唐德龍

【摘要】大學(xué)物理電磁學(xué)的理論知識(shí)與高中相比變得更加的抽象，理解起來比較難，而且這部分的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力要求也比較高，這就造成部分學(xué)生對(duì)物理電磁學(xué)理論的理解不透徹，那么學(xué)習(xí)起來也比較吃力，得到的教學(xué)成績(jī)往往不如預(yù)期。學(xué)生對(duì)電學(xué)和磁學(xué)的定義理解上經(jīng)常將兩者混淆，這就使他們正確理解電磁場(chǎng)理論變得更加困難。因此為了提高學(xué)生對(duì)大學(xué)物理電磁學(xué)的認(rèn)識(shí)和理解，教師應(yīng)當(dāng)對(duì)電學(xué)和磁學(xué)的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法進(jìn)行分析研究，并改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法。教師可以從“場(chǎng)”的共性方面出發(fā)，通過運(yùn)用類比和歸納的教學(xué)方法，不斷地引導(dǎo)學(xué)生更加深入理解電磁場(chǎng)理論。

【關(guān)鍵詞】電磁學(xué) 磁場(chǎng) 大學(xué)物理

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）03-0191-02

1.場(chǎng)分布的理解方式

1.1基本物理量的引入

通過以前學(xué)習(xí)的電學(xué)和磁學(xué)的內(nèi)容可以知道，通常在描述場(chǎng)分布是主要用到的物理量有四個(gè)，它們分別是電場(chǎng)強(qiáng)度E、電位移D、感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H。為了使學(xué)生更快的掌握這四個(gè)基本物理量的基本概念，教師可以使用對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的矢量進(jìn)行對(duì)比的教學(xué)方法。首先對(duì)場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，一般在真空?qǐng)鲋?，電?chǎng)強(qiáng)度是指試驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中所受到電場(chǎng)力與試驗(yàn)電荷電量之比，而相對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度就是移動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中所受到的最大磁場(chǎng)力與移動(dòng)電荷電量及運(yùn)動(dòng)速度的乘積之比。在物理學(xué)上來說，無論是電位移還是磁場(chǎng)強(qiáng)度，兩者在對(duì)場(chǎng)進(jìn)行描述時(shí)與介質(zhì)是沒有關(guān)系的，它們是客觀存在的。同樣的教師還可以在教學(xué)過程中使用歸納總結(jié)的方法。例如在電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度與電位移之間的關(guān)系是E=D/ε；而對(duì)于磁場(chǎng)來說，磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系是B=μH。

1.2通過引入力線以及場(chǎng)矢量的通量對(duì)場(chǎng)進(jìn)行描述

在物理學(xué)上來說，矢量場(chǎng)既存在大小同時(shí)又有方向性。矢量場(chǎng)的這種特殊性使得對(duì)它的描述較為困難，為了更加形象的描述場(chǎng)的空間分布，就分別引入了電力線、磁力線、電通量和磁通量。例如在真空?qǐng)鰲l件下，教師可以對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的力線特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)地分析。對(duì)于兩種力線相同的是電力線和磁力線的疏密程度都代表相應(yīng)場(chǎng)的強(qiáng)弱，力線切線的方向即使相對(duì)場(chǎng)的方向；不同的是電力線從正電荷處開始，在負(fù)電荷處停止，對(duì)于不存在電荷的地方，電力線不中斷也不閉合。

2.計(jì)算場(chǎng)的分布的兩種方法

對(duì)于大學(xué)物理教學(xué)來說，電磁學(xué)部分一直是教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。每次對(duì)這部分進(jìn)行講解時(shí)，所需要的時(shí)間最長(zhǎng)但是達(dá)到的效果卻不明顯。最后學(xué)生對(duì)電磁學(xué)理論的認(rèn)識(shí)仍然是模糊不清的。尤其是到了電磁學(xué)的計(jì)算問題上，學(xué)生理解起來就更加的困難，那么為了讓學(xué)生清楚的掌握電磁學(xué)的計(jì)算，教師在教學(xué)進(jìn)行過程中，可以講解兩種計(jì)算方法。

