電磁學(xué)教學(xué)中的類(lèi)比法應用

　　電磁學(xué)教學(xué)中的類(lèi)比法應用【1】

　　摘要：在《大學(xué)物理》教學(xué)中，學(xué)生在學(xué)習電磁學(xué)章節時(shí)常常會(huì )把“電場(chǎng)”和“磁場(chǎng)”混淆，針對此問(wèn)題，介紹了用類(lèi)比法學(xué)習電磁學(xué)，使學(xué)生能輕松愉快地學(xué)習掌握相關(guān)知識點(diǎn)及其運用，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習物理興趣，使教學(xué)效果達到最佳。

　　關(guān)鍵詞：靜電場(chǎng);穩恒磁場(chǎng);相似性;類(lèi)比;學(xué)習

　　《大學(xué)物理》是理工科大學(xué)生必修的公共基礎課，學(xué)生在學(xué)習靜電場(chǎng)和穩恒磁場(chǎng)時(shí)，由于教學(xué)內容較抽象;概念、公式多而模糊不清;定理定律易混淆;計算復雜，學(xué)生學(xué)習起來(lái)遇到很多困難。

　　“授人以魚(yú)不如授人以漁”，所以傳授學(xué)生學(xué)習方法就顯得更為重要。

　　而靜電場(chǎng)和穩恒磁場(chǎng)在場(chǎng)的物質(zhì)性、定量描述、對外表現以及反映場(chǎng)性質(zhì)的基本定理、能量各方面均具有驚人的相似性，因此可利用此相似性在學(xué)習靜電場(chǎng)的基礎上學(xué)習穩恒磁場(chǎng)，對照學(xué)習靜電場(chǎng)的方法和規律進(jìn)行學(xué)習磁場(chǎng)，對其相關(guān)的概念、公式定理、定律找出其相似點(diǎn)進(jìn)行類(lèi)比，觸類(lèi)旁通，使學(xué)生在區別中鑒別，在聯(lián)系中掌握物理概念的內涵和物理本質(zhì)。

　　一、運用類(lèi)比法學(xué)習穩恒磁場(chǎng)

　　穩恒磁場(chǎng)和靜電場(chǎng)雖然是性質(zhì)不同的兩種場(chǎng)，但它們具有很強的相似性。

　　磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣，它們均是看不見(jiàn)摸不著(zhù)而又確確實(shí)實(shí)客觀(guān)存在的特殊形態(tài)的物質(zhì)。

　　1.靜電場(chǎng)和磁場(chǎng)概念的類(lèi)比

　　靜電場(chǎng)：相對于觀(guān)察者靜止的帶電體周?chē)�存在的�?chǎng)，稱(chēng)為靜電場(chǎng)。

　　磁場(chǎng)：運動(dòng)電荷周?chē)�空間存在著(zhù)看不見(jiàn)摸不著(zhù)的物質(zhì)，即磁場(chǎng)。

　　電場(chǎng)和磁場(chǎng)都是電荷(或運動(dòng)電荷)周?chē)�存在的特殊形態(tài)的物質(zhì)。

　　2.電場(chǎng)強度與磁感應強度的類(lèi)比

　　電場(chǎng)強度和磁感應強度有很多相似點(diǎn)，在學(xué)習磁感應強度時(shí)可參照學(xué)習電場(chǎng)強度的方法來(lái)進(jìn)行學(xué)習，類(lèi)比學(xué)習之后還可列表比較，如表一：

　　通過(guò)列表類(lèi)比，把電場(chǎng)強度和磁感應強度的相似點(diǎn)直觀(guān)的呈現出來(lái)，學(xué)生一目了然，便于理解和記憶。

　　3.電場(chǎng)線(xiàn)和磁感應線(xiàn)的類(lèi)比

　　(1)從概念上類(lèi)比

　　電場(chǎng)和磁場(chǎng)均是比較抽象的特殊物質(zhì)。

　　為形象的反映電場(chǎng)而引入了電場(chǎng)線(xiàn)，化抽象為具體，形象直觀(guān)的反映電場(chǎng)。

　　電場(chǎng)線(xiàn)：在電場(chǎng)中畫(huà)出一系列假想的曲線(xiàn)，稱(chēng)為電場(chǎng)線(xiàn)(電力線(xiàn))，它的疏密反映了場(chǎng)強的強弱，電場(chǎng)線(xiàn)上任一點(diǎn)的切線(xiàn)方向與該點(diǎn)場(chǎng)強方向一致。

　　磁感應線(xiàn)：磁場(chǎng)也可以像描述電場(chǎng)那樣，借助于磁感線(xiàn)來(lái)描述磁場(chǎng)，從而形象的引入磁感應線(xiàn)(磁力線(xiàn))，它的疏密反映磁感應強度的強弱，磁感應線(xiàn)上任一點(diǎn)的切線(xiàn)方向代表該點(diǎn)的磁感應強度的方向。

