大学物理电磁学学习方法
大学物理电磁学学习方法【1】
【摘要】大学物理是一般工程技术类专业大学本科生的一门必修基础课程，主要是学习物理学的一些基本概念、现象及规律。
电磁学是研究电磁现象的规律以及物质的电学和磁学性质的科学，不仅蕴含着丰富的物理知识，还包含着很多数学知识如微积分、矢量分析等，因此掌握正确的大学物理电磁学的学习方法是很重要的。
本文主要是根据作者对于大学物理电磁学的学习，进而提出一些大学物理电磁学的学习方法。
【关键词】大学物理 电磁学 学习方法
一、前言
物理学是一切自然科学的基础，也是自然界最基本形态的科学。
电磁学是物理学中的一个重要的分支，在我们的日常生活以及生产活动当中，无处不存在着电磁运动，因此学好电磁学是很有必要的。
大学物理电磁学主要是研究电磁波、电磁场以及有关电荷、带电物体的动力学等，在学习时不仅要掌握相应的基本概念，还要掌握电磁学中的一些常见定理，如电场中的高斯定理、磁场中的安培环路定理等，通过运用定理，深刻理解现象中的物理意义及规律。
下面将具体分析大学物理电磁学的若干学习方法。
二、关于电磁学
1.电磁学的起源与发展
我国是世界上最早发现和应用磁现象的国家之一，早在公元前三百年就发现了磁吸引铁的现象。
到十九世纪，电流的磁效应、化学效应、热效应等相继被发现，并且其规律也得到了准确的表述，如欧姆定律、电磁感应现象、楞次定律、麦克斯韦方程组等。
随着电磁学的发展，生活中已经出现了很多与电磁学有关的应用，如指南针、避雷针、电磁炉、电磁起重机、磁悬浮列车等，并且在人们的日常生活及工作中发挥着重要的作用。
2.大学电磁学的常见基本定理
2.1高斯定理
高斯定理也称为高斯公式，主要是表明在闭合曲面内的电荷分布与产生的电场之间的关系。
静电场的高斯定理公式为：
d=在该式中，左边是电场强度的通量，右边的q代表着包围在封闭曲面内的自由电荷和极化电荷的总和。
定理指出，电场强度对任意封闭曲面的通量与该封闭曲面内电荷的代数和有关，而与曲面内电荷的分布位置及曲面外的电荷无关。
此外，该公式一般用来求电场强度E，而并非是求电场强度的。
而磁场中的高斯定理公式为：
d=0该公式表明，无论是稳恒磁场还是时变磁场，由于磁力线总是闭合曲线，如果将闭合曲面向外设为正方向，那么进入曲面的磁通量为负，出来的磁通量则为正，故通过其中任何一个闭合曲面的总磁通量都为0。
2.2安培环路定理
安培环路定理是指在稳恒磁场中，磁感应强度B沿任何闭合路径的线积分，等于这闭合路径所包围的各个电流的代数和乘以磁导率，这一定理反映了稳恒磁场的磁感应线和载流导线的相互套连性。
磁场中的安培环路定理公式为：
d=?滋I
该式的左边是磁场强度环流，常用来求解磁感应强度B。
由于该式中含有定积分，因此在求解时会有一定的困难，但当磁场分布的对称性较高时，利用该定理求解磁感应强度就会简单很多。
在运用该定理时，首先我们要选取合适的磁场回路，尽可能的选取各点磁感应强度相等的回路，这样便能将公式左边的矢量�c乘积分转化为标量积分，把移到积分号外，这样求解时便容易得多了。
三、大学物理电磁学的学习方法分析
1.在基本概念、常用定理的掌握上多下功夫
在学习电磁学时，首先要清楚的掌握与电磁学相关的一些基本概念，只有将概念掌握清楚了，才能在做题的时候加深理解，牢固的掌握知识。
但是在掌握基本概念时，还要注意一定的方法――一般来说，我们都是从定义开始掌握概念，但是仅仅根据定义是不够的，我们还要做到以下几点：首先，思考为什么要这样定义?换一种说法行不行?应该注意什么?其次，还要掌握电磁学的一些基本定律和基本定理，结合定理才能更加深入的了解、掌握概念;最后，实践检验真知。