2.1微積分在計(jì)算場(chǎng)分布時(shí)的應(yīng)用

在使用微積分的方法進(jìn)行計(jì)算場(chǎng)分布的時(shí)候，應(yīng)用的對(duì)象是有條件限制的。一般應(yīng)用的對(duì)象都是有限大的情況，只有這樣才能夠?qū)τ邢薮蟮膶?duì)象進(jìn)行微分，之后解決微分單元，最后再進(jìn)行積分求和得到最終整體的結(jié)果。通過對(duì)微積分計(jì)算方法的總結(jié)歸納可以使學(xué)生更加直觀的看到計(jì)算過程，以及每一步計(jì)算得到的結(jié)果。使用這種計(jì)算方法可以使學(xué)生更快的掌握解題思路，但是這對(duì)數(shù)學(xué)能力較差的學(xué)生來說是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。下面以電場(chǎng)和磁場(chǎng)為例進(jìn)行說明。對(duì)于電場(chǎng)來說，首先微分獲得的單元對(duì)象dq，然后解決該單元問題得到dE=dq/4πε0 r2，然后進(jìn)行積分得出結(jié)果E=∫dE。對(duì)于磁場(chǎng)來說，首先微分獲得的單元對(duì)象Idl，然后解決該單元問題得到dB=（μ0/4π）？鄢（Idl？鄢sina/r2），然后進(jìn)行積分得出B=∫dB。

2.2依據(jù)場(chǎng)的性質(zhì)解決對(duì)稱性場(chǎng)分布問題

通過教學(xué)經(jīng)驗(yàn)可以知道在解決關(guān)于對(duì)稱性的場(chǎng)分布問題時(shí)，使用電場(chǎng)的高斯定理和磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理這種計(jì)算方法更加簡(jiǎn)便。下面將以電場(chǎng)的高斯定理以及磁場(chǎng)的環(huán)路定理為例進(jìn)行詳細(xì)地說明。對(duì)于電場(chǎng)來說，一般電場(chǎng)的高斯定理表示是∮sE.dS=∑q/ε0， ∮s D.dS=∑q，通過這個(gè)公式可以看出穿過閉合曲面的電通量只與閉合曲面內(nèi)所包圍的電荷有關(guān)，而與沒包圍的電荷無關(guān)。但是對(duì)于電場(chǎng)的高斯定理的應(yīng)用有一定的條件限制，一般用于無限大的平面、球?qū)ΨQ帶電體等。而對(duì)于磁場(chǎng)來說，一般磁場(chǎng)的環(huán)路定理表示是∮LB？鄢dl=μ0∑l，∮LH？鄢dl=∑l，通過這個(gè)公式可以看出場(chǎng)矢量的環(huán)流只與穿過閉合路徑所包圍面積內(nèi)的電流有關(guān)，而與沒包圍的電流無關(guān)。但是對(duì)于磁場(chǎng)的環(huán)路定理的應(yīng)用也有一定的條件限制，一般用于無限長(zhǎng)軸對(duì)稱電流、無限大面電流等。

三、結(jié)論

綜上所述可知，作為大學(xué)物理教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，電磁學(xué)理論一直是學(xué)生們較為反感的部分。這時(shí)就需要教師對(duì)大學(xué)物理電磁學(xué)的教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致的劃分，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生對(duì)電磁學(xué)理論理解起來比較難，其中最主要的原因還是電磁學(xué)理論的抽象化以及計(jì)算方法的復(fù)雜化，尤其計(jì)算方法涉及到了微積分，這就更加降低了學(xué)生學(xué)習(xí)電磁學(xué)的興趣。

參考文獻(xiàn)：

[1]單亞拿.大學(xué)物理電磁學(xué)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].物理與工程，2014（1）