大學(xué)物理電磁學(xué)學(xué)習方法
大學(xué)物理電磁學(xué)學(xué)習方法【1】
【摘要】大學(xué)物理是一般工程技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)大學(xué)本科生的一門(mén)必修基礎課程，主要是學(xué)習物理學(xué)的一些基本概念、現象及規律。
電磁學(xué)是研究電磁現象的規律以及物質(zhì)的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)的科學(xué)，不僅蘊含著(zhù)豐富的物理知識，還包含著(zhù)很多數學(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)習方法是很重要的。
本文主要是根據作者對于大學(xué)物理電磁學(xué)的學(xué)習，進(jìn)而提出一些大學(xué)物理電磁學(xué)的學(xué)習方法。
【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理 電磁學(xué) 學(xué)習方法
一、前言
物理學(xué)是一切自然科學(xué)的基礎，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(gè)重要的分支，在我們的日常生活以及生產(chǎn)活動(dòng)當中，無(wú)處不存在著(zhù)電磁運動(dòng)，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(chǎng)以及有關(guān)電荷、帶電物體的動(dòng)力學(xué)等，在學(xué)習時(shí)不僅要掌握相應的基本概念，還要掌握電磁學(xué)中的一些常見(jiàn)定理，如電場(chǎng)中的高斯定理、磁場(chǎng)中的安培環(huán)路定理等，通過(guò)運用定理，深刻理解現象中的物理意義及規律。
下面將具體分析大學(xué)物理電磁學(xué)的若干學(xué)習方法。
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)現和應用磁現象的國家之一，早在公元前三百年就發(fā)現了磁吸引鐵的現象。
到十九世紀，電流的磁效應、化學(xué)效應、熱效應等相繼被發(fā)現，并且其規律也得到了準確的表述，如歐姆定律、電磁感應現象、楞次定律、麥克斯韋方程組等。
隨著(zhù)電磁學(xué)的發(fā)展，生活中已經(jīng)出現了很多與電磁學(xué)有關(guān)的應用，如指南針、避雷針、電磁爐、電磁起重機、磁懸浮列車(chē)等，并且在人們的日常生活及工作中發(fā)揮著(zhù)重要的作用。
2.大學(xué)電磁學(xué)的常見(jiàn)基本定理
2.1高斯定理
高斯定理也稱(chēng)為高斯公式，主要是表明在閉合曲面內的電荷分布與產(chǎn)生的電場(chǎng)之間的關(guān)系。
靜電場(chǎng)的高斯定理公式為：
d=在該式中，左邊是電場(chǎng)強度的通量，右邊的q代表著(zhù)包圍在封閉曲面內的自由電荷和極化電荷的總和。
定理指出，電場(chǎng)強度對任意封閉曲面的通量與該封閉曲面內電荷的代數和有關(guān)，而與曲面內電荷的分布位置及曲面外的電荷無(wú)關(guān)。
此外，該公式一般用來(lái)求電場(chǎng)強度E，而并非是求電場(chǎng)強度的。
而磁場(chǎng)中的高斯定理公式為：
d=0該公式表明，無(wú)論是穩恒磁場(chǎng)還是時(shí)變磁場(chǎng)，由于磁力線(xiàn)總是閉合曲線(xiàn)，如果將閉合曲面向外設為正方向，那么進(jìn)入曲面的磁通量為負，出來(lái)的磁通量則為正，故通過(guò)其中任何一個(gè)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)路定理是指在穩恒磁場(chǎng)中，磁感應強度B沿任何閉合路徑的線(xiàn)積分，等于這閉合路徑所包圍的各個(gè)電流的代數和乘以磁導率，這一定理反映了穩恒磁場(chǎng)的磁感應線(xiàn)和載流導線(xiàn)的相互套連性。
