物理學(xué)習(xí)中如何把握電場和磁場

林大皓 武漢市洪山高級中學(xué)

電場和磁場雖然客觀存在，但卻看不著、摸不著，所以對于高中生來講其相關(guān)知識很是難以理解。同時，由于電場和磁場的知識點較多，且相似性較高，因此，高中生在學(xué)習(xí)時就很難把握清楚其相關(guān)知識，甚至發(fā)生將知識混淆的情況。其實，物理學(xué)中“場”這一概念是指存在具有一定性質(zhì)的物體能對與之不相接觸的類似物體施加一種力的情況的以空間位置函數(shù)來表示的某種空間區(qū)域。

1 電場

電場是指電荷即磁化周圍空間里存在的一種特殊媒介物質(zhì)，具有力和能的特性，其中前者是指電場對本電場中的電荷具有作用力。后者是指當(dāng)電荷在本電場中移動時，前者所產(chǎn)生的作用力對該電荷做功。由于實際中電場的具體情況有所不同，電場又可分為靜電場、恒定電場、渦旋電場三種。

1.1 靜電場

靜電場是指觀察者與電荷相對靜止時所觀察到的電場。其中的電荷被稱為靜止電荷，又被稱為場源電荷，簡稱源電荷。其基本特征是靜電場對存在其中的靜止電荷的有力的作用。因此，換句話來說，靜電場的定義又可以是靜止電荷在其周圍空間激發(fā)的電場，是一種存在與靜止電荷周圍的特殊媒介物質(zhì)。因為靜電場的電場線并不閉合，所以其無論其中存在的電荷沿任意閉合路徑進(jìn)行移動，電場力所做的功皆是零，由此可知靜電場和靜電力都具有保守性。

1.2 恒定電場

恒定電場是指一種閉合回路中電源兩極上帶的電荷與導(dǎo)線和其他電學(xué)元件上堆積的電荷共同激發(fā)而形成的電場，其中存在的電荷分布較為穩(wěn)定且電場線處處沿著導(dǎo)體方向。其中需要注意的是，導(dǎo)線接通電源后會以極快的速度形成電場。恒定電場中，自由電荷在導(dǎo)體中移動的軌跡都是定向的，而且隨著時間的變化存在其中的電荷分布和電場強度皆不會發(fā)生變化。因此與靜電場相同，恒定電場對于存在其中的電荷會有力的作用，然后形成電流。在這一過程中，自由電荷所做的運動是均勻速率不變的，這是因為其受到了不動粒子的阻礙。

1.3 渦旋電場

渦旋電場是指隨時間變化的磁場在其周圍空間所激發(fā)的、能對身處其中的帶電粒子施以力的作用的、能使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感生電流的一種電場。這種電場因具有渦旋形而被稱為渦旋電場，又稱為感應(yīng)電場。這種電場與靜電場不同具有非保守性，因此其電場線不僅閉合，還沒有始點和終點，同時呈彎曲狀以包圍變化的磁場。由于現(xiàn)行物理高考中對于渦旋電場的考察較少，所以本文就不再多做介紹。

2 磁場

磁場是指一種看不見、摸不著的，不是由原子組成，也不是由分子組成的，客觀存在的特殊物質(zhì)，其通常存在于電流、運動電荷、磁體、變化電場的周圍空間。運動電荷或電場的變化是磁場產(chǎn)生的原因。具體來說就是，磁場存在于磁體周圍，磁場幫助各磁體間不用接觸就可以進(jìn)行相互作用，同時電荷的運動又使得磁體產(chǎn)生了磁性。

磁場對電流、磁體的作用力或力矩皆是由于磁場能夠?qū)Υ嬖谄渲械倪\動電荷施加作用力，后者是磁場的基本特征。在一定空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的矢量場是磁場的一大特點，因此，在對磁場進(jìn)行描述時，可以使用磁感應(yīng)強度矢量場和磁感線兩種工具。同時，磁場作為一個矢量場具有無源有旋的特點，其磁力線不中斷交叉，且成族呈曲狀出現(xiàn)。這就表明沿磁力線的環(huán)路積分不為零，磁場不具有保守性，而具有有旋性。

3 電磁場

英國科學(xué)家麥克斯韋在1864年在對前人的研究成果分析總結(jié)后，確定了電磁波存在且其傳播速度與光相同，從而建立了一套完善的電磁波理論。二十三年后，德國科學(xué)家赫茲通過實驗驗證了麥克斯韋理論的正確性。即電磁波確實存在，且以有限的速度進(jìn)行傳播。同時赫茲還有了電磁波具有可交換的能量和動量，其與粒子之間還可以互相轉(zhuǎn)化，與實物之間也能互相作用等新的發(fā)現(xiàn)，有利地證明了電磁場是一客觀存在的、沒有靜質(zhì)量的物質(zhì)這一論斷。帶電物體所產(chǎn)生的物理場就是電磁場，電磁場又反過來對這些帶電物體產(chǎn)生作用力，麥克斯韋方程和洛倫茲定律是描述這二者關(guān)系的較好的工具。換句話來說，隨時間變化電場產(chǎn)生磁場，隨時間變化磁場產(chǎn)生電場，二者之間具有緊密的內(nèi)在聯(lián)系，互為因果，相互依存，然后所成的統(tǒng)一體就是電磁場。值得注意的是，靜電場不能產(chǎn)生磁場。

4 結(jié)束語

由于電場和磁場相關(guān)知識的抽象性，高中生學(xué)習(xí)把握起來比較困難。因此，高中生有必要對其相關(guān)知識有一個比較深入、清楚的了解，弄清楚電場、磁場以及電磁場的概念、特點、性質(zhì)以及這些場之間的相似與不同處。這樣高中生就能夠?qū)﹄妶龊痛艌龅南嚓P(guān)知識有一個比較清楚明白的了解，在物理學(xué)習(xí)時就會比較容易把握相關(guān)知識。

[1]劉紅超.淺談高中物理中的靜電場和磁場[J].科研,2016,(12):44.

[2]李子康.電磁場知識在實際生活中的應(yīng)用探討[J].小作家選刊,2016,(2):58.