电磁学知识结构体系与教学研究
初中九年级物理教案研究电磁学和能量转换的基本原理
初中九年级物理教案研究电磁学和能量转换的基本原理引言：教案是教师备课的重要工具，通过科学合理的设计和安排，能够帮助学生更好地掌握知识和技能。
本篇教案将研究初中九年级物理课程的教案设计，主要关注于电磁学和能量转换的基本原理。
一、电磁学的基本概念及原理电磁学是研究电场和磁场相互作用的学科，电磁学的基本概念和原理是学生理解电磁现象的核心。
本节的教案设计将重点讲解以下几个内容：1. 电场和电荷：引导学生通过观察带电体之间的相互作用，理解电场和电荷的概念，并掌握库仑定律的应用。
2. 磁场和磁力线：通过实验观察磁铁与铁钉的相互作用，引导学生认识磁场和磁力线的特点，并掌握安培定律的应用。
3. 电磁感应现象：通过实验展示电磁铁感应并点亮灯泡的过程，引导学生了解电磁感应的基本原理，掌握法拉第电磁感应定律的应用。
4. 电磁波的发射与接收：通过实验演示电磁波的发射和接收，让学生了解电磁波的基本特性，掌握电磁波的传播速度和频率的计算。
二、能量转换的基本原理能量转换是物理学中的重要内容之一，学生通过对能量转换的研究，能够理解能量守恒定律和能量转换的基本原理。
本节的教案设计将重点讲解以下几个内容：1. 动能和势能：通过实例引导学生认识动能和势能的概念，了解它们之间的转化关系，掌握能量守恒定律的应用。
2. 热能和温度：通过实验观察物体受热后温度的变化，引导学生认识热能和温度的关系，并掌握热能的传递方式和计算方法。
3. 机械能和电能的转换：通过实验演示水流驱动发电机发电的过程，让学生了解机械能和电能之间的相互转换关系，掌握机械能和电能的计算方法。
4. 光能和化学能的转换：通过实例和实验引导学生认识光能和化学能的概念，了解它们之间的转化关系，并掌握光能和化学能的计算方法。
三、教学策略和教学方法为了提高教学效果，本节的教案设计将运用一些有效的教学策略和教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1. 探究式学习：通过实验和观察，让学生亲自参与到物理现象的探索中，培养学生的科学思维和实验能力。
“电磁场与电磁波”程教学研究
要学 好这 门课程 ，必须 熟练掌握 这些基础课程 的相 关概念、理 也跟学 时少、学习时间紧、做 的练习不多有一定的关系。
论 和运 算 等。
２ 课 程 系统 性 强 ．
３ 学生不够重 视 ．
学生的学 习普遍有功利思想，喜欢 上有用的专业课，而对
本课程 是 以 Ｍａ ｗｅｌ ｘ ｌ方程组 为基础，对 电磁场的基 本性 基础理论课重视不够 ，学 习的主动性不够。 质和基 本原理展开论述 。涉及静 电场 、恒定电流场、静 磁场及 它¨的边值问题 ；时变 电磁场、平面电磁 波、导 行 电磁 波、电 磁幅射等内容，这 些各部 分内容组 成一 ＇系统性 很强的基础理 －Ｉ １
好的同学 ，学起 来就非常吃力。
４ 概念多 ． 且抽 象
识到能力的迁移 ，同时，也使学生减少了畏难情绪。
２ 精 选教 材 内容 ．
“ 电磁场与 电磁波” 是对大学物理 电磁场学 的进 一步加深
由于课时少，应根据本专业特点，根据 “ 电磁场与电磁波”
和拓展 ，讨论 的是更一般化 的情 形，每一章 内容都会引入一 些 课 程在课程体系中的地位、作用和任务 来精选教 材内容 ，与本
中国电力教育
四、改进教学手段，提高教学质量
１ 采 用实例 教 学， 激 发学生的 学习兴 趣 ．
而实际的电磁场 问题 就更难解 出了１因此，适当增加 电磁场的 数值计算还 是有实际意义的。
有了明确的目的才会有学 习的动机 ，激 发学 习的兴趣 ，因
由于课 时少，可选 择较简单的有限差分法进 行教学，以学
窖 中国电 力教育
２０ ￣ １月上 总第 １６ ０８ ２ ２期
电磁场与电磁波＂课程教学研究
刘 国庆