磁場(chǎng)中的安培環(huán)路定理公式為：
d=?滋I
該式的左邊是磁場(chǎng)強度環(huán)流，常用來(lái)求解磁感應強度B。
由于該式中含有定積分，因此在求解時(shí)會(huì )有一定的困難，但當磁場(chǎng)分布的對稱(chēng)性較高時(shí)，利用該定理求解磁感應強度就會(huì )簡(jiǎn)單很多。
在運用該定理時(shí)，首先我們要選取合適的磁場(chǎng)回路，盡可能的選取各點(diǎn)磁感應強度相等的回路，這樣便能將公式左邊的矢量�c乘積分轉化為標量積分，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(lái)說(shuō)，我們都是從定義開(kāi)始掌握概念，但是僅僅根據定義是不夠的，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(shuō)法行不行?應該注意什么?其次，還要掌握電磁學(xué)的一些基本定律和基本定理，結合定理才能更加深入的了解、掌握概念;最后，實(shí)踐檢驗真知。
我們可以通過(guò)找一些具體的例題或者是問(wèn)題來(lái)鞏固自己對概念及定律、定理的理解和掌握。
2.注意掌握數學(xué)工具的運用和訓練問(wèn)題的分析能力
數學(xué)是物理的基礎，更是研究物理學(xué)的主要工具，因此學(xué)好數學(xué)知識對大學(xué)物理電磁學(xué)的學(xué)習有很大的幫助。
在學(xué)習電磁學(xué)時(shí)，要充分利用所學(xué)的高等數學(xué)的知識去解決物理問(wèn)題，在運用數學(xué)工具時(shí)，要透過(guò)數學(xué)公式看到公式中所要描述的物理知識，而不要被復雜的公式弄懵了，遇到一個(gè)問(wèn)題，不要急著(zhù)去解答，先把重點(diǎn)放在物理模型、圖像上，通過(guò)仔細分析挖掘出模型及圖像蘊含的信息，進(jìn)而用相應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)驗的學(xué)習，實(shí)驗是我們動(dòng)手檢驗真理的最好方法，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(dòng)手去設計物理模型，如在做“用沖擊電流計測螺線(xiàn)管內軸線(xiàn)上磁場(chǎng)的分布”這一實(shí)驗時(shí)，我們需要用到的實(shí)驗器材有墻式?jīng)_擊電流計、螺線(xiàn)管、電阻箱、滑線(xiàn)變阻器、直流安培表等，首先我們應明白該實(shí)驗的實(shí)驗原理――當螺線(xiàn)管通以電流I時(shí)，則螺線(xiàn)管內軸線(xiàn)上任意一點(diǎn)的磁感應強度為：
B=?滋0n0(cos ?茁1-cos?茁2)
公式中的μ0為真空磁導率，n0為單位長(cháng)度線(xiàn)圈的匝數，β1和β2分別為螺線(xiàn)管內軸線(xiàn)上某一點(diǎn)到兩端的張角大小。
根據這個(gè)原理，我們再設計實(shí)驗，準確記錄實(shí)驗數據，然后計算、整理、分析，最后得出結論。
這樣通過(guò)自己動(dòng)手實(shí)驗，不僅能夠加深我們對物理基本概念的理解和基本規律的認識，而且還能有效的提高我們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
3.重視代數量的意義，正確運用代數量
代數量又稱(chēng)為雙向標量，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。