　　類(lèi)比學(xué)習既掌握了新知識又鞏固了舊知識。

　　(2)在性質(zhì)上類(lèi)比

　　電場(chǎng)線(xiàn)：a、電力線(xiàn)起始于正電荷(或無(wú)限遠)，終止于負電荷(或無(wú)限遠)，有頭有尾，不形成閉合曲線(xiàn)，不會(huì )在沒(méi)有電荷的地方中斷，電場(chǎng)是有源場(chǎng);b、任意兩條電場(chǎng)線(xiàn)不相交。

　　磁感應線(xiàn)：a、磁力線(xiàn)從N極出，終止于S極，且通過(guò)磁鐵內部又回到N極，構成一閉合回線(xiàn)，即磁場(chǎng)是渦旋場(chǎng);b、任意兩條磁感應線(xiàn)不相交。

　　4.電通量和磁通量的類(lèi)比

　　電通量 ：通過(guò)電場(chǎng)中某一個(gè)面的電力線(xiàn)條數稱(chēng)為該曲面的電通量，又稱(chēng) 通量，且規定“穿出為正，穿入為負”。

　　磁通量 ：通過(guò)磁場(chǎng)中任一曲面的磁感應線(xiàn)(或 線(xiàn))條數稱(chēng)為該曲面的磁通量，簡(jiǎn)稱(chēng) 通量，方向和電通量一樣，即“穿出為正，穿入為負”。

　　通過(guò)類(lèi)比，在區別中鑒別，使學(xué)生對新舊知識得以很好的理解掌握。

　　二、場(chǎng)方程(高斯定理和環(huán)路定理)

　　電磁學(xué)中的兩場(chǎng)方程即高斯定理和環(huán)路定理是電磁學(xué)中較為重要的定理，這兩定理始終貫穿在靜電場(chǎng)和穩恒磁場(chǎng)中，反映了場(chǎng)的基本性質(zhì)。

　　1.高斯定理和環(huán)路定理的基本公式

　　靜電場(chǎng)和穩恒磁場(chǎng)中的高斯定理和環(huán)路定理，它們互為對稱(chēng)。

　　學(xué)習磁場(chǎng)中高斯定理和環(huán)路定理可類(lèi)比于靜電場(chǎng)中的高斯定理和環(huán)路定理的推導與討論，之后可列表類(lèi)比總結，如表二。

　　公式表格化便于學(xué)生的理解掌握，在真空中如此，在介質(zhì)中也如此，也可列表進(jìn)行系統化的比較。

　　2.對電場(chǎng)中的高斯定理和磁場(chǎng)中環(huán)路定理的理解

　　針對這些相似點(diǎn)逐一給學(xué)生進(jìn)行分析講解，類(lèi)比學(xué)習，讓學(xué)生在區別與聯(lián)系中掌握其物理本質(zhì)。

　　3.電場(chǎng)中的高斯定理和磁場(chǎng)中環(huán)路定理的運用

　　在求電場(chǎng)中場(chǎng)強的分布時(shí)，當電場(chǎng)具有某種對稱(chēng)性(球對稱(chēng)或軸對稱(chēng)等)時(shí)，可利用高斯定理來(lái)求解，即先分析其對稱(chēng)性作出適當的高斯面，從而利用高斯定理進(jìn)行求解，即可求出場(chǎng)強 的分布;同理在穩恒磁場(chǎng)中求磁感應強度的分布時(shí)，當磁場(chǎng)具有某種對稱(chēng)性時(shí)，可利用磁場(chǎng)中的環(huán)路定理來(lái)進(jìn)行求解，即可求出磁感應強度 的分布。

　　以下面兩例題來(lái)證明此相似性的運用。

　　例1：求均勻帶電球體的電場(chǎng)強度的分布。

　　已知q，R

　　解： 先分析電場(chǎng)的對稱(chēng)性，由于電荷球形均勻分布，其電場(chǎng)線(xiàn)必由球心向外輻射，故以O為球心的各同心球面上場(chǎng)強大小相等，方向垂直球面向外。

　　以任一同心球面作為高斯面r，電場(chǎng)強度處處與球面垂直且大小相等。

　　例2：求無(wú)限長(cháng)圓柱載流導體的磁場(chǎng)分布(電流均勻流過(guò)導體橫截面)。

　　解：設圓柱半徑為R，電流為 均勻流過(guò)導體橫截面，電流分布具有軸對稱(chēng)，因此圓柱體內外空間中的磁感應強度也具有軸對稱(chēng)，磁感應線(xiàn)是以軸線(xiàn)為中心的一系列同心圓。