高中物理深入研究电磁学与力学的前沿知识
高中物理深入研究电磁学与力学的前沿知识高中物理学作为理科的重要组成部分，涉及到众多学科和领域。
其中，电磁学与力学作为物理学的两大重要分支，在高中教育中扮演着核心的角色。
本文将从深入研究电磁学与力学的前沿知识展开，以探讨这两个领域的发展方向、应用前景和研究内容。
一、电磁学的前沿知识电磁学研究电荷和电磁场之间的相互作用关系，是现代物理学中的重要分支。
其中，电磁波、电磁感应和电磁辐射是电磁学研究的三个重要方面。
1. 电磁波电磁波是一种由电场和磁场交替产生并传播的能量波动。
经典电动力学理论认为，电磁波存在于一种称为电磁场的媒介中。
然而，最近的研究表明，在真空中也存在电磁波传播的现象，这打破了传统的观念。
这一发现引发了科学界对电磁学理论的进一步研究，推动了新理论的产生和电磁波在通讯、雷达、遥感等领域的应用。
2. 电磁感应电磁感应是指通过磁场的变化产生电流或电势差的现象。
在传统电磁感应理论中，只考虑了静态磁场和电路的相互作用。
然而，随着电子技术和磁场测量技术的发展，科学家们开始关注微弱磁场的检测和测量。
近年来，超导磁传感器的应用为电磁感应的研究提供了新的可能性，使得对微弱磁场的探测及其应用迈向了新的前景。
3. 电磁辐射电磁辐射是指电荷加速运动时所产生的电磁波。
经典电动力学理论认为，电磁辐射的强度与加速度的平方成正比。
然而，霍金辐射理论的提出打破了这一观念。
霍金辐射理论认为，黑洞表面的虚粒子对会在黑洞边界处分裂，其中一部分被黑洞吸收，另一部分逃离黑洞并形成辐射。
这一理论的发现对于黑洞性质的研究和宇宙学的发展具有重要意义。
二、力学的前沿知识力学是研究物体运动和受力关系的学科，涉及到经典力学、统计力学和量子力学等多个领域。
在高中物理教学中，经典力学是力学研究的核心内容。
然而，随着科学技术的进步，力学研究的范围也在不断拓展。
1. 引力波引力波是由质量分布引起的时空弯曲而产生的波动。
1915年，爱因斯坦的广义相对论首次预言了引力波的存在。
电磁学教学与科学研究方法的结构体系研究
［基金项 目］江南大学教 育科 学研 究所课 题（２００７ＪＫＹＡ０２），江苏省教 育科学“十一五规划”２００８年度课 题（１３９）
一
６９ —
２．１．２ 三个 重 要 的 实 验 （１）库 仑 的 扭 秤 实 验 和 库 仑 定 律 １７８５年 ，库仑受万有引力 的启发 ，设计 了电扭秤 实验 ，测出两个静止点 电荷 的相互作用 力与它 们之 间的距离 的二 次方成 反
这 两 个 方 面对 电磁 学 知 识 结 构 体 系进 行 了研 究 ，目的 是 通 过 这 些 讨 论 能 对 电磁 学 的 教 学 提 出 一 种 可 行 的
改革 ，从而推动 电磁学教学 的发展．
关键词 电磁学 ；科学研究方法；结构体系
［中图分类号 ］ Ｇ６３３．７
［文献标识码 ］ Ａ
第 ２６卷 第 １期 ２００９年 ３月
江苏 教育 学 院学 报 （自然 科 学 版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）
Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．１ Ｍ ａｒ．，２００９
电磁 学 教 学 与科 学研 究 方 法 的结 构 体 系研 究
