高年级学生对库仑定律的理解：连续电荷分布带来的困难

利用库仑定律的积分表达式来确定连续电荷分布产生的电势，是电磁学（E&M）中的经典练习。在本研究中，我们结合有声思维访谈和对传统考试题目的回答，调查了高年级学生在此主题上的困难。借助物理学中数学应用的理论框架，我们讨论了学生在解决连续电荷分布问题时，如何激活、构建、执行和反思库仑定律的积分形式。我们提供的证据表明，三年级水平的电磁学学生在将物理系统映射到库仑电势的数学表达式方面存在困难。常见的挑战包括难以在适当的坐标系中表达差矢量，以及难以确定特定电荷分布的微分电荷元表达式和积分限。我们讨论了这些发现对未来研究方向和教学策略的可能启示。