　　可用磁場(chǎng)中的安培環(huán)路定理來(lái)進(jìn)行求解。

　　已知： 、R;電流沿軸向，在截面上均勻分布;電流分布―--軸對稱(chēng);磁場(chǎng)分布―---軸對稱(chēng);作積分環(huán)路r并計算環(huán)流

　　從這兩例題解題過(guò)程看出：不管是求靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)分布還是求穩恒磁場(chǎng)中磁感應強度的分布，均要分析其對稱(chēng)性，作出相應的高斯面或積分環(huán)路，再利用相應的公式來(lái)進(jìn)行求解。

　　其實(shí)在靜電場(chǎng)和穩恒磁場(chǎng)章節中，還有很多物理量都具有上述的類(lèi)比性。

　　如：點(diǎn)電荷對應電流元;電介質(zhì)對應于磁介質(zhì);電極化強度對應于磁化強度;電能與磁能對應等均存在著(zhù)驚人的相似性，在教學(xué)中可以充分地利用類(lèi)比法來(lái)加以講授，仔細辨析其中概念的內涵、公式的推到、習題的計算過(guò)程的同異之處，使學(xué)生很好的掌握其學(xué)習技巧，學(xué)習起來(lái)將會(huì )省時(shí)省力，事半功倍，熟練把握好所學(xué)的知識點(diǎn)并能靈活的加以運用。

　　參考文獻：

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　　[4]程守洙.《普通物理學(xué)》[M].高等教育出版社.1982年修訂本

　　類(lèi)比法在高中物理電磁學(xué)復習中的應用【2】

　　【關(guān)鍵詞】類(lèi)比法 高中物理 電磁學(xué)復習

　　引言

　　類(lèi)比法是中學(xué)物理中最具探索性和最富有創(chuàng )造性的一種思維方法，在科學(xué)探索中，類(lèi)比法的價(jià)值為世界上許多科學(xué)家所稱(chēng)道。

　　開(kāi)普勒說(shuō)：“我珍視類(lèi)比勝于任何別的東西，它是我最可信賴(lài)的老師，它能揭示自然界的秘密。”運用物理類(lèi)比思維可以把陌生的對象和熟悉的對象進(jìn)行對比，把未知的東西和已知的東西相對比，把抽象的東西和形象的東西進(jìn)行類(lèi)比，它可以使知識條理化，把抽象的知識形象化，把復雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。

　　一、類(lèi)比思維的意義

　　類(lèi)比思維主要是在日常的學(xué)習過(guò)程中，使用類(lèi)比推理的邏輯思維方式，經(jīng)過(guò)抽象的方式解釋新學(xué)習的事物，在學(xué)習的過(guò)程可以使用這種方式舉一反三，有效的學(xué)習一件事物的本質(zhì)，同時(shí)，可以經(jīng)過(guò)對比彼此之間的關(guān)鍵性，分析出未知事物的性質(zhì)。

　　在采用這種方式進(jìn)行學(xué)習的時(shí)候，必須要聯(lián)系已經(jīng)學(xué)習的事物，通過(guò)類(lèi)比法對未知的事物進(jìn)行判斷。

　　類(lèi)比思維具有一定的創(chuàng )造性，需要一定的創(chuàng )新能力作為支撐。

　　類(lèi)比法是一種抽象的思考方式，它需要采用抽象的方式將具體化的事物形象的表示出來(lái)，將兩個(gè)看似沒(méi)有任何關(guān)系的事物聯(lián)系在一起，尋找兩個(gè)事物的相似處，以便于探索未知的領(lǐng)域。

　　二、類(lèi)比復習教學(xué)存在的不足與注意事項

　　在采用類(lèi)比的方式進(jìn)行學(xué)習的過(guò)程中，存在一定的問(wèn)題，大部分的學(xué)者對其進(jìn)行了分析。

　　例如天津市教育科學(xué)院的曹瑞，他在研究類(lèi)比學(xué)習法的過(guò)程中發(fā)現，類(lèi)比法具有一定的高效性，但也存在一定的問(wèn)題。

　　曹瑞將其研究寫(xiě)進(jìn)《類(lèi)比教學(xué)法的初探》中，其中指出在采用類(lèi)比法進(jìn)行學(xué)習的過(guò)程中，應該注意以下三點(diǎn)：

　　(1)學(xué)習的過(guò)程中，類(lèi)比法的使用要適當;(2)教學(xué)過(guò)程中使用類(lèi)比法要先考慮好學(xué)生的年齡;(3)類(lèi)比教學(xué)的次數要適量。

　　蘭州大學(xué)的王萍碩士曾在其學(xué)術(shù)論文《類(lèi)比思維在化學(xué)教學(xué)中的應用》中對教學(xué)中使用類(lèi)比法的注意事項進(jìn)行了分析：(1)類(lèi)比思維具有一定的或然性。

