大學物理電磁學教學改革的研究與實踐

唐德龍

【摘要】大學物理電磁學的理論知識與高中相比變得更加的抽象，理解起來比較難，而且這部分的學習對學生的邏輯思維能力要求也比較高，這就造成部分學生對物理電磁學理論的理解不透徹，那么學習起來也比較吃力，得到的教學成績往往不如預期。學生對電學和磁學的定義理解上經常將兩者混淆，這就使他們正確理解電磁場理論變得更加困難。因此為了提高學生對大學物理電磁學的認識和理解，教師應當對電學和磁學的教學內容及教學方法進行分析研究，并改變傳統(tǒng)的教學方法。教師可以從“場”的共性方面出發(fā)，通過運用類比和歸納的教學方法，不斷地引導學生更加深入理解電磁場理論。

【關鍵詞】電磁學 磁場 大學物理

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）03-0191-02

1.場分布的理解方式

1.1基本物理量的引入

通過以前學習的電學和磁學的內容可以知道，通常在描述場分布是主要用到的物理量有四個，它們分別是電場強度E、電位移D、感應強度B和磁場強度H。為了使學生更快的掌握這四個基本物理量的基本概念，教師可以使用對電場和磁場的矢量進行對比的教學方法。首先對場強度進行對比，一般在真空場中，電場強度是指試驗電荷在電場中所受到電場力與試驗電荷電量之比，而相對應的磁感應強度就是移動電荷在磁場中所受到的最大磁場力與移動電荷電量及運動速度的乘積之比。在物理學上來說，無論是電位移還是磁場強度，兩者在對場進行描述時與介質是沒有關系的，它們是客觀存在的。同樣的教師還可以在教學過程中使用歸納總結的方法。例如在電場中，電場強度與電位移之間的關系是E=D/ε；而對于磁場來說，磁感應強度與磁場強度的關系是B=μH。

1.2通過引入力線以及場矢量的通量對場進行描述

在物理學上來說，矢量場既存在大小同時又有方向性。矢量場的這種特殊性使得對它的描述較為困難，為了更加形象的描述場的空間分布，就分別引入了電力線、磁力線、電通量和磁通量。例如在真空場條件下，教師可以對電場和磁場的力線特點進行詳細地分析。對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場的強弱，力線切線的方向即使相對場的方向；不同的是電力線從正電荷處開始，在負電荷處停止，對于不存在電荷的地方，電力線不中斷也不閉合。

2.計算場的分布的兩種方法

對于大學物理教學來說，電磁學部分一直是教學的難點和重點。每次對這部分進行講解時，所需要的時間最長但是達到的效果卻不明顯。最后學生對電磁學理論的認識仍然是模糊不清的。尤其是到了電磁學的計算問題上，學生理解起來就更加的困難，那么為了讓學生清楚的掌握電磁學的計算，教師在教學進行過程中，可以講解兩種計算方法。

2.1微積分在計算場分布時的應用

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

2.2依據場的性質解決對稱性場分布問題

通過教學經驗可以知道在解決關于對稱性的場分布問題時，使用電場的高斯定理和磁場的安培環(huán)路定理這種計算方法更加簡便。下面將以電場的高斯定理以及磁場的環(huán)路定理為例進行詳細地說明。對于電場來說，一般電場的高斯定理表示是∮sE.dS=∑q/ε0， ∮s D.dS=∑q，通過這個公式可以看出穿過閉合曲面的電通量只與閉合曲面內所包圍的電荷有關，而與沒包圍的電荷無關。但是對于電場的高斯定理的應用有一定的條件限制，一般用于無限大的平面、球對稱帶電體等。而對于磁場來說，一般磁場的環(huán)路定理表示是∮LB？鄢dl=μ0∑l，∮LH？鄢dl=∑l，通過這個公式可以看出場矢量的環(huán)流只與穿過閉合路徑所包圍面積內的電流有關，而與沒包圍的電流無關。但是對于磁場的環(huán)路定理的應用也有一定的條件限制，一般用于無限長軸對稱電流、無限大面電流等。

三、結論

綜上所述可知，作為大學物理教學的難點和重點，電磁學理論一直是學生們較為反感的部分。這時就需要教師對大學物理電磁學的教學方法進行改進，同時將教學內容進行細致的劃分，切實提高教學質量。學生對電磁學理論理解起來比較難，其中最主要的原因還是電磁學理論的抽象化以及計算方法的復雜化，尤其計算方法涉及到了微積分，這就更加降低了學生學習電磁學的興趣。

參考文獻：

[1]單亞拿.大學物理電磁學教學改革的研究與實踐[J].物理與工程，2014（1）