大学物理电磁学教学改革的研究与实践

唐德龙

【摘要】大学物理电磁学的理论知识与高中相比变得更加的抽象，理解起来比较难，而且这部分的学习对学生的逻辑思维能力要求也比较高，这就造成部分学生对物理电磁学理论的理解不透彻，那么学习起来也比较吃力，得到的教学成绩往往不如预期。学生对电学和磁学的定义理解上经常将两者混淆，这就使他们正确理解电磁场理论变得更加困难。因此为了提高学生对大学物理电磁学的认识和理解，教师应当对电学和磁学的教学内容及教学方法进行分析研究，并改变传统的教学方法。教师可以从“场”的共性方面出发，通过运用类比和归纳的教学方法，不断地引导学生更加深入理解电磁场理论。

【关键词】电磁学 磁场 大学物理

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）03-0191-02

1.场分布的理解方式

1.1基本物理量的引入

通过以前学习的电学和磁学的内容可以知道，通常在描述场分布是主要用到的物理量有四个，它们分别是电场强度E、电位移D、感应强度B和磁场强度H。为了使学生更快的掌握这四个基本物理量的基本概念，教师可以使用对电场和磁场的矢量进行对比的教学方法。首先对场强度进行对比，一般在真空场中，电场强度是指试验电荷在电场中所受到电场力与试验电荷电量之比，而相对应的磁感应强度就是移动电荷在磁场中所受到的最大磁场力与移动电荷电量及运动速度的乘积之比。在物理学上来说，无论是电位移还是磁场强度，两者在对场进行描述时与介质是没有关系的，它们是客观存在的。同样的教师还可以在教学过程中使用归纳总结的方法。例如在电场中，电场强度与电位移之间的关系是E=D/ε；而对于磁场来说，磁感应强度与磁场强度的关系是B=μH。

1.2通过引入力线以及场矢量的通量对场进行描述

在物理学上来说，矢量场既存在大小同时又有方向性。矢量场的这种特殊性使得对它的描述较为困难，为了更加形象的描述场的空间分布，就分别引入了电力线、磁力线、电通量和磁通量。例如在真空场条件下，教师可以对电场和磁场的力线特点进行详细地分析。对于两种力线相同的是电力线和磁力线的疏密程度都代表相应场的强弱，力线切线的方向即使相对场的方向；不同的是电力线从正电荷处开始，在负电荷处停止，对于不存在电荷的地方，电力线不中断也不闭合。

2.计算场的分布的两种方法

对于大学物理教学来说，电磁学部分一直是教学的难点和重点。每次对这部分进行讲解时，所需要的时间最长但是达到的效果却不明显。最后学生对电磁学理论的认识仍然是模糊不清的。尤其是到了电磁学的计算问题上，学生理解起来就更加的困难，那么为了让学生清楚的掌握电磁学的计算，教师在教学进行过程中，可以讲解两种计算方法。

2.1微积分在计算场分布时的应用

在使用微积分的方法进行计算场分布的时候，应用的对象是有条件限制的。一般应用的对象都是有限大的情况，只有这样才能够对有限大的对象进行微分，之后解决微分单元，最后再进行积分求和得到最终整体的结果。通过对微积分计算方法的总结归纳可以使学生更加直观的看到计算过程，以及每一步计算得到的结果。使用这种计算方法可以使学生更快的掌握解题思路，但是这对数学能力较差的学生来说是一个不小的挑战。下面以电场和磁场为例进行说明。对于电场来说，首先微分获得的单元对象dq，然后解决该单元问题得到dE=dq/4πε0 r2，然后进行积分得出结果E=∫dE。对于磁场来说，首先微分获得的单元对象Idl，然后解决该单元问题得到dB=（μ0/4π）？鄢（Idl？鄢sina/r2），然后进行积分得出B=∫dB。

2.2依据场的性质解决对称性场分布问题

通过教学经验可以知道在解决关于对称性的场分布问题时，使用电场的高斯定理和磁场的安培环路定理这种计算方法更加简便。下面将以电场的高斯定理以及磁场的环路定理为例进行详细地说明。对于电场来说，一般电场的高斯定理表示是∮sE.dS=∑q/ε0， ∮s D.dS=∑q，通过这个公式可以看出穿过闭合曲面的电通量只与闭合曲面内所包围的电荷有关，而与没包围的电荷无关。但是对于电场的高斯定理的应用有一定的条件限制，一般用于无限大的平面、球对称带电体等。而对于磁场来说，一般磁场的环路定理表示是∮LB？鄢dl=μ0∑l，∮LH？鄢dl=∑l，通过这个公式可以看出场矢量的环流只与穿过闭合路径所包围面积内的电流有关，而与没包围的电流无关。但是对于磁场的环路定理的应用也有一定的条件限制，一般用于无限长轴对称电流、无限大面电流等。

三、结论

综上所述可知，作为大学物理教学的难点和重点，电磁学理论一直是学生们较为反感的部分。这时就需要教师对大学物理电磁学的教学方法进行改进，同时将教学内容进行细致的划分，切实提高教学质量。学生对电磁学理论理解起来比较难，其中最主要的原因还是电磁学理论的抽象化以及计算方法的复杂化，尤其计算方法涉及到了微积分，这就更加降低了学生学习电磁学的兴趣。

参考文献：

[1]单亚拿.大学物理电磁学教学改革的研究与实践[J].物理与工程，2014（1）