所谓学科知识结构理论是美 国心理学家布鲁 纳倡导 ，又被 美 国教 育哲 学家施 瓦 布等人 完善 的关于课 程 的理论 ．布鲁 纳指 出：“不论我们选教什么学科 ，务必掌握该学科 的结构 ．”…我们从他 的代表作 《教育过 程》中领会 他所指 的学科结 构是 由学 科 的 基本概念 、基本原理、基本定律组成 的体系．但重 大欠 缺是他 的学科 结构只注重 了理论 知识 的组成 ．施 瓦布等人 针对这种 理论 的 不足 ，补充 、完善 了学科结构理论 ，他主 张从概念 的产 生、形成过程 以及知识体 系 的形 成过程 ，还有主体 认识 过程 的操作 “工具 ” — — 研究方法去把握结构．１２ 可见 ，知识结构应包括两个方面 ，为 区分起见 ，我们 将这两个方 面所反 映 的知识 结 构分别称 为 “静 态”知识结 构——反 映一定历 史阶段 的理论 知识 成果 和“动态”知识结构—— 展现 了理论认识成果 的产生及发展 过程．学科 知识 结构是两者 的有机统一 ，这样 的知识结构便 是在教学中务 必使 学生 掌握 的基本 结构 ．结构 的概念来 源于 系统科 学 ，因此知 识结 构体 系具有这样几个特征 ：整体性 、稳定性 、层次性和动态性 ．在此我们对 电磁学知识结构体系进行粗略研究 ．
电磁学教案
《电磁学》教案授课教师富笑男职称副教授学历（学位）博士研究生（博士）授课班级06应用物理1、2班计划总学时72 授课学期2007-2008(1)使用教材《电磁学》赵凯华、陈熙谋，2006年12月第二版，高等教育出版社教学要求使学生能比较全面地认识电磁学的基本现象，系统地掌握电磁学的基本概念、基本规律，具有一定的分析和解决电磁学问题的能力，并为学习后继课程打下必要的基础考核办法考试成绩占70 %平时成绩占30 %（平时成绩包括：作业、上课回答问题、小论文等）学时分配教学环节教学时数课程内容讲课习题课绪论第一章静电场恒定电流场16 2 第二章恒磁场12 2 第三章电磁感应 5 1 第四章电磁介质14 2 第五章电路7 1 第六章麦克斯韦电磁理论电磁波电磁单位制8总复习 2参考资料1.《电磁学》梁灿彬等2004年5月高等教育出版社2.《电磁学》《伯克利物理学教程》第二卷，（美）E.M.珀塞尔著，南开大学物理系译，1979年6月，科学出版社3.《电磁学》，贾起民郑永令等2001年1月高等教育出版社4.《电磁学》，胡友秋，程福臻，刘之景编，1997年3月，高等教育出版社，教学后记1．电磁学教学要适应二十一世纪现代化的需要：根据现代化的需要，把那些学习现代科学技术所需要的电磁学基础知识和基本技能教给学生，使得学生扎实地学好，并注意介绍现代科学技术的重要成果。
2．正确处理思想教育和基础知识的关系：电磁学理论与实践的关系是非常密切的。
因此，电磁学教学必须坚持理论联系实际的原则，要通过实验和列举学生熟悉的、容易理解的电磁电现象分析总结出概念和规律的实质。
同时，在理论联系实际中，要注意培养学生的思维能力和运用所学知识来分析和解决问题的能力。
在理论联系实践中，还要介绍电磁学在工农业生产和科学技术中的应用，电磁理论发展的前沿知识。
绪论教学基本要求：1.对电磁学研究的对象，发展史做简要介绍，使学生对电磁学学科的研究对象、发展过程、历史地位和作用等有一个基本的概括的了解，形成一个初步的认识。
“电磁场与电磁波”课程的教学研究
述， 涉及 静 电场 、 定 电流场 、 磁场 及 它们 的边 值 恒 静 问题 ； 时变 电磁 场 、 面 电磁 波 、 行 电磁 波 、 平 导 电磁 辐射 等 ， 些 内容组 成一 门 系统性 很 强 的基 础理 论 这
课程。
电子仪器和测量系统， 还是家用电器、 工业 自动化、 地质 勘探 、 电力 设 施 、 交通 运 输 、 医疗 卫 生 等 ， 将 都
１ ４ 概 念 多且抽 象 ．
１ “ 电磁 场 与 电磁 波 ” 程 的 特 点 课
１ １ 基 础知识 广 ．
ห้องสมุดไป่ตู้
“ 电磁场 与 电磁 波 ” 对 大学 物 理 电磁场 学 的 是 进一 步 加 深 和 拓展 ， 论 的是更 一 般 化 的情 形 ， 讨 每
一