我们可以通过找一些具体的例题或者是问题来巩固自己对概念及定律、定理的理解和掌握。
2.注意掌握数学工具的运用和训练问题的分析能力
数学是物理的基础，更是研究物理学的主要工具，因此学好数学知识对大学物理电磁学的学习有很大的帮助。
在学习电磁学时，要充分利用所学的高等数学的知识去解决物理问题，在运用数学工具时，要透过数学公式看到公式中所要描述的物理知识，而不要被复杂的公式弄懵了，遇到一个问题，不要急着去解答，先把重点放在物理模型、图像上，通过仔细分析挖掘出模型及图像蕴含的信息，进而用相应的物理方程和方法进行解答。
最后，还要注重电磁学相关实验的学习，实验是我们动手检验真理的最好方法，也是我们对自己所学知识良好的反馈途径，我们要积极动手去设计物理模型，如在做“用冲击电流计测螺线管内轴线上磁场的分布”这一实验时，我们需要用到的实验器材有墙式冲击电流计、螺线管、电阻箱、滑线变阻器、直流安培表等，首先我们应明白该实验的实验原理――当螺线管通以电流I时，则螺线管内轴线上任意一点的磁感应强度为：
B=?滋0n0(cos ?茁1-cos?茁2)
公式中的μ0为真空磁导率，n0为单位长度线圈的匝数，β1和β2分别为螺线管内轴线上某一点到两端的张角大小。
根据这个原理，我们再设计实验，准确记录实验数据，然后计算、整理、分析，最后得出结论。
这样通过自己动手实验，不仅能够加深我们对物理基本概念的理解和基本规律的认识，而且还能有效的提高我们分析问题和解决问题的能力。
3.重视代数量的意义，正确运用代数量
代数量又称为双向标量，是描述两种可能状态的物理量，如分量=v+v，电压V=V-V=・dl，这些物理量除了大小之外，还有方向。
代数量分为状态型代数量和取向型代数量两种，状态型代数量如温度T，导体电量Q，而取向型代数量则是指具有两种相反取向的物理量，如上述分量，电压Vab等。
物理量按其性质可分为矢量和标量，其中标量又分为算数量和代数量。
矢量的计算比较复杂，因其不仅有大小，还有方向之分。
算数量相对来说比较简单，因其只有正值;而代数量有正有负，如电荷、电位差、电通量、电动势等，计算过程中比较容易出错。
因此在学习电磁学时，我们必须清楚一些常见代数量的正负及其意义，结合题目具体的信息进行分析辨别，从而解决问题。
结束语：电磁学现象在我们的日常生活及工作中随处可见，学好电磁学不仅是专业知识的需要，也是我们日常生活和工作的需要。
电磁学是大学物理的一个重要内容，学起来有一定的难度，我们一定要掌握正确的学习方法，在基本概念，基本定理、定律上多下功夫，熟练掌握数学工具的使用，重视各项代数量的含义，锻炼自己的问题分析能力，从而达到事半功倍的学习效果。
参考文献：
[1]陈志远，万世兴.运用电磁学发展史深化电磁学教学[J]. 咸宁学院学报.2011(06)
[2]张淑芳.重视“场”，更重视物理思想方法――关于电磁学教学[J].佳木斯教育学院学报.2014(01)
[3]张凡，姜伟，王威，国安邦.整合电磁学课程教学体系，提高学生科学素养[J].科教文汇(上旬刊).2012(10)
大学物理电磁学中的方向问题【2】
【摘要】在大学物理电磁学部分的学习中，有些物理量除了计算出其大小以外，还要指出其方向。
初学者由于受中学阶段学习的影响，进入大学后不习惯用大学里所学的方法来判断方向，或者是不会利用某些公式求解物理量的方向，成为他们学习电磁学感到困难的原因之一。
【关键词】电磁学;物理量;判断方向
大学物理电磁学中通常要求到这样的一些物理量，如库仑力、电场强度、电势等，在计算时要求除了求出这些物理量的大小外，还要指明其方向。