代數量分為狀態(tài)型代數量和取向型代數量?jì)煞N，狀態(tài)型代數量如溫度T，導體電量Q，而取向型代數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)可分為矢量和標量，其中標量又分為算數量和代數量。
矢量的計算比較復雜，因其不僅有大小，還有方向之分。
算數量相對來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，因其只有正值;而代數量有正有負，如電荷、電位差、電通量、電動(dòng)勢等，計算過(guò)程中比較容易出錯。
因此在學(xué)習電磁學(xué)時(shí)，我們必須清楚一些常見(jiàn)代數量的正負及其意義，結合題目具體的信息進(jìn)行分析辨別，從而解決問(wèn)題。
結束語(yǔ)：電磁學(xué)現象在我們的日常生活及工作中隨處可見(jiàn)，學(xué)好電磁學(xué)不僅是專(zhuān)業(yè)知識的需要，也是我們日常生活和工作的需要。
電磁學(xué)是大學(xué)物理的一個(gè)重要內容，學(xué)起來(lái)有一定的難度，我們一定要掌握正確的學(xué)習方法，在基本概念，基本定理、定律上多下功夫，熟練掌握數學(xué)工具的使用，重視各項代數量的含義，鍛煉自己的問(wèn)題分析能力，從而達到事半功倍的學(xué)習效果。
參考文獻：
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大學(xué)物理電磁學(xué)中的方向問(wèn)題【2】
【摘要】在大學(xué)物理電磁學(xué)部分的學(xué)習中，有些物理量除了計算出其大小以外，還要指出其方向。
初學(xué)者由于受中學(xué)階段學(xué)習的影響，進(jìn)入大學(xué)后不習慣用大學(xué)里所學(xué)的方法來(lái)判斷方向，或者是不會(huì )利用某些公式求解物理量的方向，成為他們學(xué)習電磁學(xué)感到困難的原因之一。
【關(guān)鍵詞】電磁學(xué);物理量;判斷方向
大學(xué)物理電磁學(xué)中通常要求到這樣的一些物理量，如庫侖力、電場(chǎng)強度、電勢等，在計算時(shí)要求除了求出這些物理量的大小外，還要指明其方向。
初學(xué)者由于受中學(xué)階段所學(xué)方法的深刻影響，進(jìn)入大學(xué)后很難適應大學(xué)的方法來(lái)判斷這些物理量的方向。
本文就電磁學(xué)學(xué)習中的一些物理量的方向的判斷進(jìn)行了總結。
一、電學(xué)部分物理量的方向的判斷
在大學(xué)物理電學(xué)部分的內容中需要判斷方向的物理量主要有：庫侖力、電場(chǎng)強度、電勢梯度，它們都是矢量，因此在計算這些物理量的大小時(shí)，還需指明其方向。
下面分別介紹如何判斷這幾個(gè)物理量的方向。
1.庫侖力和電場(chǎng)強度方向的判斷
庫侖定律告訴我們，在真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的作用力大小與其電量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比 。
作用力的方向沿著(zhù)兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線(xiàn)方向。
即：
(1)在判斷兩個(gè)點(diǎn)電荷的受力方向時(shí)，首先要確定施力電荷與受力電荷，式中的r0表示由施力電荷指向受力電荷的單位矢量，單位矢量的方向確定后，再進(jìn)行力F的方向的判斷，分兩種情況來(lái)判斷，如圖1所示，圖中矢量r為q1、q2之間的位矢，單位矢量r0的方向就代表位矢r的方向。
力F的方向沿著(zhù)兩個(gè)點(diǎn)電荷q1和q2的連線(xiàn)，設定q1為施力電荷，q2為受力電荷。
當兩點(diǎn)電荷q1、q2極性同號時(shí)，F表現為斥力，其方向與單位矢量r0的方向相同;當兩點(diǎn)電荷q1、q2極性相異時(shí)，F為吸力，其方向與單位矢量r0的方向相反。
