變化的電場(chǎng)能夠在周圍的空間產(chǎn)生磁場(chǎng)是麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的第二個(gè)要點(diǎn),也是麥克斯韋對(duì)電磁場(chǎng)理論的最主要的貢獻(xiàn)。這樣,不但傳導(dǎo)電流(由電荷運(yùn)動(dòng)引起)能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng),而且變化的電場(chǎng)(或“位移電流”)也能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。也就是說,產(chǎn)生磁場(chǎng)的途徑有兩種:電流(傳導(dǎo)電流)或者變化的電場(chǎng)(或叫做“位移電流”)。甲種本的這個(gè)例子所講的運(yùn)動(dòng)電荷要產(chǎn)生磁潮,可以從兩個(gè)層次來
理解。
一是把運(yùn)動(dòng)電荷要產(chǎn)生磁潮理解為電荷運(yùn)動(dòng)形成電流(傳導(dǎo)電流),這個(gè)電流要產(chǎn)生磁場(chǎng),這是中學(xué)生所能理解的層次。按照這種理解,這個(gè)電場(chǎng)是由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的,而不是由“位移電流”產(chǎn)生的,即不是由變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的。甲種本的論斷是錯(cuò)誤的。
二是從較高的層次來理解“運(yùn)動(dòng)電荷要產(chǎn)生磁潮”這句話。電荷的運(yùn)動(dòng)是任意的,由于既有速度v,又有加速度a,這個(gè)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)是非常復(fù)雜的,要用電動(dòng)力學(xué)的方法才能處理,中學(xué)生一般不可能理解到這一層次,而且這時(shí)在運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)中,既有由變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的,也有由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的,到底哪一部分主要,要視電荷的運(yùn)動(dòng)情況及觀測(cè)點(diǎn)的位置而定。在電荷附近(近場(chǎng)區(qū))磁場(chǎng)主要由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生,所以不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為“這個(gè)磁場(chǎng)是由變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的”。
綜上分析,甲種本用一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)為例來說明電磁場(chǎng)理論的第二個(gè)要點(diǎn)是欠妥的,其結(jié)論“這個(gè)磁場(chǎng)是由變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的”也是不對(duì)的。
值得指出的是,麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的第二個(gè)要點(diǎn)包含著深刻而新穎的思想,在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)難以為物理學(xué)家們所接受,直到25年之后,赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在,從而證明麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的正確性,這個(gè)理論才得到人們的普遍承認(rèn)。可見,“變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)”這一假說并非能用一個(gè)例子來加以形象說明的。在高中階段講麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的第二個(gè)要點(diǎn)時(shí),可以像必修本或乙種本那樣,簡(jiǎn)要地給出麥克斯韋的假說,而不要企圖找什么形象的例子來說明。倒是有必要向?qū)W生強(qiáng)調(diào):電流和變化的電場(chǎng)是產(chǎn)生磁場(chǎng)的兩種途徑。最近有些對(duì)物理課興趣較高的同學(xué)問:“當(dāng)穩(wěn)恒電流通過直導(dǎo)線時(shí),周圍空間的磁場(chǎng)是穩(wěn)定的,而電場(chǎng)卻不隨時(shí)間做均勻變化,這不是與老師講的電磁場(chǎng)理論的第二個(gè)要點(diǎn)相矛盾嗎?”這說明學(xué)生誤以為要產(chǎn)生磁場(chǎng)就必須有變化的電場(chǎng),并不明白電流和變化的電場(chǎng)均可以產(chǎn)生磁場(chǎng)?;蛘哒f,學(xué)生學(xué)習(xí)了變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng),卻忘記了電流是產(chǎn)生磁場(chǎng)的基本途徑。
(作者單位 河北省故城縣鄭口鎮(zhèn)壇村中學(xué))