“ 电磁场 与 电磁 波 ” 程是 以大 学物理 、 等数 课 高 学 、 学物理方 程 、 数 复变 函数 等为 基 础 ， 涉 及 的 内 所 容很广 。大学 物 理 中 ， 电磁 学 部 分 内容 是 “ 电磁 场 与电磁 波” 的物 理基础 ， 矢量分 析 、 而 特殊 函数 等 内 容是 学好 “ 电磁 场 与电磁 波” 课程必 须 的数 学工 具 ， 由于涉及 复 杂 偏 微 分 和 特 殊 函数 的计 算 ， 度 不 难 小 。因此 要学好 这 门课 程 ， 必须 熟 练掌 握 这 些基 础 课程 的相关 概念 、 理论 和运算 等 。
直接 或 间接 地涉 及 到它 的应用 ， 此 同时 它还 将 是 与 许多新 兴学 科 的孕育 点… 。学好 这 门课 ， 培养 学 对 生树 立 严谨 的科 学 思 想 、 学分 析 问题 的 方 法 、 科 复 杂抽象 的思 维能 力 、 于开 拓 的创新 精 神 等将 起 着 勇
电磁学核心知识点2024高考物理详细教案
电磁学核心知识点2024高考物理详细教案一、引言电磁学是物理学中的重要分支之一，它研究了电荷、电场、电流、磁场等与电磁现象相关的基本概念和规律。
对于高考物理来说，电磁学是一个重要的考点。
本文将详细介绍2024年高考物理电磁学部分的核心知识点和教学方法，帮助学生全面了解和掌握电磁学的相关内容。
二、电场1. 电场的概念和性质电场是描述电荷相互作用的物理量，其性质包括电场强度、电位移等。
在教学中，可以通过实验演示、图像展示等方式引导学生理解电场的概念及其性质。
2. 电场的计算通过库仑定律、电场的叠加原理等方法，可以计算给定电荷分布下某一点的电场强度。
在教学中，可以通过实际例题演练，帮助学生掌握电场计算的方法和技巧。
三、静电场1. 静电场的基本特征静电场是指电荷分布不随时间变化的电场，其基本特征包括电场线、等势线等。
在教学中，可以通过实验、模拟、图像等方式帮助学生理解和掌握静电场的基本特征。
2. 高斯定律高斯定律是静电学的基础定律，可以用来计算对称分布的电场、判断电场线与闭合曲面的关系等。
在教学中，可以通过实际例题演练，帮助学生掌握高斯定律的应用方法。
四、电流和电路1. 电流的概念和性质电流是电荷在导体中传播的物理量，其大小和方向与电荷的变化有关。
在教学中，可以通过实验、示意图等方式引导学生理解电流的概念和性质。
2. 电阻和欧姆定律电阻是导体对电流的阻碍作用，欧姆定律描述了电阻与电流、电压之间的关系。
在教学中，可以通过实验演示、实际例题等方式帮助学生理解电阻和欧姆定律的概念和应用。
3. 简单电路的分析通过串并联电路、电路中的电流分配等概念，对简单电路进行分析和计算。
在教学中，可以通过实例分析、解题讲解等方式帮助学生掌握简单电路的分析方法。
五、磁场1. 磁场的概念和性质磁场是描述磁力相互作用的物理量，其性质包括磁感应强度、磁场线等。
在教学中，可以通过实验演示、图像展示等方式引导学生理解磁场的概念和性质。
2. 洛伦兹力和毕奥萨伐尔定律洛伦兹力描述了电荷在磁场中受到的力，毕奥萨伐尔定律描述了电流元在磁场中产生的磁感应强度。
高中物理电磁学教案
高中物理电磁学教案
教学目标：
1. 了解电磁学的基本概念和原理。
2. 掌握电磁学中的重要公式。
3. 能够应用电磁学知识解决问题。
教学重点：
1. 电磁学的基本概念。
2. 电场和磁场的相互作用。
3. 麦克斯韦方程组。
教学难点：
1. 应用电磁学知识解决实际问题。
2. 理解麦克斯韦方程组的意义。
教学过程：
一、导入（5分钟）
老师通过提问或讲解引入电磁学的基本概念，激发学生学习的兴趣。
二、授课（30分钟）
1. 电场和磁场的基本概念和特性。
2. 应用库仑定律和洛伦兹力定律解释电场和磁场的相互作用。
3. 麦克斯韦方程组的含义和应用。
三、示范实验（15分钟）
老师进行电磁学的实验演示，让学生观察电场和磁场的产生与相互作用，并引导学生做实验记录。
四、讨论与深化（10分钟）
学生就实验中观察到的现象展开讨论，深化对电磁学知识的理解。
五、作业布置（5分钟）
布置相关习题，加深学生对电磁学知识的掌握和理解。
