淺談大學(xué)物理電磁學(xué)學(xué)習(xí)方法

馮杰

【摘要】大學(xué)物理是一般工程技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)大學(xué)本科生的一門(mén)必修基礎(chǔ)課程，主要是學(xué)習(xí)物理學(xué)的一些基本概念、現(xiàn)象及規(guī)律。電磁學(xué)是研究電磁現(xiàn)象的規(guī)律以及物質(zhì)的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)的科學(xué)，不僅蘊(yùn)含著豐富的物理知識(shí)，還包含著很多數(shù)學(xué)知識(shí)如微積分、矢量分析等，因此掌握正確的大學(xué)物理電磁學(xué)的學(xué)習(xí)方法是很重要的。本文主要是根據(jù)作者對(duì)于大學(xué)物理電磁學(xué)的學(xué)習(xí)，進(jìn)而提出一些大學(xué)物理電磁學(xué)的學(xué)習(xí)方法。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理 ?電磁學(xué) ?學(xué)習(xí)方法

【中圖分類(lèi)號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）35-0159-02

一、前言

物理學(xué)是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)，也是自然界最基本形態(tài)的科學(xué)。電磁學(xué)是物理學(xué)中的一個(gè)重要的分支，在我們的日常生活以及生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中，無(wú)處不存在著電磁運(yùn)動(dòng)，因此學(xué)好電磁學(xué)是很有必要的。大學(xué)物理電磁學(xué)主要是研究電磁波、電磁場(chǎng)以及有關(guān)電荷、帶電物體的動(dòng)力學(xué)等，在學(xué)習(xí)時(shí)不僅要掌握相應(yīng)的基本概念，還要掌握電磁學(xué)中的一些常見(jiàn)定理，如電場(chǎng)中的高斯定理、磁場(chǎng)中的安培環(huán)路定理等，通過(guò)運(yùn)用定理，深刻理解現(xiàn)象中的物理意義及規(guī)律。下面將具體分析大學(xué)物理電磁學(xué)的若干學(xué)習(xí)方法。

二、關(guān)于電磁學(xué)

1.電磁學(xué)的起源與發(fā)展

我國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用磁現(xiàn)象的國(guó)家之一，早在公元前三百年就發(fā)現(xiàn)了磁吸引鐵的現(xiàn)象。到十九世紀(jì)，電流的磁效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、熱效應(yīng)等相繼被發(fā)現(xiàn)，并且其規(guī)律也得到了準(zhǔn)確的表述，如歐姆定律、電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律、麥克斯韋方程組等。隨著電磁學(xué)的發(fā)展，生活中已經(jīng)出現(xiàn)了很多與電磁學(xué)有關(guān)的應(yīng)用，如指南針、避雷針、電磁爐、電磁起重機(jī)、磁懸浮列車(chē)等，并且在人們的日常生活及工作中發(fā)揮著重要的作用。

2.大學(xué)電磁學(xué)的常見(jiàn)基本定理

2.1高斯定理

高斯定理也稱(chēng)為高斯公式，主要是表明在閉合曲面內(nèi)的電荷分布與產(chǎn)生的電場(chǎng)之間的關(guān)系。靜電場(chǎng)的高斯定理公式為：

d=

在該式中，左邊是電場(chǎng)強(qiáng)度的通量，右邊的q代表著包圍在封閉曲面內(nèi)的自由電荷和極化電荷的總和。定理指出，電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)任意封閉曲面的通量與該封閉曲面內(nèi)電荷的代數(shù)和有關(guān)，而與曲面內(nèi)電荷的分布位置及曲面外的電荷無(wú)關(guān)。此外，該公式一般用來(lái)求電場(chǎng)強(qiáng)度E，而并非是求電場(chǎng)強(qiáng)度的。而磁場(chǎng)中的高斯定理公式為：

·d=0

該公式表明，無(wú)論是穩(wěn)恒磁場(chǎng)還是時(shí)變磁場(chǎng)，由于磁力線總是閉合曲線，如果將閉合曲面向外設(shè)為正方向，那么進(jìn)入曲面的磁通量為負(fù)，出來(lái)的磁通量則為正，故通過(guò)其中任何一個(gè)閉合曲面的總磁通量都為0。

2.2安培環(huán)路定理

安培環(huán)路定理是指在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任何閉合路徑的線積分，等于這閉合路徑所包圍的各個(gè)電流的代數(shù)和乘以磁導(dǎo)率，這一定理反映了穩(wěn)恒磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線和載流導(dǎo)線的相互套連性。磁場(chǎng)中的安培環(huán)路定理公式為：

d=？滋I

該式的左邊是磁場(chǎng)強(qiáng)度環(huán)流，常用來(lái)求解磁感應(yīng)強(qiáng)度B。由于該式中含有定積分，因此在求解時(shí)會(huì)有一定的困難，但當(dāng)磁場(chǎng)分布的對(duì)稱(chēng)性較高時(shí)，利用該定理求解磁感應(yīng)強(qiáng)度就會(huì)簡(jiǎn)單很多。在運(yùn)用該定理時(shí)，首先我們要選取合適的磁場(chǎng)回路，盡可能的選取各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度相等的回路，這樣便能將公式左邊的矢量點(diǎn)乘積分轉(zhuǎn)化為標(biāo)量積分，把移到積分號(hào)外，這樣求解時(shí)便容易得多了。

