谈电磁学学习的思路

　　摘要：中学物理电磁学由“场”和“路”两部分组成，“场”和“路”之间存在着内在的联系，学习时应注意知识学习与实验的融合。本文就电磁学部分的学习提供一些思路。

　　关键词：物理，电工，电磁学，学习

　　作者：陆小军

　　一、认识中学电磁学整体结构

　　电磁学包括静电现象、电流现象、磁现象，中学物理的重要组成部分，电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用，其具体内容包括电磁辐射和电磁场等。电现象和磁现象，这两种现象总是紧密联系而不可分割的，在学习时应透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系，不能孤立地、分散地学习。对此，应从以下三个方面来认真分析。

　　1.电磁学的两种研究方式。

　　整个电磁学的研究是以“场”和“路”两个途径进行的，这两种方式均在高中教材里体现出来。只有明确它们各自的特征及相互联系，才能有计划、有目的地增强思维能力。

　　场的方法是研究电磁学的一般方法。场是物质，是物质的相互作用的特殊方式。中学物理的电磁学部分完全可用场的概念统帅起来：静电场、恒定电场、恒定磁场、静磁场、迅变电磁场等，组成一个关于场的系统，该系统包括中学物理电学部分的内容。

　　“路”是“场”的一种特殊情况。中学物理以“路”为线的大骨架可理顺为：静电路、直流电路、磁路、交流电路、振荡电路等。

　　“场”和“路”之间存在着内在的联系。麦克斯韦方程是电磁场的普遍规律，是以“场”为基础的。“场”是电磁运动的实质，因此可以说“场”是实质，“路”是方法。

　　2.物理知识规律。

　　物理知识的规律体现为一系列物理基本概念、定律和原理的规律，以及它们的相互联系。

　　物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验，掌握了充分可靠的事实之后，进行分析和比较，找出它们相互之间存在着的关系，并把这些关系用定律的形式表达出来。物理定律的形成也是在物理概念的基础上进行的。但是，物理定律并不是绝对准确的，在实验基础上建立起来的物理定律总是具有近似性和局限性，因此其适用范围有一定的局限性。

　　库仑定律是重要的物理规律。库仑定律的实验是在空气中做的，其结果跟在真空中相差很小。其适用范围只适用于点电荷，即带电体的几何线度比它们之间的距离小到可以忽略不计的情况。欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的，对金属导电、电解液导电适用，但对气体导电是不适用的。欧姆定律的运用有对应关系。电阻是电路的物理性质，适用于温度不变时的金属导体。

　　“磁场”这一章阐明了磁与电现象的统一性，用研究电场的方法进行类比，可以较好地解决磁场和磁感应强度的概念。

　　“电磁感应”这一章，重要的物理规律是法拉第电磁感应定律和楞次定律。在这部分知识中，能的转化和守恒定律是将各知识点串起来的主线。本章以电流、磁场为基础，它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面，是进一步研究交流电、电磁振荡和电磁波的基础。电磁感应的重点和核心是感应电动势。运用楞次定律不仅可判断感应电流的方向，更重要的是它揭示了能量是守恒的。

　　“电磁振荡和电磁波”一章是在电场和磁场的基础上结合电磁感应的理论和实践，进一步提出电磁振荡形成统一的电磁场，对场的认识又上升了一步。麦克斯韦的电磁场理论总结了电磁场的规律，同时也把波动理论从机械波推进到电磁波，而对物质的波动性的认识提高了一步。

　　3.通过电磁场在各方面表现的物质属性，在学习中建立“世界是物质的”的观点。

　　电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的。大量实验证明在电荷的周围存在电场，每个带电粒子都被电场包围着。电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用。运动电荷的周围除了电场外还存在着另一种场――磁场。磁体的周围也存在着磁场。磁场也是一种客观存在的物质。磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用。现在，科学实验和广泛的生产实践完全肯定了场的观点，并证明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在，电磁场是物质的一种形态。

　　运动的电荷（电流）产生磁场，磁场对其它运动的电荷（电流）有磁场力的作用。所有磁现象都可以归结为运动电荷（电流）之间是通过磁场而发生作用的。麦克斯韦用场的观点分析了电磁现象，得出结论：任何变化的磁场能够在周围空间产生电场，任何变化的电场能够在周围空间产生磁场。按照这个理论，变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一场，这就是电磁场。电磁场由近及远的传播就形成电磁波。

　　从场的观点来阐述路。电荷的定向运动形成电流。产生电流的条件有两个：一是存在可自由移动的电荷；二是存在电场。导体中电流的方向总是沿着电场的方向，从高电势处指向低电势处。导体中的电流是带电粒子在电场中运动的特例，即导体中形成电流时，它的本身要形成电场又要提供自由电荷。当导体中电势差不存在时，电流也随之而终止。

　　二、以“学科体系的系统性”贯穿始终，使知识学习与实验融合于一体

　　1.场的客观存在及其物质性是电磁学学习中一个极为重要的问题。

　　场是学好电磁学的基础和关键。电场强度、电势、磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念。电场线、磁感线是形象地描述场分布的一种手段，要进行比较，找出两种力线的共性和区别以加强对场的理解。

　　2.电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用。

　　认识场和受场作用这两类问题的联系与区别，比如场不是力、电势不是能等。场中不同位置场的强弱不同，可用受场力者受场力的大小（方向）跟其特征物理量的比值来描述场的强弱程度。在电场中用电场力做功，说明场具有能量。通常说“电荷的电势能”是指电荷与电场共同具有的电势能，离开了电场就谈不上电荷的电势能了。

　　3.认真做好演示实验，使场抽象的概念形象化。

　　演示实验是非常重要的措施。把各种实验做好，不仅易于接受知识和掌握知识，也是基本技能的培养和训练。自己动手做实验，加强对实验现象的分析，从实验观察和现象分析中来发展思维能力。从物理学的特点与对中学物理教学提出的要求来看，应着力培养独立实验能力和自学能力，使知识的传授和能力的培养统一在使自己真正掌握科学知识体系上。

　　4.培养综合运用所学物理知识去分析和解决问题的能力。

　　学习电磁学首先要抓住场和路这两个方面，正确理解基本概念，切实掌握基本规律。在此基础上还应该注意有关综合题的解法。解答综合题时，首先应搞清不同的运动形式或不同的物理过程是怎样联系在一起的。一般联系渠道有两条：一是力，二是能，从而形成两条解题思路。从力的角度考虑，全面分析受力情况（三种性质的力和电磁场力）并和运动状态的改变联系起来。从能的角度来考虑，紧紧扣住能的转化和守恒定律，从而认识能的转化和守恒定律的正确性和普遍性。明确：能量的不同形式，就是物质运动的不同形式；能量由一种形式转化为另一种形式就是物质运动由一种形式转化为另一种形式；能量不能创生也不能消灭，就是运动的不可消灭性。

　　总之，物理电磁学的学习既能发展智力，又能培养能力。只有运用科学的方法，加强实验能力和自学能力的培养，调动学习积极性，才能真正学好电磁学。