六、课堂小结（5分钟）
对本节课学习的重点和难点进行总结，引导学生复习和巩固教学内容。
教学评价：
1. 学生对电磁学的基本概念和原理有所了解。
2. 学生能够熟练应用电磁学知识解决问题。
3. 学生对麦克斯韦方程组的理解达到一定水平。
注意事项：
1. 教师要注重引导学生主动学习，激发学生的学习兴趣。
2. 学生要积极参与课堂教学活动，主动思考和提问。
3. 课堂教学要注重实践操作，增强学生的动手能力。
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第8卷 第2期2006年3月天津职业院校联合学报Journal of T i a nji n Vocati o nal I n stitutes NO.2V o.l 8M ar .2006电磁学知识结构体系与教学研究向永红,贺 静,王泽玲(天津工程职业技术学院,天津市 300280)摘 要: 电磁学知识结构体系分为/静态0知识结构和/动态0知识结构。
在电磁学教学中,只有把教育理论与电磁学内容有机结合起来进行教学改革,才能有效地提高学生的科学素质,达到事半功倍的效果。
关键词: 电磁学;知识结构;教学改革中图分类号:O 441 文献标识码:A 文章编号:1673-582X (2006)02-0139-04收稿日期:2005-09-26作者简介:向永红(1967-),女,湖南人,天津工程职业技术学院高级讲师,学士,主要研究物理教学;贺静(1964-),女,河北省人,天津工程职业技术学院讲师,主要研究经济数学;王泽玲(1962-),女,天津人,天津工程职业技术学院讲师,主要研究计算机信息技术。
电磁运动是物质的一种基本运动形式,电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用。
其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象,电磁辐射和电磁场等。
为了便于研究,把电现象和磁现象分开处理,实际上,这两种现象总是紧密联系而不可分割的。
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,才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学。
只有在教育科学理论指导下,从物理学的本身进行研究,并从它自身的特点出发挖掘物理教学的育人功能,才可能寻找出最佳的教学结构体系。
按照这样的思路,我们在电磁学的教学中作了一些探索性的工作,即把教育科学中的/结构理论0及系统科学的一些成果与电磁学自身的特点相结合,建立了一个电磁学教学结构体系,从实践反馈的信息来看效果是好的。
一、电磁学知识结构体系所谓学科知识结构理论指的是美国心理学家布鲁纳倡导的,而又被美国教育哲学家施瓦布等人完善的关于课程的理论。
布鲁纳指出:/不论我们选教什么学科,务必掌握该学科的结构。
0我们从他的代表作《教育过程》中领会他所指的学科结构是由学科的基本概念,基本原理、基本定律组成的体系。
但重大欠缺是他的学科结构只注重了理论知识的组成,施瓦布等人针对这种理论的不足,补充、完善了学科结构理论,他主张从概念的产生、形成过程以及知识体系的形成过程,还有主体认识过程的操作/工具0一研究方法去把握结构。
可见,知识结构应包括两个方面,为区分起见,我们将这两个方面所反映的知识结构分别称为/静态0知识结构一反映一定历史阶段的理论知识成果和/动态0知识结构一展现了理论认识成果的产生及发展过程。
学科知识结构是两者的有机统一,这样的知识结构便是在教学中务必使学生掌握的基本结构。
结构的概念来源于系统科学,因此知识结构体系具有这样几个特征:整体性、稳定性、层次性和动态性。
我们从三个方面对电磁学知识结构体系进行研究。
