小物和小理的物理对话录中学物理中场的概念

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摘要：前言:小物和小理是两名普通的高中生，他们酷爱物理，在学习物理的过程中，小物经常向小理提出许多刁钻而有趣的问题，了解他们的故事也能让你的物理达到新的高度． 1 对话录 小

前言:小物和小理是两名普通的高中生，他们酷爱物理，在学习物理的过程中，小物经常向小理提出许多刁钻而有趣的问题，了解他们的故事也能让你的物理达到新的高度．

1 对话录

小物:小理，最近我在预习电荷部分的内容，又知道了一种新的物质——电场．

小理:厉害啊，小物，你最近进步很大，场确实是物质存在的又一种形式．

小物:嘿嘿，那物理学中除了电场之外，还有什么场?

小理:有之前学习的引力场、重力场，以后将要学习的磁场、电磁场．

小物:那这几种场都有什么区别呢? 你快给我讲讲．

小理:好，我们一起来学习一下中学物理中涉及的几种场吧．

2 小理的释疑

2.1场的由来

早先的物理学家认为空间中存在一种超距作用，特别神奇的是它可以越过微粒本身而使两个物体发生相互作用．直到19世纪，英国科学家迈克尔·法拉第研究电荷时首先提出力线的概念来描述电荷与电荷之间是如何产生相互作用的，后来麦克斯韦等人完善后提出了场的概念．

场是互不接触的两个物体发生相互作用的媒介，它和实物一样，是物质存在的一种形式．实物有一定的形状和体积，我们肉眼可以直接观察到，即使小到中子、电子尺度，也可以通过高倍显微镜探测到．而场是弥散于空间中的，看不见、摸不着，但确实客观存在，并且和实物一样具有能量、质量和动量，这在近代物理研究中已被实验间接证实．

场的一个重要性质是对放入其中的物体(电荷、磁体)有力的作用．场的强度由产生场的物体和距离决定(不能独立存在)，可以借助放入场中的物体在该处受力与其某一特性的比值定义场强．同时，引入场线来形象描述场的强弱，场线越密集，该处场越强;距离场源越近，场越强．物体处在场中受到力的作用发生位移，力就做了功，发生了能量的转换．这也是场的另一个特征(具有能量)，称之为势能．场可以分为标量场、矢量场、张量场，物理学中的引力场、电场和磁场都是矢量场．

2.2引力场

物体与物体之间存在万有引力，使得两个物体不接触即可发生作用，这就是引力场．距离地球(质量为M)r处的引力场强为．位于地球上的物体由于地球的吸引受到重力，如果物体处于地球表面或者距离地球的距离远小于地球半径，则引力场就是重力场，重力场强，接近于一个均匀的力场．

由于地球并不是规则的球体，截面形状接近椭圆，且在不同位置，由于海拔不同、密度分布不同，重力场强也略有差别，研究重力场分布，对于地质灾害的预防有极其重要的作用．

例已知地球质量为M，半径为R，万有引力常量为G，将地球视为均质球体，且忽略自转．结合万有引力定律，可得距离地心为r(r＞R)处的引力场强度的表达式

(1)设地面处和距离地面高为h处的引力场强度分别为和，如果它们满足则该空间就可以近似为匀强场，也就是我们常说的重力场．请估算地球重力场可视为匀强场的高度h(取地球半径R＝6.4×106m，结果保留两位有效数字);

(2)由(1)知，满足一定的限定条件，非匀强场可以按照匀强场来处理，请再列举一个类似的物理情境．

分析此题考查了万有引力定律及其应用，解题的关键是对题干信息的提取，借助题目给出的引力场的计算形式进一步推出匀强场的适用范围，在此基础上由学生提出一个类似的物理情境，比如在不受干扰的教室内的地磁场可以看作匀强磁场，达到拓展学生思维的目的．

2.3电场

电荷与电荷之间的相互作用是通过电场发生的，电场分为库仑电场和感生电场．电荷在其周围产生的电场为库仑电场，在电场中放入的小电荷q会受到电场力F，该处电场强度即为;如果是点电荷Q产生的电场，则在距离电荷Q为r处的电场强度E＝．如果有多个电荷在此产生电场，电场的计算遵从矢量叠加原则．

根据麦克斯韦理论，变化的磁场会在周围激发电场，称为感生电场或涡旋电场．库仑电场的电场线(如图1)起源于正电荷，终止于负电荷;感生电场的电场线没有起点和终点，是闭合的曲线(如图2)．

图1

图2

图3

2.4磁场

指南针作为我国古代四大发明之一，不仅帮行路人指明了方向，也推动了12世纪中国航海的发展，这得益于古人对地磁场的发现及应用．宋执罗盘俑(如图3)就是这一科技史实的有力证据．

文章来源：《中学物理》 网址: http://www.zxwlzzs.cn/qikandaodu/2021/0616/911.html

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