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)類專業(yè)大學(xué)本科生的一門必修基礎(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，還包含著很多數(shù)學(xué)知識如微積分、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

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】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)中的一個重要的分支，在我們的日常生活以及生產(chǎn)活動當(dāng)中，無處不存在著電磁運(yùn)動，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、電磁場以及有關(guān)電荷、帶電物體的動力學(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)中的一些常見定理，如電場中的高斯定理、磁場中的安培環(huán)路定理等，通過運(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

我國是世界上最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用磁現(xiàn)象的國家之一，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)的常見基本定理

2.1高斯定理

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

d=

在該式中，左邊是電場強(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，電場強(qiáng)度對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關(guān)。此外，該公式一般用來求電場強(qiáng)度E，而并非是求電場強(qiáng)度的。而磁場中的高斯定理公式為：

·d=0

該公式表明，無論是穩(wěn)恒磁場還是時(shí)變磁場，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)，出來的磁通量則為正，故通過其中任何一個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)恒磁場的磁感應(yīng)線和載流導(dǎo)線的相互套連性。磁場中的安培環(huán)路定理公式為：

d=？滋I

該式的左邊是磁場強(qiáng)度環(huán)流，常用來求解磁感應(yīng)強(qiáng)度B。由于該式中含有定積分，因此在求解時(shí)會有一定的困難，但當(dāng)磁場分布的對稱性較高時(shí)，利用該定理求解磁感應(yīng)強(qiáng)度就會簡單很多。在運(yùn)用該定理時(shí)，首先我們要選取合適的磁場回路，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。但是在掌握基本概念時(shí)，還要注意一定的方法——一般來說，我們都是從定義開始掌握概念，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。我們可以通過找一些具體的例題或者是問題來鞏固自己對概念及定律、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)知識對大學(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)的知識去解決物理問題，在運(yùn)用數(shù)學(xué)工具時(shí)，要透過數(shù)學(xué)公式看到公式中所要描述的物理知識，而不要被復(fù)雜的公式弄懵了，遇到一個問題，不要急著去解答，先把重點(diǎn)放在物理模型、圖像上，通過仔細(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)是我們動手檢驗(yàn)真理的最好方法，也是我們對自己所學(xué)知識良好的反饋途徑，我們要積極動手去設(shè)計(jì)物理模型，如在做“用沖擊電流計(jì)測螺線管內(nèi)軸線上磁場的分布”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)這個原理，我們再設(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。

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

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)量兩種，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)量相對來說比較簡單，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、電動勢等，計(jì)算過程中比較容易出錯。因此在學(xué)習(xí)電磁學(xué)時(shí)，我們必須清楚一些常見代數(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，從而解決問題。

結(jié)束語：電磁學(xué)現(xiàn)象在我們的日常生活及工作中隨處可見，學(xué)好電磁學(xué)不僅是專業(yè)知識的需要，也是我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯男枰?。電磁學(xué)是大學(xué)物理的一個重要內(nèi)容，學(xué)起來有一定的難度，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，鍛煉自己的問題分析能力，從而達(dá)到事半功倍的學(xué)習(xí)效果。

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