電動(dòng)力學(xué)在物理學(xué)課程中的地位和作用

張賀

摘 要：電動(dòng)力學(xué)是一門悠久的學(xué)科是在電磁學(xué)的基礎(chǔ)上結(jié)合物理學(xué)理論組成的重要發(fā)展學(xué)科，電動(dòng)力學(xué)是結(jié)合物理學(xué)以及其它相關(guān)專業(yè)的現(xiàn)代化理論教學(xué)基礎(chǔ)科目學(xué)科。本文是以學(xué)科的角度出發(fā)，深入探討電動(dòng)力學(xué)，以此角度出發(fā)說明電動(dòng)力學(xué)占據(jù)物理學(xué)課程的重要一席之地，同時(shí)探究電動(dòng)力學(xué)在物理學(xué)課程中的地位和作用。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)力學(xué)；電磁場(chǎng)物理學(xué)；麥克斯韋方程組

1.認(rèn)識(shí)電動(dòng)力學(xué)的學(xué)科性質(zhì)

在物理學(xué)課程中有一個(gè)經(jīng)典的動(dòng)力學(xué)理論是電動(dòng)力學(xué)，主要研究方向是研究電磁現(xiàn)象，電磁場(chǎng)基本的屬性、狹義相對(duì)論、運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、電磁場(chǎng)以及帶電物質(zhì)的相互作用均作為主要研究的范圍。在科學(xué)以及生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)，有很多電磁場(chǎng)相關(guān)的技術(shù)難點(diǎn)，比方說等離子體、天體物理、粒子加速器以及凝聚態(tài)物理等，全部都包含電磁場(chǎng)的理論問題。在迅速變化的情形下，電磁波是電磁場(chǎng)的一種存在形式。它的應(yīng)用非常廣泛其中包括無線電波、熱輻射、光波、X射線和射線等等，這些都是電磁波的不同波長(zhǎng)表現(xiàn)，這些現(xiàn)象都有著共同的規(guī)律。綜上所訴，掌握電磁場(chǎng)的基本理論是有及重大意義的對(duì)于生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。在十八世紀(jì)中期以后，在工業(yè)革命的大背景下，人類展開了對(duì)自然科學(xué)的探索和實(shí)驗(yàn)，因此電磁學(xué)得才可以高速的發(fā)展。人類在認(rèn)識(shí)電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間發(fā)現(xiàn)了微妙的聯(lián)系，從而使電動(dòng)力學(xué)推向新的高度。在1820年，奧斯特提出電流的磁效應(yīng)理論。在1831年，電磁感應(yīng)定律被法拉第提出，并首次一個(gè)概念叫做叫做場(chǎng)。發(fā)展到目前，電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象已經(jīng)不是單獨(dú)的存在，人類開始將他們作為統(tǒng)一的整體來理解，總結(jié)以上的理論得出電磁場(chǎng)普遍規(guī)律。1864年，麥克斯韋總結(jié)以上理論，把電磁規(guī)律命名為麥克斯韋方程組，并且使用理論的支持下預(yù)言了電磁波的真實(shí)存在。這一理論的誕生，使電磁波出現(xiàn)在人們的視野中，使近現(xiàn)代無線電技術(shù)形成深遠(yuǎn)影響，被大眾普及。電磁場(chǎng)理論的豐富，使人們對(duì)電磁場(chǎng)有著更深一層次的理解，在此豐富了電動(dòng)力學(xué)的理論。在歷經(jīng)多世紀(jì)的發(fā)展過程中，人們對(duì)經(jīng)典力學(xué)與電磁現(xiàn)象之間的關(guān)系以及觀點(diǎn)進(jìn)行研究，從而發(fā)現(xiàn)矛盾，人們從根本解決的矛盾過程中，促使新時(shí)空觀出現(xiàn)在人們的視野中，狹義相對(duì)論就是在此時(shí)誕生，電動(dòng)力學(xué)在這一理論基礎(chǔ)上走向成熟發(fā)展。

