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浅谈如何学好大学物理中的电磁学

【摘要】电磁运动是物质的又一种基本运动形式，电磁相互作用是自然界已知的四种基本相

互作用之一，也是人们认识得较深入的一种相互作用。在日常生活和生产活动中，在对物质结构的深入认识过程中，都要涉及电磁运动。因此，理解和掌握电磁运动的基本规律，在理论上和实际上都有及其重要的意义，这也就是我们所说的电磁学。简要概括了学习物理学的

意义，详细论述了如何学好大学物理中的电磁学。

【关键词】物理学；电磁学；高斯定理；安培环路定理

【正文】

一、引言

物理学是关于自然界最基本形态的科学，是一切自然科学的基础，处于诸多自然科学

学科的核心地位物理学的发展，广泛而直接地推动着技术的革命和社会的文明。

物理是一门基础学科，初中、高中均开有物理课，一般包括力学、热学、电磁学等部分。

在中学时，只限于让同学们了解物理中的最基本内容，一些公式、定理是直接给出，如电磁

学中的楞次定律就是直接给出的。而进入大学后，大学物理仍然是包括力学、热学、电磁

学等部分，但是内容加深了许多，更注重的是推导过程，而不是结论。电磁学部分牵涉的

内容更加广泛，了解电磁学简史是十分必要的。电磁学知识从公元前数百年古希腊人发现

琥珀吸引草屑和磁石吸引磁铁开始到麦克斯韦方程组的建立，再到当今场论的进一步发展，使得电磁学史相当庞大复杂。因此，有选择性地了解电磁学史对学好电磁学可以达到事倍功

半的效果。

电磁学是物理学的一个分支，是物理学中非常重要的内容。电学与磁学领域有著紧密关系，广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的

学科。主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等等。

二、基本原理

电场和磁场中的一些基本概念，在中学物理中，我们已经很熟悉了，如静电场、稳恒磁场等。对于大学物理中的电磁学部分，最重要的是麦克斯韦方程组，而我们在解题时用到最多的是其中两

个定理，即电场中的高斯定理和磁场中的安培环路定理，深刻理解这两定理的物理意义是学好大学物理中的电磁学部分的关键。

-1 -1 - q

静电场的高斯定理为-ExIS i，这一公式左边是电场强度的通量，但更多的时

名。

候是用来求电场强度E。点电荷的场强公式E =—是用来求点电荷周围的场强。当电荷是

q

面分布或者是体分布且具有很强的对称性时，再应用点电荷的场强公式已经很难了，而如果用高斯定理就很容易求出场强。对于高斯定理的应用，关键是作出正确合理的高斯面。高斯定理方程中左边是矢量点乘的积分，这就要求先把矢量积分转化为标量积分，也即场强E的方向与高斯面S法线方向是特殊角，而且要求高斯面上各点的场强E大小相等，这样

才能把场强E移到积分号外，从而求出场强E。

对于磁场中的安培环路定理二B_dl二亠o'，h，方程左边是磁场强度环流，当磁场分

布具有某种对称性时，常用来求磁感应强度B。虽然毕奥-萨伐尔定律可用来其任一电

流元在空间某点的磁感应强度B，但是经常会遇到数学上的积分困难，而当体系的对称性

很高时，利用安培环路定理求磁感应强度B就容易的多。应用安培环路定理时，最关键的

是选取合适的回路，使方程左边的矢量点乘积分转化为标量积分，要求所选回路上各点B 是相等的以便能移到积分号外。深刻理解这两个定理的物理意义，掌握他们的适用范围是

学好电磁学的关键。

三、应用

1、指南针

指南针是用以判别方位的一种简单仪器。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司

南。主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。磁针的北极指向地理的北极，利用这一性能可以辨别方向。常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。地球是个大磁体，其地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近。指南针在地球的磁场中受磁场力的作用，所以会一端指南一端指北。

2、电磁炉

电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具。它打破了传统的明火烹调方式采用磁场感应电流

（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生

交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热

能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率

要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而

达到煮食的目的。具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。因此，在电磁炉较普及的一些国家里，人们誉之为“烹饪之神”和“绿色炉具”。

电磁炉工作过程中热量由锅底直接感应磁场产生涡流来产生的，因此应该选择对磁敏感

的铁来作为炊具，由于铁对磁场的吸收充分、屏蔽效果也非常好，这样减少了很多的磁辐射，所以铁锅比其他任何材质的炊具也都更加安全。此外，铁是对人体健康有益的物质，也是人体长期需要摄取的必要元素。

3、电磁起重机

电磁起重机是利用电磁原理搬运钢铁物品的机器。电磁起重机的主要部分是磁铁。接通

电流，电磁铁便把钢铁物品牢牢吸住，吊运到指定的地方。切断电流，磁性消失，钢铁物品就放下来了。电磁起重机使用十分方便，但必须有电流才可以使用，可以应用在废钢铁回收

部门和炼钢车间等。

利用电磁铁来搬运钢铁材料的装置叫做电磁起重机。电磁起重机能产生强大的磁场力，

几十吨重的铁片、铁丝、铁钉、废铁和其他各种铁料，不装箱不打包也不用捆扎，就能很方

便地收集和搬运，不但操作省力，而且工作简化了。装在木箱中的钢铁材料和机器可以同样搬运。起重机工作时，只要电磁铁线圈里电流不停，被吸起的重物就不会落下，看不见的磁力比坚固的链条的可靠。

4、电磁继电器

电磁继电器一般由电磁铁，衔铁，弹簧片，触点等组成的，其工作电路由低压控制低压电

路和高压工作电路两部分构成。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭” 触点，可以这样来区分：继

电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

四、结论

就物理课程而言，中学物理通常是提一下物理概念，给出相关定律和公式，只要求同

学们记住公式、定律，会套用公式求解一些相关题就可以了。而大学则会对每个定律、定理和重点公式进行详细推导，并且要求同学们能具体掌握其物理思想和解决问题的方法。要真正学好大学物理，其首要的任务是端正学风，培养一个良好的自主性学习习惯。

将大学所学新知识与中学所学知识比较是学好大学物理中的电磁学行之有效的方法。在中学物理中，讨论更多的是静电场、稳恒磁场，公式、定理浅显易懂，而在大学物理中，研究对象是变化的电场、变化的磁场，转变思想观念将大学物理中的电磁学与中学物理中的电磁学比较是学好大学物理中电磁学的前提。

数学是物理的基础，数学是研究物理学的工具。因此，在掌握以上三点后，学好大学

物理中的电磁学还需要具备扎实的高等数学的基本知识。中学阶段应用初等数学知识描述

基本电磁现象大学阶段要求对电磁现象的本质进行深入分析和探讨，广泛用到了高等数学

知识，特别是积分知识的应用。

电磁学是大学物理中学习内容最多，也是同学们学习时困难最大的部分。主要原因是电

磁学比较抽象、高数应用又较难。这部分内容学习中涉及到的求解问题方法可以有很多。女口：

对称性分析法、补偿法、类比法以及微元法等。这就需要同学们经过一定的练习去掌握这些方法。

大学物理学是一门很高深的学科，需要花费大量的时间和精力研究相关的知识，才能够对知识了解的透彻。好好的学习，认真的听老师讲课，课上认真做笔记，课下积极复习和预习，是学好大学物理学的关键。