初学者由于受中学阶段所学方法的深刻影响，进入大学后很难适应大学的方法来判断这些物理量的方向。
本文就电磁学学习中的一些物理量的方向的判断进行了总结。
一、电学部分物理量的方向的判断
在大学物理电学部分的内容中需要判断方向的物理量主要有：库仑力、电场强度、电势梯度，它们都是矢量，因此在计算这些物理量的大小时，还需指明其方向。
下面分别介绍如何判断这几个物理量的方向。
1.库仑力和电场强度方向的判断
库仑定律告诉我们，在真空中两个静止点电荷之间的作用力大小与其电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比 。
作用力的方向沿着两个点电荷的连线方向。
即：
(1)在判断两个点电荷的受力方向时，首先要确定施力电荷与受力电荷，式中的r0表示由施力电荷指向受力电荷的单位矢量，单位矢量的方向确定后，再进行力F的方向的判断，分两种情况来判断，如图1所示，图中矢量r为q1、q2之间的位矢，单位矢量r0的方向就代表位矢r的方向。
力F的方向沿着两个点电荷q1和q2的连线，设定q1为施力电荷，q2为受力电荷。
当两点电荷q1、q2极性同号时，F表现为斥力，其方向与单位矢量r0的方向相同;当两点电荷q1、q2极性相异时，F为吸力，其方向与单位矢量r0的方向相反。
图1 点电荷q1对点电荷q2的作用力
图2 点电荷的电场强度的方向
由于电场强度是根据库仑力来进行定义的，故其方向的判断与库仑力类似。
判断点电荷所产生的电场强度的方向，同样先确定单位矢量r0的方向，这里规定是由场源指向场点(这一点实际上与库仑力方向的判断中r0的规定是一样的，由电场强度的定义，是在所求点P点放置一单位正点电荷q0，q0在P点所受的力即为该点的电场强度，即r0的方向由施力电荷Q指向受力电荷q0，也就是由场源指向场点)，场源指产生电场强度的源，即点电荷或带电体，场点指所求点。
在判断时，先要知道场源电荷的极性，若电荷Q为正电荷，则电场强度的方向沿r0的方向，反之逆着r0的方向指向电荷Q。
如图2所示。
若场源是连续的带电体，则都以点电荷的场强为基础，分析场强的方向是一样的。
先采用微元法将带电体微分成无穷小的元，每一个元看做是点电荷，根据其极性判断元电荷产生的场强的方向，在综合来看总的方向。
例如，判断均匀带电细圆环轴线上任一点的场强的方向，设其带电为Q，则，轴线上任一点的场强的方向沿轴线。
2.电势梯度方向的.判断
根据电场强度与电势梯度之间的关系式E=-gradU，可知，静电场中任意点的电场强度矢量等于该点电势梯度矢量的负值。
也就是说，要判断电势梯度的方向，就要先确定电场强度的方向，电势梯度的方向与电场强度的方向相反。
二、磁学部分物理量的方向的判断
磁学部分需要判断方向的物理量主要有：磁感应强度(磁场强度)、洛伦兹力、安培力、磁化强度、磁化电流等，这里只介绍常用的几个物理量的方向的判断，即磁感应强度(磁场强度)、洛伦兹力、安培力方向的判断，这几个物理量都是矢量，判断方向时均可用右手螺旋法则，尤其是两个力的方向的判断，在中学阶段曾用左手定则来判断，这里将全部用右手螺旋法则来判断。
1.磁感应强度(磁场强度)的方向判断
根据毕奥-萨伐尔定律：
电流元产生的磁感应强度的方向即为的方向，该叉积遵循右手螺旋法则，如图3所示。
即用右手四指从Idl经小于1800角转到r，则伸直的大拇指的指向就是dB的方向。
磁场强度的方向与磁感应强度的方向相同。
图3 右手螺旋法则判断dB的方向
图4 右手螺旋法则判断洛伦兹力的方向
2.洛伦兹力方向的判断
根据洛伦兹力公式，洛伦兹力F的方向也有两个矢量的叉积决定，因此也可用右手螺旋法则来判断。