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電磁場(chǎng)理論教學(xué)中一個(gè)值得注意的問(wèn)題
電磁場(chǎng)理論教學(xué)中一個(gè)值得注意的問(wèn)題 高中物理課本甲種本（１９８５年第１版）第三冊(cè)第１５３頁(yè)在介紹麥克斯韋電磁場(chǎng)理論時(shí)敘述道：“麥克斯韋用場(chǎng)的觀點(diǎn)分析了電磁現(xiàn)象，認(rèn)為變化的電場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)．這是電磁場(chǎng)理論的第二個(gè)要點(diǎn)．一個(gè)靜止的電荷，它產(chǎn)生的是靜電場(chǎng)，即空間各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不隨時(shí)間而改變．這個(gè)電荷一旦運(yùn)動(dòng)起來(lái)，電場(chǎng)就發(fā)生變化．另一方面，運(yùn)動(dòng)電荷要產(chǎn)生磁場(chǎng)，用場(chǎng)的觀點(diǎn)來(lái)分析這個(gè)問(wèn)題，就可以說(shuō)：這個(gè)磁場(chǎng)是由變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的．”筆者認(rèn)為，這里用運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)為例來(lái)說(shuō)明電磁場(chǎng)理論的第二個(gè)要點(diǎn)是欠妥的．比甲種本早一年出版的乙種本（１９８４年第１版）以及主要由它修訂而成的現(xiàn)行課本（必修）中沒(méi)有這個(gè)例子，但是這個(gè)例子在現(xiàn)在的高中物理教學(xué)中仍然存在著不良的影響．最近，筆者帶學(xué)生在中學(xué)教育實(shí)習(xí)時(shí)發(fā)現(xiàn)了甲種本的這個(gè)例子，接著對(duì)廣州市的中學(xué)物理教學(xué)做了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)目前仍有一些中學(xué)在教學(xué)中喜歡使用甲種本的這個(gè)例子．所以，有必要對(duì)這個(gè)例子做進(jìn)一步的分析． 變化的電場(chǎng)能夠在周?chē)目臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)是麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的第二個(gè)要點(diǎn)，也是麥克斯韋對(duì)電磁場(chǎng)理論的最主要的貢獻(xiàn)．這樣，不但傳導(dǎo)電流（由電荷運(yùn)動(dòng)引起）能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)，而且變化的電場(chǎng)（或“位移電流”）也能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)．也就是說(shuō)，產(chǎn)生磁場(chǎng)的途徑有兩種：電流（傳導(dǎo)電流）或者變化的電場(chǎng)（或叫做“位移電流”）．甲種本的這個(gè)例子所講的“運(yùn)動(dòng)電荷要產(chǎn)生磁潮，可以從兩個(gè)層次來(lái)理解． 一、把“運(yùn)動(dòng)電荷要產(chǎn)生磁潮理解為電荷運(yùn)動(dòng)形成電流（傳導(dǎo)電流），這個(gè)電流要產(chǎn)生磁場(chǎng)，這是中學(xué)生所能理解的層次．按照這種理解，這個(gè)電場(chǎng)是由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的，而不是由“位移電流”產(chǎn)生的，即不是由變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的．甲種本的論斷是錯(cuò)誤的． 二、從較高的層次來(lái)理解“運(yùn)動(dòng)電荷要產(chǎn)生磁潮這句話(huà)．電荷的運(yùn)動(dòng)是任意的，由于既有速度ｖ，又有加速度ａ，這個(gè)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)是非常復(fù)雜的，要用電動(dòng)力學(xué)的方法才能處理，一般中學(xué)生不可能理解到這一層次，而且這時(shí)在運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，既有由變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的，也有由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的，到底哪一部分主要，要視電荷的運(yùn)動(dòng)情況及觀測(cè)點(diǎn)的位置而定．在電荷附近（近場(chǎng)區(qū)）磁場(chǎng)主要由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生，所以不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為“這個(gè)磁場(chǎng)是由變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的”． 綜上分析，甲種本用一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)為例來(lái)說(shuō)明電磁場(chǎng)理論的第二個(gè)要點(diǎn)是欠妥的，其結(jié)論“這個(gè)磁場(chǎng)是由變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的”是不對(duì)的． 值得指出的是，麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的第二個(gè)要點(diǎn)包含著深刻而新穎的思想，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)難以為物理學(xué)家們所接受，直到２５年之后，赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，從而證明麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的正確性，這個(gè)理論才得到人們的普遍承認(rèn)．可見(jiàn)，“變化的電場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)”這一假說(shuō)并非能用一個(gè)例子來(lái)加以形象說(shuō)明的．在高中階段講麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的第二個(gè)要點(diǎn)時(shí)，可以像必修本或乙種本那樣，簡(jiǎn)要地給出麥克斯韋的假說(shuō)，而不要企圖找什么形象的例子來(lái)說(shuō)明．倒是有必要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)：電流和變化的電場(chǎng)是產(chǎn)生磁場(chǎng)的兩種途徑．最近筆者帶學(xué)生到中學(xué)教育實(shí)習(xí)時(shí)，就有一些中學(xué)生問(wèn)實(shí)習(xí)老師（筆者帶的實(shí)習(xí)生）：“當(dāng)穩(wěn)恒電流通過(guò)直導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，周?chē)臻g的磁場(chǎng)是穩(wěn)定的，而電場(chǎng)卻不隨時(shí)間做均勻變化，這不是與老師講的電磁場(chǎng)理論的第二個(gè)要點(diǎn)相矛盾嗎？”這說(shuō)明學(xué)生誤以為要產(chǎn)生磁場(chǎng)就必須有變化的電場(chǎng)，并不明白電流和變化的電場(chǎng)均可以產(chǎn)生磁場(chǎng)．或者說(shuō)，學(xué)生學(xué)習(xí)了變化的電場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)，卻忘記了電流是產(chǎn)生磁場(chǎng)的基本途徑．
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