　　在前面的文章中已經(jīng)提到類(lèi)比法的教學(xué)方式存在一定的或然性，類(lèi)比之后的結果不一定具有科學(xué)性，產(chǎn)生或然性的主要原因是因為類(lèi)比的兩個(gè)事物不僅具有一定的相關(guān)性，還具有一定的差異性，所以，在使用類(lèi)比法進(jìn)行學(xué)習的過(guò)程中，還應該注意兩個(gè)事物之間的差異性;(2)類(lèi)比法具有多樣性。

　　類(lèi)比法在一定程度上具有極強的創(chuàng )造性，在學(xué)習同一個(gè)知識點(diǎn)的時(shí)候，可以建立多個(gè)類(lèi)比關(guān)系，為此，在學(xué)習的過(guò)程中，不僅需要使用類(lèi)比法對書(shū)本的事物進(jìn)行分析，還需要對教材以外的知識點(diǎn)進(jìn)行類(lèi)比學(xué)習;(3)在使用類(lèi)比法進(jìn)行學(xué)習的時(shí)候，類(lèi)比法具有一定的適用性;(4)學(xué)習類(lèi)比法的時(shí)候需要一定的主動(dòng)性。

　　類(lèi)比法是一種具有科學(xué)性的學(xué)習方式，在使用類(lèi)比法進(jìn)行學(xué)習的過(guò)程中，不僅可以建立完善的知識結構體系，還可以加深多已�學(xué)習到知識的印象，可以有效地提升學(xué)習的效率。

　　三、高中物理電碰學(xué)知識內容及特點(diǎn)

　　人教版高中物理教材的電感學(xué)部分由《靜電場(chǎng)》、《恒定電流》、《磁場(chǎng)》和《電溢感應》四章內容組成。

　　我們在進(jìn)行電磁學(xué)內容的學(xué)習之前，所學(xué)習的直線(xiàn)運動(dòng)、受力分析、曲線(xiàn)運動(dòng)以及功和能都是在宏觀(guān)物理世界下進(jìn)行的，《靜電場(chǎng)》章節以介紹電荷及其守恒定律作為開(kāi)端，將同學(xué)們帶入微觀(guān)物理世界。

　　在認識電荷之后，《靜電場(chǎng)》章節接下來(lái)便是對庫侖定律和電場(chǎng)強度這兩個(gè)非常重要的內容的學(xué)習。

　　同學(xué)們在以往的初中階段學(xué)習關(guān)于電學(xué)的內容都是比較宏觀(guān)的認知，接觸微觀(guān)電學(xué)的知識剛開(kāi)始會(huì )讓學(xué)生覺(jué)得比較難以接受，尤其是完全看不見(jiàn)摸不著(zhù)的電場(chǎng)疆度這個(gè)概念更是讓學(xué)生感覺(jué)到困難。

　　之后對于電勢、電勢能、電勢差以及電勢差與電場(chǎng)力度關(guān)系的學(xué)習就更讓學(xué)生感覺(jué)到混亂了，很多同學(xué)學(xué)習了這部分知識就只是單單記住了概念和公式，并不能真正理解各個(gè)概念以及概念之間的關(guān)系。

　　《靜電場(chǎng)》章節接下來(lái)的內容則是關(guān)于靜電場(chǎng)中的一些現象的理解，包括靜電現象的應用和電容器，以及帶電粒子在電場(chǎng)中的運動(dòng)，其中帶電粒子在電場(chǎng)中巧運動(dòng)是整個(gè)《靜電場(chǎng)》章節最重要的內容，在以往的復習中也了解到高考物理中每年都會(huì )對這個(gè)知識進(jìn)行考察。

　　四、應用

　　1.概念和物理量的類(lèi)比

　　(1)靜止電荷之間的相互作用使經(jīng)過(guò)電場(chǎng)來(lái)實(shí)現的。

　　在日常生活中，電場(chǎng)既看不見(jiàn)又摸不到，但是電場(chǎng)是真實(shí)存在的，并對處在電場(chǎng)中的電荷q具有一定的影響，為了了解電場(chǎng)的強弱，可以使用計算電場(chǎng)強度的公式E= ，公式中E表示電場(chǎng)的強度，主要與電場(chǎng)原、電場(chǎng)的位置以及電場(chǎng)周?chē)�的環(huán)境有關(guān)，與測試的電荷q沒(méi)有直接的關(guān)系。

　　同樣，磁極之間、電流之間也是通過(guò)一種介質(zhì)來(lái)相互影響的，這種介質(zhì)就是磁場(chǎng)。

　　磁場(chǎng)與電場(chǎng)一樣看不見(jiàn)摸不到，但是對于處在磁場(chǎng)的電荷q有著(zhù)較強的影響，為了了解磁場(chǎng)的強弱，我們使用B表示磁場(chǎng)的強弱，可以使用計算電場(chǎng)強度的公式B= ，主要的方向為探測電荷的零力線(xiàn)方向。