圖1 點(diǎn)電荷q1對點(diǎn)電荷q2的作用力
圖2 點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強度的方向
由于電場(chǎng)強度是根據庫侖力來(lái)進(jìn)行定義的，故其方向的判斷與庫侖力類(lèi)似。
判斷點(diǎn)電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)強度的方向，同樣先確定單位矢量r0的方向，這里規定是由場(chǎng)源指向場(chǎng)點(diǎn)(這一點(diǎn)實(shí)際上與庫侖力方向的判斷中r0的規定是一樣的，由電場(chǎng)強度的定義，是在所求點(diǎn)P點(diǎn)放置一單位正點(diǎn)電荷q0，q0在P點(diǎn)所受的力即為該點(diǎn)的電場(chǎng)強度，即r0的方向由施力電荷Q指向受力電荷q0，也就是由場(chǎng)源指向場(chǎng)點(diǎn))，場(chǎng)源指產(chǎn)生電場(chǎng)強度的源，即點(diǎn)電荷或帶電體，場(chǎng)點(diǎn)指所求點(diǎn)。
在判斷時(shí)，先要知道場(chǎng)源電荷的極性，若電荷Q為正電荷，則電場(chǎng)強度的方向沿r0的方向，反之逆著(zhù)r0的方向指向電荷Q。
如圖2所示。
若場(chǎng)源是連續的帶電體，則都以點(diǎn)電荷的場(chǎng)強為基礎，分析場(chǎng)強的方向是一樣的。
先采用微元法將帶電體微分成無(wú)窮小的元，每一個(gè)元看做是點(diǎn)電荷，根據其極性判斷元電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強的方向，在綜合來(lái)看總的方向。
例如，判斷均勻帶電細圓環(huán)軸線(xiàn)上任一點(diǎn)的場(chǎng)強的方向，設其帶電為Q，則，軸線(xiàn)上任一點(diǎn)的場(chǎng)強的方向沿軸線(xiàn)。
2.電勢梯度方向的判斷
根據電場(chǎng)強度與電勢梯度之間的關(guān)系式E=-gradU，可知，靜電場(chǎng)中任意點(diǎn)的電場(chǎng)強度矢量等于該點(diǎn)電勢梯度矢量的負值。
也就是說(shuō)，要判斷電勢梯度的方向，就要先確定電場(chǎng)強度的方向，電勢梯度的方向與電場(chǎng)強度的方向相反。
二、磁學(xué)部分物理量的方向的判斷
磁學(xué)部分需要判斷方向的物理量主要有：磁感應強度(磁場(chǎng)強度)、洛倫茲力、安培力、磁化強度、磁化電流等，這里只介紹常用的幾個(gè)物理量的方向的判斷，即磁感應強度(磁場(chǎng)強度)、洛倫茲力、安培力方向的判斷，這幾個(gè)物理量都是矢量，判斷方向時(shí)均可用右手螺旋法則，尤其是兩個(gè)力的方向的判斷，在中學(xué)階段曾用左手定則來(lái)判斷，這里將全部用右手螺旋法則來(lái)判斷。
1.磁感應強度(磁場(chǎng)強度)的方向判斷
根據畢奧-薩伐爾定律：
電流元產(chǎn)生的磁感應強度的方向即為的方向，該叉積遵循右手螺旋法則，如圖3所示。
即用右手四指從Idl經(jīng)小于1800角轉到r，則伸直的大拇指的指向就是dB的方向。
磁場(chǎng)強度的方向與磁感應強度的方向相同。
圖3 右手螺旋法則判斷dB的方向
圖4 右手螺旋法則判斷洛倫茲力的方向
2.洛倫茲力方向的判斷
根據洛倫茲力公式，洛倫茲力F的方向也有兩個(gè)矢量的叉積決定，因此也可用右手螺旋法則來(lái)判斷。
如圖4所示，若已知正電荷在磁場(chǎng)中的運動(dòng)速度的方向、磁場(chǎng)的方向，則運動(dòng)電荷所受的磁場(chǎng)力(即洛倫茲力)也遵循右手螺旋法則，即右手四指指向速度v的方向，經(jīng)小于1800角轉向B，伸直的大拇指的方向即為正電荷的受力方向，若運動(dòng)電荷極性為負，則受力方向與正電荷的受力方向相反。
