是经过类比电场与磁场，在磁荷观点的基础之上，是根据库伦提出来的使用在描绘磁场强弱的物理量。在多年以前，库伦依据研究电场的方式，确定了磁库伦定律，即两个磁荷之间引力与斥力大小和其磁荷强度乘积是正比关系，和其之间的间距平方是反比关系，也就是F=Kqm1.qm2/r2。因此界定磁场内某一点的磁场强度是H=F/qm，而F是试验磁荷qm在磁场内某一点所受磁场力。所以，磁场内某点的磁场强度，数值中等于单位正磁荷在此点受的磁场力。

2.2 磁场强度与磁感应强度之间的关系

实际上，在电磁学里面，将磁场强度看成是描绘磁场的辅助量，与此同时，仅仅在进一步探讨磁介质里面的磁场性质的时候才产生的。在真空中，假设存在一个电流，那么其四周空间一定会出现磁场，某一点的磁场强度可以被叫作H。如今，假设此电流并不存在真空中，存在充满某一种材料的环境中，可将材料叫作磁介质，如此就相当于将磁场H添加到了某一种材料里面，材料遭受到磁场H的影响就会生成附加场。所以，将此过程叫作磁介质磁化，也就是磁介质产生了磁性，同时还生成了磁场。接着深入设想在磁场内的该点放置上试探性的电流元，此时其所感觉到的是总磁场而非磁场H，试探电流元感觉到的磁场就是物理课本中所界定的磁感应强度B。因此，可以将磁场强度与磁感应强度关系整理与归纳出来就是：第一，H为电流带来的磁场，B为试探电流元所感觉到的磁场。第二，磁场强度与磁感应强度关系的数学表述可以写为B(r)=H（r）=M（r），r代表的是空间位置中的某一个点。第三，H为外场，而B为总场，也就是磁感应强度为电流生成的磁场H与磁介质被磁化以后带来的磁场M矢量和。