　　經(jīng)過(guò)實(shí)驗發(fā)現，磁場(chǎng)的強弱B與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流、磁場(chǎng)的位置、磁場(chǎng)周?chē)�的環(huán)境有關(guān)，與實(shí)驗的電q以及電荷的運動(dòng)速度v沒(méi)有關(guān)系。

　　這就可以表明電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間的概念具有一定的相關(guān)性。

　　(2)電場(chǎng)線(xiàn)并不是真實(shí)存在的，為了可以有效地了解、描述電場(chǎng)，引入了電場(chǎng)線(xiàn)，電場(chǎng)線(xiàn)的疏密程度真是的反應了電場(chǎng)的強弱，電場(chǎng)線(xiàn)某一點(diǎn)的切線(xiàn)方向就是電場(chǎng)線(xiàn)的方向，同樣，為了更好地表示磁場(chǎng)的強弱也引入了磁感線(xiàn)，磁感線(xiàn)的疏密程度真是的反應了磁場(chǎng)的強弱，磁感線(xiàn)某一點(diǎn)的切線(xiàn)方向就是這個(gè)點(diǎn)磁場(chǎng)的方向。

　　電場(chǎng)、磁場(chǎng)中有很多物理量都可以使用類(lèi)比的方式進(jìn)行學(xué)習。

　　比如，點(diǎn)電荷對應電流元、介電常數對應磁介常熟、電場(chǎng)的強弱情況對應磁場(chǎng)的強弱情況、電場(chǎng)強度通量對應磁場(chǎng)通量、電偶極子對應分子電流、分子電偶對應分子磁矩、電介質(zhì)對應磁介質(zhì)、電極化強度對應磁化強度、電場(chǎng)電位的移動(dòng)對應磁場(chǎng)強度、等等。

　　2.位移電流和傳導電流的類(lèi)比

　　位移電流Id是麥克斯韋在了解電容器中電流的連續性而提出的，位移電流本質(zhì)就是電場(chǎng)發(fā)生變化引起的，并不是因為電荷的運動(dòng)而產(chǎn)生的。

　　變化的電場(chǎng)在其周邊的空間中會(huì )激發(fā)磁場(chǎng)，這種磁場(chǎng)與傳導電流的Ic周?chē)�激發(fā)的磁場(chǎng)相似，所以，就這個(gè)方面來(lái)看，變化的電場(chǎng)就相當是電流的作用――位移電流，為此，傳導電流與位移電都是產(chǎn)生磁場(chǎng)的主要原因，與其相對應的 Maxwell 方程就應是 。

　　兩者之間不同的地方就是傳導電流是由運動(dòng)的電荷所產(chǎn)生的的，而位移電流則是由變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的，所以，在學(xué)習的過(guò)程中，可以將位移電流這一抽象的知識點(diǎn)與已經(jīng)學(xué)習的傳導電流使用類(lèi)比法的方式學(xué)習，這樣有利于掌握兩者的物力本質(zhì)，同時(shí)也便于掌握兩者之間的區別。

　　3.電磁場(chǎng)邊值關(guān)系的類(lèi)比

　　在上述內容之中，我們提到了Maxwell方程組中的電場(chǎng)與磁場(chǎng)公式具有一定的對稱(chēng)性，通過(guò)這樣的相似性，可以將兩者相應的積分形式應用到介質(zhì)的分界面中，可以有效地得到電磁場(chǎng)之間的關(guān)聯(lián)性。

　　所以，在學(xué)習的過(guò)程中，可以使用類(lèi)比的方法獲得電磁場(chǎng)的邊值關(guān)系，更好的利用邊值關(guān)系進(jìn)行解題。

　　首先，將Maxwell方程組電場(chǎng)與磁場(chǎng)封閉曲面通量的兩個(gè)公式應用到介質(zhì)分界面中，可以得到電磁場(chǎng)法相分量的邊值關(guān)系 。

　　電位移矢量D的法向分量在分界面的兩側不具有連續性，這一躍變的物理主要是由于界面上存在的面電荷分布形成的，如果不存在面電荷分布那么分界面的兩側就具有連續性，同樣的，磁感應強度B的法向分量具有連續性。

　　其次，因為電磁場(chǎng)環(huán)流定理在分界面上的應用可以有效地獲得電磁場(chǎng)切向分量的邊值聯(lián)系 。

　　電場(chǎng)強度E的切向分量具有連續性，磁場(chǎng)的強度H切向分量在分界面的兩側不具有連續性，當分界面上出現�流的時(shí)候，就會(huì )導致磁場(chǎng)強度的切向分量不具有連續性，與其相對應的，如果不存在電路那么磁場(chǎng)強度的切向分量連續。