因此首先要判斷正電荷的受力方向。
3.安培力方向的判斷
同樣根據安培力的公式，電流元Idl所受力的方向也由來(lái)決定。
如圖5所示。
若已知電流的方向和磁場(chǎng)的方向，則可判斷電流上任一電流元Idl所受的安培力的方向，即右手四指指向電流的方向，經(jīng)小于180o的方向轉向B，伸直的拇指的方向即為安培力的方向。
圖5 右手螺旋法則判斷安培力的方向
圖6 用楞次定律判斷回路內感應電動(dòng)勢的方向
三、電磁感應部分物理量的方向的判斷
電磁感應部分主要判斷感應電動(dòng)勢(或感應電流)這一物理量的方向，判斷感應電動(dòng)勢的方向依據楞次定律，感應電流與感應電動(dòng)勢的方向一致。
下面以磁鐵朝向或逆向載流回路運動(dòng)為例，分四種情況來(lái)進(jìn)行感應電動(dòng)勢判斷。
如圖6所示。
首先規定回路l的繞行方向與回路所圍面積的法向n之間的關(guān)系為右手螺旋關(guān)系如圖6(a)所示。
1.當n與磁場(chǎng)B之間的夾角小于900時(shí)
(1)磁鐵朝向回路運動(dòng)時(shí)，如圖6(b)，回路中的磁場(chǎng)增強，則在回路中產(chǎn)生與原磁場(chǎng)B方向相反的磁場(chǎng)B感，B感的方向與回路中產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢的方向為右手螺旋關(guān)系，因此可以判斷出感應電動(dòng)勢的方向與回路l的繞行方向相反。
(2)磁鐵逆向回路運動(dòng)時(shí)，如圖6(c)，回路中的磁場(chǎng)減弱，則在回路中產(chǎn)生與原磁場(chǎng)B方向相同的磁場(chǎng)B感，B感的方向與回路中產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢的方向為右手螺旋關(guān)系，因此可以判斷出感應電動(dòng)勢的方向與回路l的繞行方向相同。
2.當n與磁場(chǎng)B之間的夾角大于90o時(shí)
(1)磁鐵朝向回路運動(dòng)時(shí)，如圖6(d)，回路中的磁場(chǎng)增強，則在回路中產(chǎn)生與原磁場(chǎng)B方向相反的磁場(chǎng)B感，B感的方向與回路中產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢的方向為右手螺旋關(guān)系，因此可以判斷出感應電動(dòng)勢的方向與回路l的繞行方向相同。
(2)磁鐵逆向回路運動(dòng)時(shí)，如圖6(e)，回路中的磁場(chǎng)增強，則在回路中產(chǎn)生與原磁場(chǎng)B方向相同的磁場(chǎng)B感，B感的方向與回路中產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢的方向為右手螺旋關(guān)系，因此可以判斷出感應電動(dòng)勢的方向與回路l的繞行方向相反。
大學(xué)物理電磁學(xué)教學(xué)的思考與實(shí)踐【3】
摘要：本文從電磁學(xué)課程開(kāi)設的必要性、電磁學(xué)核心物理思想的提出以及電磁學(xué)中的數學(xué)物理分析能力的培養等方面闡述了在新形勢下大學(xué)物理電磁學(xué)教學(xué)中如何突出核心內容實(shí)現教學(xué)目標，并運用于實(shí)踐，取得一定的效果。
關(guān)鍵詞：大學(xué)物理;電磁學(xué);物理思想;物理思維;場(chǎng)
電磁學(xué)教學(xué)一直是大學(xué)物理教學(xué)的重難點(diǎn)，一方面該課程存在知識較抽象難懂，系統性強的特點(diǎn);另一方面課程的新概念多，涉及的數學(xué)物理方法也多。
加之新形勢下大學(xué)物理課程受到的各種沖擊，如課程整合、微課、慕課的開(kāi)展等，電磁學(xué)教學(xué)改革迫在眉睫。