2.明確電動(dòng)力學(xué)在物理學(xué)課程中的地位

電動(dòng)力學(xué)課程在物理學(xué)課程中的地位，要先了解一些屬于物理學(xué)的知識(shí)脈絡(luò)。物理學(xué)是一項(xiàng)科學(xué)，主要研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和相互作用還有物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。物質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以按照線度大小劃分為微觀領(lǐng)域的原子、原子核與“基本”粒子、宏觀領(lǐng)域的各類物體以及宇觀領(lǐng)域中的各種天體；在表現(xiàn)形式上可以劃分為實(shí)物與場(chǎng)。機(jī)械運(yùn)動(dòng)、熱運(yùn)動(dòng)、電磁運(yùn)動(dòng)以及微觀粒子的運(yùn)動(dòng)是最基本、最普遍的運(yùn)動(dòng)形式。以上的內(nèi)容都是物理學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容。由于研究?jī)?nèi)容和對(duì)象不同，現(xiàn)在可以把物理學(xué)劃分五種，其中包括成熟的基本理論，即經(jīng)典力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、經(jīng)典電磁場(chǎng)理論、相對(duì)論以及量子力學(xué)。以上兩種主要適用于物質(zhì)處在宏觀低速（v《c）運(yùn)動(dòng)的情況，第三、四種主要適用于物質(zhì)處在宏觀高速（v→c或v=c）運(yùn)動(dòng)的情況，適用于物質(zhì)處在微觀低速運(yùn)動(dòng)的情況是上訴的第五類，量子場(chǎng)論研究是建立在這幾種基本理論基礎(chǔ)上，是一種規(guī)律：物質(zhì)處在微觀高速狀態(tài)下，現(xiàn)在正在高速的發(fā)展當(dāng)中。第一種是上訴五種基本理論中第一種發(fā)展最早，在十七世紀(jì)末逐漸走向成熟，而第二、三種均是在十九世紀(jì)后半段時(shí)間逐漸成熟，而第四、五種則是較晚得到發(fā)展，被提出來的是在二十世紀(jì)初，并且迅速得到發(fā)展才發(fā)展為現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱。電動(dòng)力學(xué)在經(jīng)理學(xué)中是有重要的存在。

電動(dòng)力學(xué)對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步都起著重要的推動(dòng)作用。電動(dòng)力學(xué)推動(dòng)了電機(jī)和無線電信工程的發(fā)展，讓人類進(jìn)入了到電能應(yīng)用的這就是第三次工業(yè)革命時(shí)代。相對(duì)論和量子力學(xué)加深了對(duì)原子、原子核的認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上人類社會(huì)進(jìn)入了核能以及其它許多新技術(shù)的時(shí)代。相信未來的電動(dòng)力學(xué)將會(huì)給人類社會(huì)帶來更巨大的影響。

3.電動(dòng)力學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)物理學(xué)課程的作用

電動(dòng)力學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)物理課程中的作用在于能夠了解磁場(chǎng)內(nèi)在的基本發(fā)展規(guī)律，能夠深刻地認(rèn)識(shí)電磁場(chǎng)的相關(guān)內(nèi)涵與空間之間的聯(lián)系，這其中的基本能力是能夠解決生活中的一些常見物理現(xiàn)象所帶來的基本問題，也是解決未來實(shí)際問題的理論依據(jù)。通過學(xué)習(xí)狹義相對(duì)論與電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，能夠明白事物的物質(zhì)性幫助人們體會(huì)哲學(xué)，申辯明理，加深對(duì)唯物主義世界觀的認(rèn)識(shí)。電動(dòng)力學(xué)作為電磁學(xué)的后續(xù)課程，它屬于理論，是在物理范疇之內(nèi)是以麥克斯韋方程組、洛倫茲力公式和物質(zhì)的電磁性質(zhì)方程為出發(fā)點(diǎn)的基本學(xué)科。能夠討論空間與新時(shí)空之間的必然聯(lián)系，從而發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，電動(dòng)力學(xué)適用于應(yīng)用復(fù)雜的數(shù)學(xué)微分方程，能夠精準(zhǔn)地解決電信技術(shù)出現(xiàn)的相關(guān)問題。

4.結(jié)語

電動(dòng)力學(xué)是屬于應(yīng)用物理學(xué)的范疇，是物理學(xué)專業(yè)中開設(shè)的一門專業(yè)的理論物理學(xué)課程，這也是最具代表的四大力學(xué)課程，電動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，在我國(guó)主要辦學(xué)目的是為了培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用型高素質(zhì)的人才?；趶碾妱?dòng)力學(xué)學(xué)科角度出發(fā)，橫觀縱觀查看電動(dòng)力學(xué)在物理學(xué)科中的地位和作用，從學(xué)科與教學(xué)的角度出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)代化教學(xué)理論，從而探究電動(dòng)力學(xué)的教育思想和教學(xué)體系及與物理學(xué)科的相對(duì)關(guān)系，為物理學(xué)科發(fā)展提供借鑒與幫助。

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