　　4.公式的類(lèi)比

　　兩個(gè)結果在形式上具有一定的對應性。

　　類(lèi)似的案例還有很多，在這里就不都列舉出來(lái)了。

　　總之，在使用概念與公式進(jìn)行類(lèi)比的時(shí)候，我們可以發(fā)現電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間存在共同點(diǎn)，如果將磁場(chǎng)與電場(chǎng)的物理量進(jìn)行對應分析的時(shí)候，那么相應的公式也具有相似我的數學(xué)形式。

　　所以，在電場(chǎng)與磁場(chǎng)學(xué)習的過(guò)程中，需要加強兩者物理量上的對應分析，全面的了解電場(chǎng)、磁場(chǎng)物理量之間的聯(lián)系性，更好的運用類(lèi)比法進(jìn)行學(xué)習，熟練的掌握兩者的概念以及公式。

　　結束語(yǔ)

　　通過(guò)上述分析可以發(fā)現，電場(chǎng)、磁場(chǎng)兩部分內容具有一定的關(guān)聯(lián)性，并且從知識點(diǎn)以及數學(xué)公式分析的過(guò)程中，發(fā)現兩者都具有較強的對稱(chēng)性。

　　所以，在進(jìn)行電磁場(chǎng)學(xué)習的過(guò)程中，可以適當的使用類(lèi)比法對電磁場(chǎng)的概念、公式、物理量、兩者的規律進(jìn)行學(xué)習，這樣更容易掌握兩者的概念、公式的運用，有效地解決學(xué)習中出現的各種問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習欲望。

　　【參考文獻】

　　[1] 張平偉. 關(guān)于高斯定理的一個(gè)疑問(wèn)[J]. 安慶師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，18(2).

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　　[3] 溫耐、王偉鋒. 類(lèi)比法在電磁學(xué)教學(xué)中的運用[J]. 物理通報，2013(6).

　　類(lèi)比法在大學(xué)物理電磁學(xué)教學(xué)中的運用【3】

　　摘要：在大學(xué)物理電磁學(xué)部分的學(xué)習中，由于公式眾多，內容繁雜，從而引發(fā)教學(xué)對象在學(xué)習過(guò)程中的諸多困惑。

　　所以我們必須對電磁學(xué)教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)，將類(lèi)比法引入到教學(xué)的實(shí)踐過(guò)程中，把靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)中的基本規律、基本物理量以及一些重要的計算結果進(jìn)行類(lèi)比，從而增��記憶，促進(jìn)理解，對提升教學(xué)效果起到了一個(gè)事半功倍的作用。

　　關(guān)鍵詞：電磁學(xué);類(lèi)比法;教學(xué)效果

　　一、引言

　　物理學(xué)作為自然科學(xué)的帶頭學(xué)科，是當代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最重要基礎，而大學(xué)物理課程又是國內高校理工科專(zhuān)業(yè)的基礎必修課程。

　　它所闡明的物理學(xué)知識、基本概念、定理規律和研究方法，不僅是學(xué)生繼續學(xué)習專(zhuān)業(yè)課程和其他科學(xué)技術(shù)的基礎，也是培養和提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)思維方法和科技創(chuàng )新能力的重要途徑。

　　湖北大學(xué)的“大學(xué)物理”課程作為一門(mén)公共基礎課程，面向全校理工科專(zhuān)業(yè)大學(xué)一年級的學(xué)生，目前采用的是馬文蔚主編的《物理學(xué)》(第六版)教材，其中包含了力學(xué)、電磁學(xué)、振動(dòng)和波、光學(xué)、熱學(xué)和近代物理學(xué)這六大板塊。

　　其中電磁學(xué)板塊學(xué)習難度相對較大，往往會(huì )給初學(xué)者帶來(lái)許多困惑，所以如何通過(guò)適當的教學(xué)方法運用來(lái)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習，提升教學(xué)效果，也是我在這篇文章中所要闡述的主題。

　　二、大學(xué)物理電磁學(xué)教學(xué)的概況

　　1.大學(xué)物理電磁學(xué)的知識特點(diǎn)：在馬文蔚《物理學(xué)》(第六版)的教材中，電磁學(xué)部分的內容涉及到第五章《靜電場(chǎng)》，第六章《靜電場(chǎng)中的導體和電介質(zhì)》，第七章《恒定磁場(chǎng)》和第八章《電磁感應和電磁場(chǎng)》，公式眾多，內容繁雜，是本教材中難度較大的一個(gè)部分。