近年來(lái)，結合許多物理教育工作者從電磁學(xué)理論體系、電磁學(xué)數學(xué)物理方法等多方面提出改革方案[1][2][3]，我校的課程團隊也從電磁學(xué)課程開(kāi)設的必要性、電磁學(xué)核心物理思想的提取以及電磁學(xué)中的數學(xué)物理分析能力的培養等方面闡述了在學(xué)時(shí)有限的電磁學(xué)教學(xué)中如何突出核心教學(xué)內容體現教學(xué)目標，并運用于實(shí)踐，取得一定的效果。
一、充分認識大學(xué)物理中電磁學(xué)教學(xué)的必要性和重要性
近年來(lái)，應用型人才的培養目標以壓縮學(xué)時(shí)和整合內容為實(shí)現手段，給新背景下大學(xué)物理教學(xué)提出了新的考驗。
有針對性地分層分類(lèi)教學(xué)已經(jīng)打破了傳統體系的完整性，某些類(lèi)型的大學(xué)物理課程已經(jīng)開(kāi)展了內容的大刪除，電磁學(xué)是某些專(zhuān)業(yè)刪除的對象之一。
電磁學(xué)是研究電和磁相互作用、規律和應用的物理學(xué)分支學(xué)科。
由于知識的膨脹，快餐文化的沖擊，經(jīng)典電磁理論被簡(jiǎn)單地認為是脫離實(shí)際的概念和現象，定理定律以及復雜的微積分運算的總和，基于學(xué)生學(xué)習反饋的“難”字，更是加深了對電磁學(xué)學(xué)習的誤解。
一方面是因為現有教學(xué)與新形勢需求之間的矛盾，另一方面是教學(xué)實(shí)施未能體現電磁學(xué)教學(xué)的核心和本質(zhì)。
無(wú)論是教育者還是被教育者都應該充分認識到大學(xué)物理電磁學(xué)教學(xué)的必要性和重要性。
1.經(jīng)典電磁學(xué)理論的建立過(guò)程確立了電磁學(xué)的重要物理地位。
眾所周知，電磁學(xué)理論的完善和牢固地位的確立經(jīng)歷了漫長(cháng)的歷史時(shí)期。
從早期單獨電現象和磁現象的研究，到18世紀中葉發(fā)現了電力和磁力的平方反比定律，到18世紀末電堆發(fā)明引入的電磁運動(dòng)以及之后電流的磁效應、歐姆定律、安培定律、電磁感應定律的發(fā)現，再到19世紀中期，麥克斯韋建立電磁學(xué)理論，最終確立經(jīng)典電磁理論地位。
麥克斯韋建立的電磁場(chǎng)理論統一描述了各種電磁現象，實(shí)現了經(jīng)典電磁理學(xué)的大綜合，被人們公認為繼牛頓之后學(xué)力學(xué)史上第二個(gè)里程碑式的人物[4]。
電磁學(xué)的學(xué)習承載了更多物理思想和物理思維方法以及創(chuàng )新能力培養的目的，而非僅僅停留在理論學(xué)習的表面。
2.電磁學(xué)中核心物理思想明確了電磁學(xué)學(xué)習的重要性。
從經(jīng)典電磁理論的建立過(guò)程和電磁學(xué)理論框架中不難確立兩大核心物理思想。
第一是“場(chǎng)”理論的建立。
關(guān)于近距作用力和超距作用力的爭論，以法拉第的“場(chǎng)線(xiàn)”和“場(chǎng)”的提出打開(kāi)了另一扇理論分析的窗戶(hù)，從此在人們眼中物理對象不再僅僅是肉眼可見(jiàn)的實(shí)物，還多了一個(gè)看不見(jiàn)摸不著(zhù)無(wú)處不在的場(chǎng)。
通過(guò)電磁學(xué)學(xué)習，建立“場(chǎng)”理論，初步掌握場(chǎng)基本分析方法是電磁學(xué)學(xué)習的目標之一。
第二是電磁統一的物理思想。
人類(lèi)從單獨的電現象和單獨的磁現象開(kāi)始研究，到奧斯特發(fā)現電流的磁效應，引發(fā)法拉第電磁感應現象的發(fā)現，到激發(fā)麥克斯韋經(jīng)過(guò)嚴密的理論推導，提出感生電場(chǎng)和位移電流假設，最后統一了電和磁，建立電磁場(chǎng)方程。
人們眼中原來(lái)兩個(gè)完全不同的物理現象其內涵本質(zhì)卻是一致的，電磁學(xué)理論的建立和學(xué)習充分體現了物理現象下面本質(zhì)的聯(lián)系。
