“试探电荷”究竟应该具备怎样的条件

      为了研究电场，在实验时我们引入了试探电荷，而作为试探电荷应该具备什么条件呢？

      下面是新、旧教材中的两种说法。

      旧教材：研究电场，必须在电场中放入电荷。这个电荷的电荷量应当充分小，放入之后，不致影响原来要研究的电场。体积也要充分小，便于用来研究电场中各点的情况。这样的电荷称为试探电荷。——人民教育出版社物理室编著全日制普通高级中学教科书（必修加选修）物理第二册2003年6月第1版第121面。

      新教材：如图1所示（教材图1.2-1），试探电荷的电荷量和尺寸必须充分小，对金属球O上的电荷分布不产生明显的影响，从而原来的电场不因试探电荷的出现而有明显的变化。——人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书物理选修3l第一章第三节第12面。

      

      图1

      两种说法中都从两个方面提出要求：一是试探电荷的电荷量；二是试探电荷的大小。旧教材的说法既考虑了试探电荷对场源电荷的影响，即电荷量大会影响场源电荷的电场分布，同时也考虑了场源电荷对试探电荷的影响，即试探电荷体积大，电荷重新分布，无法确定电场中各点的情况。而新教材的说法则只考虑了试探电荷对场源电荷的影响。那么，究竟哪种说法更加准确呢？现以新教材中所提供的实验为例，分析如下，仅供参考。

      一、试探电荷的电荷量对实验的影响

      实验中，在金属球O的电场中放入试探电荷后，由于电荷间存在相互作用，金属球O上的电荷将在表面上重新分布，从而使所研究的电场发生了变化。由于考虑的是试探电荷对场源电荷的影响，不妨假设试探电荷为一点电荷。如图2中，图a是未放入试探电荷时金属球O表面的电荷分布情况，图b是放入带正电荷的试探电荷后金属球O表面的电荷分布情况。因此，为了不对场源电荷的电场产生明显的影响，试探电荷的电荷量必须充分小。

      

      图2

      二、试探电荷的大小对实验的影响

      实验中，即使放入电场中的试探电荷的电荷量充分小，对金属球O的电场不产生明显的影响，但金属球O的电场仍会影响试探电荷的电荷分布，这样试探电荷无法确定电场中具体位置的场强情况。由于考虑的是场源电荷对试探电荷的影响，这里不妨假设场源电荷为一点电荷。如图3中，图a是试探电荷未放入场源电荷电场中时表面的电荷分布情况，图b是试探电荷放入带正电荷的场源电荷后试探电荷表面的电荷分布情况。因此，为了便于研究电场中各点的情况，试探电荷的尺寸必须充分小。

      

      图3

      综合以上分析，笔者认为新教材的说法过于笼统，不便于对试探电荷条件的理解，旧教材的说法更为确切些。以上分析，如有不当之处望同仁批评指正。