一、新旧教材对比
“电源与电流”一节,有一段话有所变化。
03版教材:
19版教材:
两段文字表述有所变化,变化了什么?意义变化了吗?为什么做此变化?带着思考认真阅读,可能产生什么疑惑?又如何解答疑惑?下面就这些问题谈一谈号主的思考,也期待手机屏幕前的你参与讨论,欢迎留言区参与讨论,谢谢!
二、思考讨论
19版表述相比于03版表述,有意隐藏了“速率增加”和“从而减速”等字眼;另外,把一段分为两段。
如此变化,物理意义变化了吗?只要略加思考,意义并没有变化,在恒定电场作用下,自由电子受到“电场力”作用而定向运动,电场力与定向运动方向“一致”(夹角为锐角),自由电子定向运动速率要增加,即动能要增加;自由电子与“不动”的粒子(离子实)碰撞,把自己的能量转移给了“不动”的离子实而动能减少,即减速。可见,略加思考,物理意义并没有本质性变化。
有人说,物理本质一样,意义怎能变化?如此思考固然不错,号主的疑问是意义既然一样,为什么要改变表述呢?这个问题先按下后述,先来讨论另一处变化。
为什么一段要分为两段?同样地,回答这个问题之前,先来讨论03版教材的行文逻辑。
得出“自由电子的定向运动的平均速率不随时间变化”一句后,紧接着一句话是“如果我们在这个电路中串联一个电流表,电流表的示数将不变。”,这就使人很容易认为,两句话具有因果关系?
难道两句话没有因果关系吗?是的,这两句话难以构成因果关系,恒定电路中,没有分支的电路,电流处处相等,根本原因是电子不发生“堆积”,即有多少自由电子流进某一处,就有多少自由电子从此处流出。根据电流的定义,即使自由电子在电路中恒定电场施加的电场力作用下加速运动,此电路各处的电流大小也是处处相等的。另外,恒定电路电流大小之所以不随时间变化,根本原因是电源电动势或路端电压不变(当然外电路电阻不变的情况下)。因此,两句话并没有因果关系。
或许正是因为以上原因,19版教材把把这两句话分割开来,继而形成两段文字。
现在回到前一问题,为什么要改变表述,即删去“速率增加”和“从而减速”字眼?
事实上,这一段具有很丰富的意义,即从微观上解释了电阻器为什么会发热的原因。问题是,对于电阻忽略不计的理想导线,后续知识将知道,理想导线是不发热的,也就是说,自由电子加速后并不会把能量转移到离子实上,也就是说,电子定向运动的速率将持续增大。可见,自由电子的定向运动速率在理想导线中是持续增大的。可见,两版本教材这一段表述也欠妥当,值得商榷。
那么,包含理想导线、用电器和电源的恒定闭合电路中,各处的自由电子定向运动的速率会随时间变化吗?答案是不会。注意,电路各处电子定向运动的速率不相等,与各处自由电子定向运动的速率不随时间变化,是相互不冲突的意义不一样的两个观点。换句话说,各处自由电子定向运动速率不随时间变化并不是因为自由电子“加速”又“减速”的结果,而是“恒定电路”的直接的结果,号主认为两者之间不需要借助“逻辑节点”而构建间接的逻辑链。
可见,两版教材的表述存在多处逻辑缺憾,估计编者编写教材时已得到过使用者反馈,编者试图优化改进,但终究概念混淆不清而修改不到位。
上面内容,昨天写成,预览时推送给一位好友斧正。好友指出:理想导线内没有沿导线方向的电场线,理由是有电场线就有电势差;根据欧姆定律,理想导线两端电压为零,所以理想导线内没有沿导线方向的电场线。但是在导线内有定向运动的自由电子,即有电流,自由电子定向运动是由于惯性作用。好友的逻辑形成了完整逻辑链,号主难以辩驳,觉得很有道理,但又觉得难以思议。
包含理想导线、用电器和电源的恒定闭合电路中,外电路的电场线是分断的吗?只有用电器内才有电场线,对吗?如此分断恒定电场线是如何产生的呢?号主苦思不得其解。
真诚向各位同仁求教,欢迎留言区赐教,谢谢!