三、大學(xué)物理電磁學(xué)的學(xué)習(xí)方法分析

1.在基本概念、常用定理的掌握上多下功夫

在學(xué)習(xí)電磁學(xué)時(shí)，首先要清楚的掌握與電磁學(xué)相關(guān)的一些基本概念，只有將概念掌握清楚了，才能在做題的時(shí)候加深理解，牢固的掌握知識(shí)。但是在掌握基本概念時(shí)，還要注意一定的方法——一般來(lái)說(shuō)，我們都是從定義開(kāi)始掌握概念，但是僅僅根據(jù)定義是不夠的，我們還要做到以下幾點(diǎn)：首先，思考為什么要這樣定義？換一種說(shuō)法行不行？應(yīng)該注意什么？其次，還要掌握電磁學(xué)的一些基本定律和基本定理，結(jié)合定理才能更加深入的了解、掌握概念;最后，實(shí)踐檢驗(yàn)真知。我們可以通過(guò)找一些具體的例題或者是問(wèn)題來(lái)鞏固自己對(duì)概念及定律、定理的理解和掌握。

2.注意掌握數(shù)學(xué)工具的運(yùn)用和訓(xùn)練問(wèn)題的分析能力

數(shù)學(xué)是物理的基礎(chǔ)，更是研究物理學(xué)的主要工具，因此學(xué)好數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)大學(xué)物理電磁學(xué)的學(xué)習(xí)有很大的幫助。在學(xué)習(xí)電磁學(xué)時(shí)，要充分利用所學(xué)的高等數(shù)學(xué)的知識(shí)去解決物理問(wèn)題，在運(yùn)用數(shù)學(xué)工具時(shí)，要透過(guò)數(shù)學(xué)公式看到公式中所要描述的物理知識(shí)，而不要被復(fù)雜的公式弄懵了，遇到一個(gè)問(wèn)題，不要急著去解答，先把重點(diǎn)放在物理模型、圖像上，通過(guò)仔細(xì)分析挖掘出模型及圖像蘊(yùn)含的信息，進(jìn)而用相應(yīng)的物理方程和方法進(jìn)行解答。最后，還要注重電磁學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)是我們動(dòng)手檢驗(yàn)真理的最好方法，也是我們對(duì)自己所學(xué)知識(shí)良好的反饋途徑，我們要積極動(dòng)手去設(shè)計(jì)物理模型，如在做“用沖擊電流計(jì)測(cè)螺線管內(nèi)軸線上磁場(chǎng)的分布”這一實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們需要用到的實(shí)驗(yàn)器材有墻式?jīng)_擊電流計(jì)、螺線管、電阻箱、滑線變阻器、直流安培表等，首先我們應(yīng)明白該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理——當(dāng)螺線管通以電流I時(shí)，則螺線管內(nèi)軸線上任意一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：

B=？滋0n0（cos ？茁1-cos？茁2）

公式中的μ0為真空磁導(dǎo)率，n0為單位長(zhǎng)度線圈的匝數(shù)，β1和β2分別為螺線管內(nèi)軸線上某一點(diǎn)到兩端的張角大小。根據(jù)這個(gè)原理，我們?cè)僭O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后計(jì)算、整理、分析，最后得出結(jié)論。

這樣通過(guò)自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，不僅能夠加深我們對(duì)物理基本概念的理解和基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)，而且還能有效的提高我們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

3.重視代數(shù)量的意義，正確運(yùn)用代數(shù)量

代數(shù)量又稱(chēng)為雙向標(biāo)量，是描述兩種可能狀態(tài)的物理量，如分量=v+v，電壓V=V-V=·dl，這些物理量除了大小之外，還有方向。代數(shù)量分為狀態(tài)型代數(shù)量和取向型代數(shù)量?jī)煞N，狀態(tài)型代數(shù)量如溫度T，導(dǎo)體電量Q，而取向型代數(shù)量則是指具有兩種相反取向的物理量，如上述分量，電壓Vab等。物理量按其性質(zhì)可分為矢量和標(biāo)量，其中標(biāo)量又分為算數(shù)量和代數(shù)量。矢量的計(jì)算比較復(fù)雜，因其不僅有大小，還有方向之分。算數(shù)量相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，因其只有正值;而代數(shù)量有正有負(fù)，如電荷、電位差、電通量、電動(dòng)勢(shì)等，計(jì)算過(guò)程中比較容易出錯(cuò)。因此在學(xué)習(xí)電磁學(xué)時(shí)，我們必須清楚一些常見(jiàn)代數(shù)量的正負(fù)及其意義，結(jié)合題目具體的信息進(jìn)行分析辨別，從而解決問(wèn)題。

結(jié)束語(yǔ)：電磁學(xué)現(xiàn)象在我們的日常生活及工作中隨處可見(jiàn)，學(xué)好電磁學(xué)不僅是專(zhuān)業(yè)知識(shí)的需要，也是我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯男枰?。電磁學(xué)是大學(xué)物理的一個(gè)重要內(nèi)容，學(xué)起來(lái)有一定的難度，我們一定要掌握正確的學(xué)習(xí)方法，在基本概念，基本定理、定律上多下功夫，熟練掌握數(shù)學(xué)工具的使用，重視各項(xiàng)代數(shù)量的含義，鍛煉自己的問(wèn)題分析能力，從而達(dá)到事半功倍的學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳志遠(yuǎn)，萬(wàn)世興.運(yùn)用電磁學(xué)發(fā)展史深化電磁學(xué)教學(xué)[J]. 咸寧學(xué)院學(xué)報(bào).2011（06）

[2]張淑芳.重視“場(chǎng)”，更重視物理思想方法——關(guān)于電磁學(xué)教學(xué)[J].佳木斯教育學(xué)院學(xué)報(bào).2014（01）

[3]張凡，姜偉，王威，國(guó)安邦.整合電磁學(xué)課程教學(xué)體系，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)[J].科教文匯（上旬刊）.2012（10）