摘 要：本文通過靜電場與穩(wěn)恒磁場對比教學(xué)，并使用MATLAB程序直觀模擬，提高學(xué)生學(xué)習(xí)電磁學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生探索知識的理念。

關(guān)鍵詞：靜電場 穩(wěn)恒磁場 MATLAB

中圖分類號：O442 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）04（a）-0056-01

電磁學(xué)理論在現(xiàn)代物理學(xué)中占有重要的地位，它滲透到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域，是許多學(xué)科和技術(shù)的理論基礎(chǔ)。而靜電場和穩(wěn)恒磁場是電磁學(xué)理論的兩大重要組成部分，但這部分知識對學(xué)生來講，是非常抽象的，要學(xué)好這部分內(nèi)容，教師在講授過程中要注意教學(xué)方法。方法得當(dāng)，學(xué)生就會激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，收到很好的效果。對有關(guān)大學(xué)物理教學(xué)改革方面的論文有很多，比如管薇寫的關(guān)于工科大學(xué)物理教學(xué)改革[1]、張明霞淺談大學(xué)物理教學(xué)改革[2]等等。在本文，通過對靜電場與穩(wěn)恒磁場這兩部分內(nèi)容進行對比，再通過MATLAB程序模擬，有助于理解這兩部分內(nèi)容，讓學(xué)生在學(xué)時少的情況下，很好的掌握這部分知識。

1 靜電場與穩(wěn)恒磁場物理量之間對比研究

首先，從描述這兩種場的某點性質(zhì)和場強弱的物理量來進行對比。描述靜電場用電場強度矢量E和電位移矢量D，穩(wěn)恒磁場用磁感應(yīng)強度矢量B和磁場強度矢量H來描述。D與E之間的關(guān)系和B與H之間的關(guān)系具有相似的公式，都可以用來表示，代表D或B，而代表E和H，在靜電場中表示電介質(zhì)的電容率，在穩(wěn)恒磁場中表示磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率。

其次，這兩種場的強弱還可以用電場線和磁感應(yīng)線直觀的觀察到，眾所周知，電磁學(xué)學(xué)習(xí)的難點在于對場的概念難以理解，這時我們講授時可以利用MATLAB強大的圖形功能，使抽象的場的概念形象化，幫助學(xué)生理解這一問題。在這里我們來模擬一下電偶極子電場線和等勢線以及電流環(huán)產(chǎn)生的磁場分布。

（1）電偶極子的電場線和等勢線，如圖1所示。

（2）電流環(huán)產(chǎn)生的磁場分布，如圖2所示。

從圖1可以直觀的看出：電場線是從正電荷出發(fā)，到負電荷終止，電場線密集的地方場強也比較強。從圖2可以看出電流環(huán)中心軸線的磁場強度方向向右，磁感線密集的地方場強強。用這簡單的模擬可以讓學(xué)生直觀的觀察到，這樣更能清晰的理解這兩種場。

2 靜電場和穩(wěn)恒磁場相似的定理進行對比

靜電場和穩(wěn)恒磁場都有高斯定理和環(huán)路定理，并且，有相似的表達式：

靜電場的高斯定理[3]：通過任意閉合曲面的電場強度通量，等于該閉合曲面所包含的電荷的電量除以，即∮，反映靜電場是有源場。

穩(wěn)恒磁場的高斯定理[3]：通過任意閉合曲面的磁通量恒等于零，即∮，說明穩(wěn)恒磁場是無源場。

靜電場的環(huán)路定理[3]：靜電場中電場強度的環(huán)流為零，數(shù)學(xué)表達式為：∮，環(huán)路定理揭示了靜電場中電場力做功只與起點和終點的位置有關(guān)，而與路徑無關(guān)，說明靜電場是保守場。

穩(wěn)恒磁場的環(huán)路定理[3]：在穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場中，磁場強度沿任一閉合路徑的線積分等于閉合路徑所包圍的傳導(dǎo)電流強度的代數(shù)和，可表示為∮，由此定理可以看出，穩(wěn)恒磁場是非保守場。

對于靜電場和穩(wěn)恒磁場還有很多這樣相似情況，比如能量、介質(zhì)的影響等等，都可以放在一起進行比較?？傊?，對大學(xué)物理靜電場和穩(wěn)恒磁場這兩部分內(nèi)容，可以采用比較教學(xué)的方法，有助于深入理解兩種場的性質(zhì)，掌握其規(guī)律，另外適當(dāng)用MATLAB模擬一些現(xiàn)象，這對學(xué)生掌握這部分知識是至關(guān)重要的，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)面。

參考文獻

[1]管薇.工科大學(xué)物理教學(xué)改革的思考[J].新課程研究（中旬刊），2012（2）：86-87.

[2]張明霞.淺談大學(xué)物理教學(xué)改革[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（9）：201-202.

[3]內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)物理系.大學(xué)物理[M].內(nèi)蒙古大學(xué)出版社，2008.