　　之前學(xué)生在高中物理的課堂上學(xué)習電磁學(xué)，將主要的研究對象設置為帶電粒子和載流導線(xiàn)，研究的重點(diǎn)也放在了它們的受力和運動(dòng)上，所以這更像是牛頓力學(xué)在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的一種體現而已，即電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的力學(xué)。

　　而大學(xué)物理學(xué)習電磁學(xué)，研究對象則從電荷和電流變成了由它們所產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，但是場(chǎng)作為一種物質(zhì)，卻與我們之前研究的實(shí)物有著(zhù)很大的不同：首先，實(shí)物集中在有限范圍內具有集中性，而場(chǎng)分布范圍廣泛具有分散性;第二，對場(chǎng)的描述需要逐點(diǎn)進(jìn)行，不能像實(shí)物那樣只需作整體描述。

　　所以研究對象的變化自然也帶來(lái)了研究方法的變化，描述場(chǎng)中各點(diǎn)性質(zhì)的基本物理量也就成為了我們討論的重點(diǎn)，所以才利用庫侖定律和電場(chǎng)強度疊加原理來(lái)計算電場(chǎng)強度，利用電場(chǎng)強度的路徑積分或電勢疊加原理來(lái)計算電勢，再利用畢奧-薩伐爾定律和磁感強度疊加原理來(lái)計算磁感強度。

　　而從靜電場(chǎng)中的高斯定理和環(huán)路定理到磁場(chǎng)中的高斯定理和安培環(huán)路定理，對場(chǎng)的內在物理性質(zhì)的分析也就成為了這兩章的核心內容。

　　2.教學(xué)對象所面臨的困惑：在對電磁學(xué)各基本物理量的計算和對各基本定理的推導及應用中，都要涉及到大量的高等數學(xué)微積分知識，于是這也讓其教學(xué)對象――大學(xué)一年級的理工科學(xué)生產(chǎn)生了許多困惑。

　　他們往往會(huì )在諸如電場(chǎng)強度疊加原理的積分公式、畢奧-薩伐爾定律的矢量公式、高斯定理的曲面積分公式和環(huán)路定理的環(huán)路積分公式等復雜公式面前迷失了前進(jìn)的方向，在滿(mǎn)PPT屏幕或滿(mǎn)黑板的公式推導和積分運算中喪失了學(xué)習的興趣，或錯誤地把大學(xué)物理當成又一門(mén)高等數學(xué)課，認為只要會(huì )計算微積分就能學(xué)好電磁學(xué)的知識，或沮喪地覺(jué)得自己高等數學(xué)沒(méi)有學(xué)好，因此大學(xué)物理也很難學(xué)的明白透徹。

　　所以為了消除教學(xué)對象所存在的這些困惑，我們必須引入一些電磁學(xué)學(xué)習的基本方法，如微元法、補償法、對稱(chēng)性分析法，以及接下來(lái)我們所要介紹的類(lèi)比法。

　　三、類(lèi)比法在電磁學(xué)教學(xué)中的應用

　　1.類(lèi)比法的介紹：類(lèi)比法(Method of analogy)也叫“比較類(lèi)推法”，是指由一類(lèi)事物所具有的某種屬性，可以推測與其類(lèi)似的事物也應具有這種屬性的推理方法。

　　類(lèi)比對象間共有的屬性越多，則類(lèi)比結論的可靠性越大。

　　這是運用類(lèi)比推理形式進(jìn)行論證的一種方法，與其他思維方法相比，類(lèi)比法屬平行式思維的方法。

　　無(wú)論哪種類(lèi)比都應該是在同層次之間進(jìn)行。

　　亞里士多德在《前分析篇》中指出：“類(lèi)推所表示的不是部分對整體的關(guān)系，也不是整體對部分的關(guān)系。”類(lèi)比法的特點(diǎn)是“先比后推”。

　　“比”是類(lèi)比的基礎，既要“比”共同點(diǎn)也要“比”不同點(diǎn)。

　　對象之間的共同點(diǎn)是類(lèi)比法是否能夠施行的前提條件，沒(méi)有共同點(diǎn)的對象之間是無(wú)法進(jìn)行類(lèi)比推理的。

　　類(lèi)比法的作用是“由此及彼”。

　　如果把“此”看作是前提，“彼”看作是結論，那么類(lèi)比思維的過(guò)程就是一個(gè)推理過(guò)程。

　　按照思維方向分類(lèi)，類(lèi)比又可分為單向類(lèi)比、雙向類(lèi)比和多向類(lèi)比，而我們在大學(xué)物理電磁學(xué)教學(xué)中采用的正是雙向類(lèi)比，將靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)這兩部分內容作為類(lèi)比的對象。