基于自然界四種基本作用力的大統一理論分析也是科學(xué)家們一直探索的方向。
基于電磁學(xué)中出現的兩大核心物理思想[2]，電磁學(xué)的學(xué)習至關(guān)重要。
3.電磁學(xué)中數學(xué)語(yǔ)言的表達必然強化高等數學(xué)基本知識的理解和應用。
電磁場(chǎng)同其他場(chǎng)對象一樣，共同的特點(diǎn)是無(wú)處不在，即彌散性。
且電磁場(chǎng)是矢量場(chǎng)，具有疊加性。
所以分析場(chǎng)特性、相互作用時(shí)必不可少的數學(xué)工具是矢量和微積分。
眾所周知，矢量和微積分是高等數學(xué)中最基本也是最重要的數學(xué)知識，多數大學(xué)生學(xué)完高等數學(xué)后不能深刻地理解數學(xué)語(yǔ)言表達的內涵，數學(xué)課上更加強調定義和運算法則，這就需要在實(shí)際對象研究中體現這些優(yōu)美的數學(xué)語(yǔ)言。
大學(xué)物理力學(xué)部分開(kāi)始接觸簡(jiǎn)單的矢量運算的重點(diǎn)在一維的微積分應用，電磁學(xué)從一維線(xiàn)性向三維空間作了推廣，并且把矢量運算和微積分融合，即矢量微積分運用較多。
比如通量、電勢、安培力求解等，并在這些數學(xué)分析中展現場(chǎng)特有的物理屬性、高斯定理的有源無(wú)源性、環(huán)路定理的有旋無(wú)旋性等。
電磁學(xué)教學(xué)一方面培養學(xué)生的物理思想，還有更重要的一個(gè)方面就是學(xué)會(huì )場(chǎng)理論的數學(xué)描述，并反哺數學(xué)學(xué)習，提升數學(xué)與物理現象的互譯能力。
二、改革大學(xué)物理電磁學(xué)教學(xué)，真正體現電磁學(xué)中的物理思想
1.以“場(chǎng)”為核心，開(kāi)展大學(xué)物理電磁學(xué)教學(xué)。
經(jīng)典電磁學(xué)結構明晰，從靜電學(xué)、靜磁學(xué)到電磁相互作用，最后引出麥克斯韋方程組。
在講授過(guò)程中，一方面延續傳統知識體系的講解順序，一方面不斷強化場(chǎng)分析過(guò)程中的特性和方法[5]，形成了特有的知識體系，強化物理思想，弱化復雜運算。
新知識體系以“場(chǎng)”為中心，從場(chǎng)的彌散性、疊加性出發(fā)來(lái)分析講解場(chǎng)的基本參量，如電場(chǎng)強度等，分析場(chǎng)與介質(zhì)的作用;從場(chǎng)論的散度和旋度出發(fā)，分析講解高斯、環(huán)路定理，以及電、磁相互作用，最后基于高斯和環(huán)路得出麥克斯韋方程組。
2.重視經(jīng)典電磁學(xué)建立過(guò)程，確立電磁場(chǎng)統一理論。
通過(guò)在進(jìn)入電磁學(xué)學(xué)習前，引入電磁學(xué)緒論，重點(diǎn)介紹電磁學(xué)發(fā)展和建立過(guò)程。
麥克斯韋如何在庫侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、湯姆遜、法拉第等人的一系列實(shí)驗成果和發(fā)現的基礎上，以其深邃的洞察力和精湛的數學(xué)知識建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系。
其中奧斯特發(fā)現電流的磁效應，打開(kāi)電磁相互作用的研究，到后來(lái)法拉第的電磁感應，以及麥克斯韋重要的兩個(gè)概念的假設，貫穿于此，讓學(xué)生深刻理解科學(xué)家在電磁統一過(guò)程中的創(chuàng )新思維、大膽假設、科學(xué)實(shí)踐的精神，同時(shí)形成一個(gè)初步的電磁場(chǎng)理論體系。
三、重視大學(xué)物理電磁學(xué)中的物理和數學(xué)互譯能力的培養
1.場(chǎng)的特性和矢量微積分運用。
