淺談電磁場理論教學(xué)論文
麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現(xiàn)象，認(rèn)為變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場．這是電磁場理論的第二個要點．一個靜止的電荷，它產(chǎn)生的是靜電場，即空間各點的電場強度不隨時間而改變．這個電荷一旦運動起來，電場就發(fā)生變化．另一方面，運動電荷要產(chǎn)生磁場，用場的觀點來分析這個問題，就可以說：這個磁場是由變化的電場產(chǎn)生的．”筆者認(rèn)為，這里用運動電荷產(chǎn)生磁場為例來說明電磁場理論的第二個要點是欠妥的．比甲種本早一年出版的乙種本（１９８４年第１版）以及主要由它修訂而成的現(xiàn)行課本（必修）中沒有這個例子，但是這個例子在現(xiàn)在的高中物理教學(xué)中仍然存在著不良的影響．最近，筆者帶學(xué)生在中學(xué)教育實習(xí)時發(fā)現(xiàn)了甲種本的這個例子，接著對廣州市的中學(xué)物理教學(xué)做了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)目前仍有一些中學(xué)在教學(xué)中喜歡使用甲種本的這個例子．所以，有必要對這個例子做進(jìn)一步的分析．
變化的電場能夠在周圍的.空間產(chǎn)生磁場是麥克斯韋電磁場理論的第二個要點，也是麥克斯韋對電磁場理論的最主要的貢獻(xiàn)．這樣，不但傳導(dǎo)電流（由電荷運動引起）能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場，而且變化的電場（或“位移電流”）也能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場．也就是說，產(chǎn)生磁場的途徑有兩種：電流（傳導(dǎo)電流）或者變化的電場（或叫做“位移電流”）．甲種本的這個例子所講的“運動電荷要產(chǎn)生磁潮，可以從兩個層次來理解．
一、把“運動電荷要產(chǎn)生磁潮理解為電荷運動形成電流（傳導(dǎo)電流），這個電流要產(chǎn)生磁場，這是中學(xué)生所能理解的層次．按照這種理解，這個電場是由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的，而不是由“位移電流”產(chǎn)生的，即不是由變化的電場產(chǎn)生的．甲種本的論斷是錯誤的．
二、從較高的層次來理解“運動電荷要產(chǎn)生磁潮這句話．電荷的運動是任意的，由于既有速度ｖ，又有加速度ａ，這個電荷產(chǎn)生的電場和磁場是非常復(fù)雜的，要用電動力學(xué)的方法才能處理，一般中學(xué)生不可能理解到這一層次，而且這時在運動電荷產(chǎn)生的磁場中，既有由變化的電場產(chǎn)生的，也有由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的，到底哪一部分主要，要視電荷的運動情況及觀測點的位置而定．在電荷附近（近場區(qū)）磁場主要由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生，所以不能簡單地認(rèn)為“這個磁場是由變化的電場產(chǎn)生的”．
綜上分析，甲種本用一個運動電荷產(chǎn)生磁場為例來說明電磁場理論的第二個要點是欠妥的，其結(jié)論“這個磁場是由變化的電場產(chǎn)生的”是不對的．
值得指出的是，麥克斯韋電磁場理論的第二個要點包含著深刻而新穎的思想，在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)難以為物理學(xué)家們所接受，直到２５年之后，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，從而證明麥克斯韋電磁場理論的正確性，這個理論才得到人們的普遍承認(rèn)．可見，“變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場”這一假說并非能用一個例子來加以形象說明的．在高中階段講麥克斯韋電磁場理論的第二個要點時，可以像必修本或乙種本那樣，簡要地給出麥克斯韋的假說，而不要企圖找什么形象的例子來說明．倒是有必要向?qū)W生強調(diào)：電流和變化的電場是產(chǎn)生磁場的兩種途徑．最近筆者帶學(xué)生到中學(xué)教育實習(xí)時，就有一些中學(xué)生問實習(xí)老師（筆者帶的實習(xí)生）：“當(dāng)穩(wěn)恒電流通過直導(dǎo)線時，周圍空間的磁場是穩(wěn)定的，而電場卻不隨時間做均勻變化，這不是與老師講的電磁場理論的第二個要點相矛盾嗎？”這說明學(xué)生誤以為要產(chǎn)生磁場就必須有變化的電場，并不明白電流和變化的電場均可以產(chǎn)生磁場．或者說，學(xué)生學(xué)習(xí)了變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場，卻忘記了電流是產(chǎn)生磁場的基本途徑．
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