　　2.利用類(lèi)比法來(lái)學(xué)習靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)：在靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)的學(xué)習中，我們發(fā)現許多物理量遵循著(zhù)相類(lèi)似的規律，表現為描述此類(lèi)規律的方程式有著(zhù)相同的形式，例如電場(chǎng)強度與磁感強度，電位移矢量與磁場(chǎng)強度矢量，電偶極子與磁偶極子，電場(chǎng)強度通量與磁通量等。

　　它們盡管物理本質(zhì)不同，但是所遵循的規律形式相類(lèi)似。

　　在分析此類(lèi)物理問(wèn)題時(shí)便可借助類(lèi)比的方法，通過(guò)其中一個(gè)已知物理量的規律去推測相應的另外一個(gè)物理量的規律，可以將學(xué)生從枯燥的數學(xué)推導中解脫出來(lái)，將更多的注意力放在物理概念本身的內涵上。

　　比如在學(xué)習磁感線(xiàn)的時(shí)候，我們便可以將其與電場(chǎng)線(xiàn)相類(lèi)比。

　　它們有許多共同點(diǎn)，都是對場(chǎng)的物理圖像做出了非常直觀(guān)的幾何化形象描述，可將抽象的朦朧電磁認知化為直觀(guān)的清晰圖景，從中感受到場(chǎng)存在的直觀(guān)對稱(chēng)和諧美。

　　同樣的，由法拉第提出的“力線(xiàn)”，切線(xiàn)方向表示磁感強度(或電場(chǎng)強度)的方向，其密度則為磁感強度(或電場(chǎng)強度)，而且任意兩條磁感線(xiàn)(或電場(chǎng)線(xiàn))都不相交。

　　但它們的不同點(diǎn)也很明顯：電場(chǎng)線(xiàn)總是始于正電荷，終止于負電荷，不形成閉合曲線(xiàn);而磁感線(xiàn)則是圍繞電流的閉合曲線(xiàn)，沒(méi)有起點(diǎn)，也沒(méi)有終點(diǎn)。

　　磁感線(xiàn)與電場(chǎng)線(xiàn)的共同點(diǎn)決定了定量描述它們的物理量電場(chǎng)強度通量和磁通量表述形式相一致，而它們的不同點(diǎn)則決定了靜電場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)性質(zhì)的巨大差異，由此得出的靜電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的高斯定理分別表明了靜電場(chǎng)是有源場(chǎng)，而恒定磁場(chǎng)卻是無(wú)源場(chǎng)。

　　再比如在�W習磁介質(zhì)時(shí)，我們也可以通過(guò)與電介質(zhì)的類(lèi)比將問(wèn)題予以簡(jiǎn)化。

　　在電介質(zhì)中，束縛在介質(zhì)表面的是極化電荷，而在磁介質(zhì)的表面則存在磁化電流;我們用電介質(zhì)中單位體積內分子電偶極矩的矢量和來(lái)表示電介質(zhì)的極化程度，定義為電極化強度P，又用磁介質(zhì)中單位體積內分子的合磁矩來(lái)表示介質(zhì)的磁化程度，定義為磁化強度M。

　　接下來(lái)通過(guò)數學(xué)推導，得出電介質(zhì)中的輔助矢量――電位移D和磁介質(zhì)中的輔助矢量――磁場(chǎng)強度H;最后再由此分別給出電介質(zhì)中的高斯定理和磁介質(zhì)中的環(huán)路定理。

　　它們的計算功能也很類(lèi)似，前者可以用來(lái)求對稱(chēng)分布電荷的電位移D和電場(chǎng)強度E，后者則可以用來(lái)求對稱(chēng)分布電流的磁場(chǎng)強度H和磁感強度B。

　　四、結語(yǔ)

　　電磁學(xué)的發(fā)展，經(jīng)歷了庫侖、奧斯特、安培、法拉第、麥克斯韋等物理學(xué)大師們的不斷努力，才形成了最終的經(jīng)典電磁場(chǎng)理論，成就了物理學(xué)史上的第三次大綜合。

　　這是人類(lèi)一代代探知外在客觀(guān)、探知各種規律的一個(gè)永無(wú)止境的過(guò)程，是一個(gè)后人不斷補充、不斷修正乃至推翻前人認識的不斷進(jìn)取的過(guò)程。

　　而電磁學(xué)教學(xué)也在整個(gè)大學(xué)物理的知識體系中占據了相當重要的地位，所以作為教學(xué)工作者，我們要不斷開(kāi)拓教學(xué)新思路，通過(guò)新的教學(xué)方法實(shí)踐來(lái)培養學(xué)生興趣，促進(jìn)教學(xué)發(fā)展，為學(xué)生日后的專(zhuān)業(yè)課，如電磁場(chǎng)與電磁波，電介質(zhì)物理和鐵磁學(xué)的學(xué)習奠定良好的基礎。

　　參考文獻：

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