“場(chǎng)”的彌散性和疊加性決定了場(chǎng)在具體定量分析中的思維方法。
比如，電場(chǎng)強度和磁感應強度的求解。
由于場(chǎng)源的不規則性，將場(chǎng)源先微元化，帶電體微元化為電荷元dq，通電流導線(xiàn)微元化為電流元Idl(矢量)，它們分別產(chǎn)生彌散的電場(chǎng)dE和磁場(chǎng)dB，而每一個(gè)微元產(chǎn)生的無(wú)處不在的場(chǎng)又在同一考察空間位置疊加，故采用積分運算。
再比如磁場(chǎng)對通電流導線(xiàn)的作用，空間形態(tài)的導線(xiàn)在彌散性的磁場(chǎng)當中，由于磁場(chǎng)的不均勻，分析安培力需要對導線(xiàn)先微元化，然后求解該微元導線(xiàn)的微小安培力再積分求和。
諸如此類(lèi)基于彌散性的場(chǎng)作用分析很多，但是給學(xué)生講解時(shí)，在基本作用原理的基礎上還是要以場(chǎng)彌散性特點(diǎn)為背景，更能體現數學(xué)運算的意義。
“彌散性”特點(diǎn)還體現在一些定性分析中。
同學(xué)們經(jīng)常容易被空間一些實(shí)物限制了思維，把一些“場(chǎng)”“擋”在外面，考慮缺失，疊加的時(shí)候對微積分掌握不牢固，加之沒(méi)有充分理解場(chǎng)的“疊加”思想，常常按照例題依葫蘆畫(huà)瓢，沒(méi)有充分理解其思維特點(diǎn)。
再如，在研究導體靜電感應并平衡的案例中，平衡后導體內場(chǎng)強為零而形成的類(lèi)似“屏蔽”的效果，這種由于“疊加”出現的零場(chǎng)值和最初場(chǎng)“彌散性”特點(diǎn)往往引起同學(xué)們的誤會(huì )，這也是對“彌散性”和“疊加性”理解的不足。
因此，在教學(xué)中的各個(gè)環(huán)節我們應反復多次通過(guò)具體知識點(diǎn)的學(xué)習強化“場(chǎng)”的特點(diǎn)。
2.初步建立場(chǎng)理論分析的梯度、散度、旋度的數學(xué)分析方法。
貫穿整個(gè)電磁學(xué)學(xué)習的高斯定理(散度)和環(huán)路定理(旋度)揭示了電磁場(chǎng)的更多時(shí)空特性。
靜電場(chǎng)的有源無(wú)旋性，穩恒磁場(chǎng)的無(wú)源有旋性都通過(guò)高斯定理和環(huán)路定理得到了體現，加入變化磁場(chǎng)和變化電場(chǎng)(時(shí)變場(chǎng))的影響，最后的麥克斯韋方程組用簡(jiǎn)潔的數學(xué)語(yǔ)言確立了電磁學(xué)統一理論，實(shí)現了人類(lèi)對自然界的又一次綜合[8]。
教學(xué)中，在完成麥克斯韋方程學(xué)習后，作為“場(chǎng)”對象的研究，設計了對散度、旋度、梯度三個(gè)場(chǎng)理論研究中的基本物理量的簡(jiǎn)單闡述。
對比介紹其他如流體場(chǎng)、溫度場(chǎng)、引力場(chǎng)等類(lèi)似場(chǎng)研究的共通性，明確作為彌散存在的場(chǎng)在研究上類(lèi)似的一些思維分析方法。
以電磁場(chǎng)作為載體，讓學(xué)生了解場(chǎng)物質(zhì)研究的基本物理思想和方法，而不僅僅停留在高斯定理和環(huán)路定理以及相關(guān)案例解決的表面，缺乏知識的高度，無(wú)法實(shí)現教學(xué)目標。
四、小結
新形勢下的大學(xué)物理電磁學(xué)教學(xué)任務(wù)艱巨，但是電磁學(xué)特有的物理屬性和物理思維方式，是開(kāi)啟“場(chǎng)”學(xué)習的大門(mén)，如何依托電磁學(xué)學(xué)習培養學(xué)生能力是物理教育工作者需進(jìn)一步研究的課題，希望通過(guò)我們的思考和實(shí)踐能提供一個(gè)參考，共同促進(jìn)大學(xué)物理電磁學(xué)教學(xué)。
參考文獻：
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