董軒竹

電荷守恒是電磁理論的重要內(nèi)容，在高中物理學習中占據(jù)關鍵位置.本文首先立足高二物理的書本知識，對電荷守恒的理論內(nèi)容進行系統(tǒng)的描述.在此基礎上，本文借助實際案例，探究電荷守恒的應用實況，通過實際案例揭示電荷守恒定律在高中物理中的重要性.

一、電荷守恒的相關理論

在介紹電荷守恒定律之前，首先要明確元電荷的概念.元電荷就是指電荷量，具體大小為1.6×10-19C.元電荷不分正負電性，從宏觀角度來看，帶電體的電荷量一定是元電荷的整數(shù)倍.從微觀角度來看，元電荷是計算電荷量的基礎單位.在實際運用中，常見的認知誤區(qū)是認為元電荷是指具體的帶電物質(zhì).

所謂電荷守恒，實際上就是指在電解質(zhì)溶液當中溶液呈電中性.換言之，陰離子帶有的負電荷總濃度與陽離子帶有的正電荷總濃度相等，即處于電荷守恒狀態(tài).物理學中的電荷守恒也可運用于化學濃度的計算，實現(xiàn)了物理學與化學的有機溝通.值得強調(diào)的是，電荷守恒蘊藏在電磁場基本理論體系中.根據(jù)現(xiàn)有的文獻來看，電荷守恒定律的基本性質(zhì)已經(jīng)得到了充分的驗證，即：在與外界不存在電荷交換的系統(tǒng)中，該系統(tǒng)的正負電荷的代數(shù)不會發(fā)生任何變化.

二、運用電荷守恒定律解題實例

1.運用電荷守恒定律解決物理問題.

例1 在排除外界環(huán)境影響的前提下，兩個完全相同的帶電絕緣金屬小球A和小球B，帶有的電荷量分別是QA=6.4×10-9C、QB=-3.2×10-9C.現(xiàn)在使這兩個金屬小球接觸，請問在該接觸過程當中，小球上的電子如何轉(zhuǎn)移？轉(zhuǎn)移情況如何？

解析：在兩球進行接觸的過程中，帶有負電的小球B會將多余的電子轉(zhuǎn)移到小球A上.期間，小球A會不斷地中和，直到小球B上不帶電.與此同時，由于小球A帶有正電荷，所以小球B上的電子也會繼續(xù)轉(zhuǎn)移到小球A上，直到兩個小球擁有相等的正電荷.具體而言，兩球接觸之后，各自帶有的電荷量是：Q′A=Q′B=Q′A+Q′B2=1.6×10-9C，接觸過程中轉(zhuǎn)移的電荷總量△Q=-QB+Q′B=4.8×10-9C，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)則為3×1010個.

諸如此類的問題還有很多，例如“兩小球相吸問題”等.在分析此類問題時，只需回歸電荷守恒定律的本身，緊抓電荷守恒的兩個核心內(nèi)容，即：電荷既不會產(chǎn)生也不會消滅，只會從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，且轉(zhuǎn)移過程中電荷總量不變；若某個電荷交換系統(tǒng)與外界無任何接觸，那么其電荷的代數(shù)總和保持不變.在這兩個核心內(nèi)容的指引下，我們能夠解決很多數(shù)的物理問題.

2.運用電荷守恒定律解決化學問題.

結合物理和化學的知識來看，電荷守恒定律是指：在電解質(zhì)溶液中，陰離子的負電荷濃度與陽離子的正電荷濃度相等.基于此，我們也可以巧妙地解決相關的化學問題.

例2 現(xiàn)將500mL的BaCl2和KCl的混合溶液均等地分成五份，裝在五個玻璃容器當中.再取其中一份，加入a摩爾的硝酸鈉溶液，剛好能夠使其中的鋇離子全部沉淀.再取其中一份，加入b摩爾的硝酸根溶液，剛好能夠使其中的氯離子完全沉淀.那么請問混合液中鉀離子的濃度是多少？

解析：在以上問題中，BaCl2和KCL的混合溶液分別進行了兩次實驗，第一次鋇離子全部沉淀，第二次氯離子完全沉淀.我們可以據(jù)此列出Bacl2和KCL的混合溶液的電荷守恒公式，即：2n（Ba2+）+n（K+）=n（Cl-）.再結合題意，n（Ba2+）=amol、n（Cl-）=bmol.代入前文中提到的電荷守恒公式可以得出：b=2a+n（K+），（b-2a）mol=n（K+），則BaCl2和KCL的混合溶液中，鉀離子的濃度是10（b-2a）mol/L.

可見，電荷守恒定律也能夠用于解決化學方面的問題，尤其是計算溶液中離子的濃度.事實上，在高中階段的物理學習中，電荷守恒定律占據(jù)著至關重要的位置，不僅僅是因為其貫穿電磁、磁場等學習內(nèi)容，更是因為其貫通物理、化學等多門學科，是理科學習中起到核心作用的知識點.

文章從電荷守恒定律的理論概念著手，重點討論了該定律在物理中的應用情況，同時也創(chuàng)新性地引入化學知識，突出了電荷守恒定律在解決化學問題時發(fā)揮的作用.研究發(fā)現(xiàn)，電荷守恒定律在物理和化學中都有著非常重要的應用，對解決電場問題、電荷計算問題和溶液中離子濃度等問題發(fā)揮著尤為關鍵的作用.此外，隨著電荷守恒領域研究的逐漸深入，其在其他學科中的應用也會逐漸凸顯出來，值得進一步的研究.