(一)电磁学/静态0知识结构体系电磁学是物理课中最/成熟0同时又是最重要的组成部分,它不仅内容丰富、应用广泛,而且在概念和处理问题方法上都是继力学之后一个新的里程碑。
整个电磁学是以下列问题发展演进的。
第一,电磁作用的本质和机制是什么?电磁场是否是物质?第二,电场与磁场究竟是彼此无关的,还是有内在联系的相互制约的统一体?电磁场变化运动的规律如何?有什么重要的物质性质?第三,怎样描述电磁场与物质(指有质量的实物)的相互作用?各种物质的微观电磁结构如何?怎样描述物质的电磁性质?第四,麦克斯韦的电磁场理论是怎样建立的?有何预言?他的实验如何作出最终的决定性判断?为什么它被誉为19世纪物理学最伟大的成就?从它的建立能够得到什么重要的启迪?第五,如何用/场0的观点来定义、分析和总结电路中的概念和规律,使我们对电路有更深刻的理解?上述问题横贯电磁学整个课程之中,给予全面的回答也并非电磁学这一部分的任务,但应以此统帅全课,吸引学生关注怎样逐步解决以#139#上问题。
电磁学的内容基本上可以归纳成两部分:/场0(电场和磁场)和/路0(直流电路和交流电路)。
其中场的部分占较大比重,只有明确它们各自的特征及相互联系,才能有计划、有目的地提高学生的思维品质,培养学生的思维能力。
我们用图1表示电磁学总体/静态0知识结构。
图1由此图可看出:场的方法是研究电磁学的一般方法。
场是物质,是物质相互作用的特殊方式.大学物理的电磁学部分完全可用场的概念统帅起来,静电场、稳恒磁场、恒定电磁场、变化电磁场等,组成一个关于场的系统,该系统包括大学物理电学部分的各章内容。
/路0是/场0的一种特殊情况。
大学教材以/路0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0和/路0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0为基础的。
/场0是电磁运动的实质,因此可以说/场0是实质,/路0是方法。
(二)电磁学/动态0知识结构体系物理学家工作的一个重要方面是建立物理理论,因此,物理理论也理所当然地成为物理教学中最为重要的内容。
物理理论是在观察和实验研究基础上理性思维的产物,当然也隐含着某些更基本的考虑或某些基本假定。
诚然,从现象、事实到理论并没有逻辑通道,它是科学家在一定认识程序上对物理学研究方法的综合应用过程。
所以电磁学的/动态0知识结构应该全面反映电磁学研究方法之间以及电磁学理论与研究方法之间的联系。
电磁学理论遵循着观察和实验并在此基础上进行一般逻辑方法(比较、分类、类比、相似、归纳、演绎、分析和综合等)、数学方法、非逻辑方法(直觉、灵感、想象)、物理学中的美学方法,再经过科学抽象和科学假说等方法而建立和发展起来的。
在福兰克林、米歇尔、卡文迪许等人实验基础上,库仑借助扭秤实验分析总结得出以他的名字命名的实验定律,这一定律的建立所运用的方法可概括为:实验探索法;数学演绎法(此前的电磁现象研究停留在定性归纳的非数学描述阶段);直觉思维法(库仑用完全相同的小球平分电荷在当时只是一种不能证明的/猜测0,至于点电荷间静电力沿电荷联线方向也不是实验结果,它们都是从对称性分析得出的);类比推理法(平方反比关系与万有引力定律酷似,库仑借助/点电荷0模型和/电量0概念的假设,类比/质点0和/质量0从而确立了库仑定律)。
奥斯特发现电流的磁效应,第一次揭示了电与磁的联系,而且表明电流对磁极的作用力具有横向力的性质,而当时所知的全部作用力都是推拉性质的有心力。
至此,人们很自然地提出:支配横向力的基本定律是什么?毕奥、萨伐尔两人研究和分析了很多实验资料并在法国数学家拉普拉斯的帮助下导出了电流元激发磁场的规律。
这个规律并不是直接在实验事实的基础上概括出来的,它的真伪是通过间接方法得到证实的,即由它和磁场迭加原理计算出来的所有结果都很好地与实验相符合。
