關(guān)于麥克斯韋方程組教學(xué)研究探討

田碩 丁佩

摘 ? ?要： 本文對(duì)麥克斯韋方程組教學(xué)進(jìn)行研究探討，對(duì)其誕生的背景、形式、推導(dǎo)、理解等情況進(jìn)行分析，并闡述了其物理內(nèi)涵和物理學(xué)史的意義，討論了麥克斯韋方程組教學(xué)中注意的問題，分析了其建立過程對(duì)我們的啟迪意義。

關(guān)鍵詞： 麥克斯韋方程組 ? ?電磁場(chǎng) ? ?散度 ? ?旋度 ? ?電磁波

麥克斯韋方程組是電磁學(xué)中的基本物理公式，是整個(gè)電磁學(xué)大廈的基石。這在電磁學(xué)、電動(dòng)力學(xué)等大學(xué)物理基礎(chǔ)課程里都有深入的講解，但還有不少同學(xué)對(duì)麥克斯韋方程組的理解不夠深刻，不能熟練利用其解決電磁學(xué)問題。筆者結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研工作的體會(huì)，從教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法及應(yīng)用等方面給出了麥克斯韋方程組研究性教學(xué)的體會(huì)。

一、了解麥克斯韋方程組誕生的背景

麥克斯韋方程組是英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋總結(jié)電磁場(chǎng)基本規(guī)律的一組方程，是19世紀(jì)物理學(xué)領(lǐng)域最矚目的科學(xué)成果之一，雖然歷史賦予麥克斯韋完成這一科學(xué)歷史使命，但從整個(gè)科學(xué)界的發(fā)展環(huán)境來(lái)看，麥克斯韋方程組的誕生也具有歷史發(fā)展的必然性。庫(kù)侖定律、畢奧—薩伐爾定律、安培定律、歐姆定律及法拉第電磁感應(yīng)定律的相繼建立，并表明電磁學(xué)各個(gè)局部的規(guī)律已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)意味著建立普遍的電磁理論，對(duì)各種電磁現(xiàn)象提供統(tǒng)一解釋的條件已經(jīng)成熟。此外，在關(guān)于電磁作用的機(jī)制和本質(zhì)解釋上，超距說和近距說有過激烈的斗爭(zhēng)和交鋒，但最終以麥克斯韋和法拉第為代表的近距說，能更好地解釋實(shí)驗(yàn)事實(shí)，并最終導(dǎo)致了近距作用的電磁理論——麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的誕生，而麥克斯韋方程組就是麥克斯韋理論中的重要部分。……