从发现电流的磁效应起,人们便关注它的逆效应:磁的电效应,即磁能否产生电流?法拉弟坚信各种/自然力0是统一的观点,以及电磁现象近距离作用的观点,他曾明确指出:/我早已持有一种见解,它几乎达到深信不疑的程度,即物质之力所表现出来的各种形式具有共同的起源,换言之,它们彼此是如此之相互依赖,以致于它们能够相互转化并具有力的当量。
0正是在这种思想的指引下,法拉弟在毕生的实验研究中,不断地寻找各种不同领域现象之间的联系。
10年之后,他通过力线把电现象和磁现象联系了起来。
麦克斯韦电磁场理论建立过程为我们提供了丰富的方法论教益和启迪:第一、寻找不同现象之间的联系,建立统##140一的动力学解释是理论工作的一贯追求,也是理论发展的诱导动力。
建立统一理论的途径不是唯一的,结果也可以大相径庭,评价的标准不仅在于能否统一解释所有的想象和规律,更在于它能否作-出正确的预言,能否为进一步的研究和应用开拓道路,以及本身是否自洽、乘法、和谐等。
第二、类比研究在科学发现中具有重大意义。
不同事物外在的相似可能隐含内在的相同,这是自然提供的一种暗示,麦氏在他的三篇论文中多次使用了类比研究的方法,使得他逐步揭示了科学真理。
第三、用数学工具精确地表述科学思维是科学发展的要求,也是科学成熟的标志之一。
麦氏凭借他深厚的数学基础和娴熟的教学技巧,将他的思想、模型和图像最终表述在电磁场的基本方程里。
第四、和谐是理论完善的必要因素。
自然界是和谐的,反映自然界的科学理论也应该是和谐的。
一种理论可能已经具有某些更大实用价值,但是在理论框架上如果还潜存着某些不和谐的因素,那么它必定没有穷尽未知世界的全部特征,也就必定有进一步探索、改进甚至扬弃的必要。
N eu m ann-W eber理论与M axw ell的和谐电磁场理论就是一个明证。
第五、丰富的想象力和深刻的洞察力,以及在广博知识基础之上的大胆猜测和假设。
通过以上分析,电磁学/动态0知识结构体系可用框图2表示出来。
图2(三)电磁学知识结构体系的功能这样构筑的知识结构体系具有以下功能:1.有助于认识物理知识之间的联系,理解物理知识的深刻内涵,从而产生丰富的联想。
2.结构是有层次的,电磁学中有许多定理、定律和法则,但它们的地位并不平等。
例如麦氏议程是整个电磁学领域中的基本规律层次最高,了解了这些就知道哪些是普遍适用的知识,哪些是在特定条件下才适用的知识。
3.它有助于明确所学的物理知识对了解具体问题所达到的效果。
4.有助于牢固记忆知识及对知识的应用。
二、电磁学的教学我们认为电磁学教学的任务就是将静态和动态的知识结构作为一个有机整体,把它内化为学生的个体知识结构,从而实现物理知识结构的整体转化。
教育实践中,若只注重/静态0结构教育,培养的学生不仅没有发展,缺乏创造,而且也不可能真正掌握电磁学的理论知识;若片面追求/动态0结构教育,结果理论方法便失去了赖以作用的对象,失去生机,逐渐枯萎,为此我们提出以下教学建议。
(一)按电磁学科特点施教电磁场的教学是电磁学课程的重点部分。
学生在中学的学习阶段虽也初步接触过一些电场和磁场的知识,但是,当时场仅作为描述电荷间及电流间相互作用的辅助手段,并未触及到实质。
因此全面而系统的学习场的知识和研究方法,对于学生而言,都是全新的课题,一开始就应正面强调研究对象的重大变化,引导学生积极主动地去迎接挑战。
场是区别于实物的另一类具有广泛的连续分布的客体,认识场要从它的空间分布入手,从总体上去把握它,所以认识场的第一步是确定它的空间分布,诸如对称性分析、近似计算,渐进行为的考察,乃至电力线的形象描绘等等都是为了确定场的空间分布。
其次,应该强调的是,对于矢量场,仅仅知道它在各种情况下的空间分布还不够,必须进一步认识其总体分布所具有的某种特征和性质,以便从总体上加以比较和进行区别。
以流速场为例,考察流体流动是否形成/旋涡0、是否有/源0,只有这样才能从总体上把握各种流速场的特征,并加以区别、比较。