物理电磁学范文1
关键词：电磁场和电磁波；大学物理；类比教学；创新能力
作者简介：姚文俊（1970-），男，湖北天门人，中南民族大学电子信息工程学院，副教授；程衍富（1956-），男，湖北天门人，中南民族大学电子信息工程学院，教授。（湖北?武汉?430074）
基金项目：本文系湖北省高等学校省级教学项目（项目编号：2010148）的研究成果。
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）23-0050-02
类比教学是通过重复学习（Learning Through Repetition，LTR）策略的一种教学实现。通过类比教学，学习成为了一种重复和对比的过程，这种教学方法有益提高教学质量与教学效果。[1]“电磁场与电磁波”和“大学物理”是高等院校理工科通信和电气等专业必不可少的专业基础课，由于在教学中所学习电磁场和电磁波知识有相似性，所以在“大学物理”的后续课程“电磁场与电磁波”的教学中如果能引人类比的教学方法，是提高该课程教学质量的重要手段。[2]
一、两门课程的相似性
“电磁场与电磁波”和“大学物理”都以高等数学中的微积分知识为基础，通过数学知识的应用来研究电磁场的基本规律。但在具体的教学中是有区别的，首先，两门课的开课时间是不一样，“大学物理”课程一般在大学一年级下学期，而“电磁场与电磁波”课程一般在大学三年级上学期，它们之间存在先后且有衔接问题；第二，两门课的性质和定位不一样，“大学物理”课程是公共基础课，是每个理工科学生必修的课程，而“电磁场与电磁波”课程是专业课，只是针对通信和电气等专业必修的专业基础课；第三，两门课都用到高等数学知识，但侧重点不一样，“大学物理”课程只是运用简单的微积分和矢量运算知识，公式和定律的表述是以积分为主，而“电磁场与电磁波”课程运用二重和三重积分和矢量的梯度、散度和旋度知识，公式和定律的表述是以微分为主，并强调边界条件；第四，学生的感受不一样，“大学物理”课程学习起来感觉难，但有中学的物理基础，还可以应付，“电磁场与电磁波”课程是“大学物理”课程的后续课程，由于大学物理学生学得不好，学习起来感觉“电磁场与电磁波”简直是天书，是学生最怕的并且不及格人数最多的一门课。
二、教学中的类比研究
类比教学是一种比较教学，对象是几种不同的课程，它们必须有先后，是用已学的课程知识来导入新课知识，使学生学习起来有参照，易于接受。但教师在教学中处理教学内容需要简繁有度，重点突出，使学生快速掌握新知识。下面结合“电磁场与电磁波”课程平时的教学，谈谈“电磁场与电磁波”与“大学物理”的类比教学。
1.矢量知识的教学类比
这两门课都是以矢量的运算为基础来展开知识讲述的，即课程与适量知识密切相连，适量运算作为两门课程的第一章的教学内容。“大学物理”的矢量知识只是简单的加减、点乘和叉乘运算，是矢量的入门知识，而“电磁场与电磁波”是梯度、散度和旋度这些比价难的矢量知识，并在整个教学内容中反复用到。在运用类比教学时，要强调矢量知识的重要性。如“大学物理”中是强调课程中的物理量都是矢量，不是中学物理的标量，所有适量有方向，运算中必须考虑方向，不是数学中的简单加减乘除。“电磁场与电磁波”的矢量知识以“大学物理”的为类比，强调学好矢量的梯度、散度和旋度对课程的重要性，并指出在矢量的学习中不仅有“大学物理”常用直角坐标系，还有新的柱坐标系和球坐标系，引入这两个新坐标应与直角坐标系进行类比教学，找出共同点和差异。如直角坐标系（x，y，z）和球坐标系（r，θ，φ）的关系为：
同一个矢量的散度在直角坐标系和柱坐标系的表达就不一样：
2.麦克斯韦方程组的教学类比
“大学物理”中麦克斯韦方程组是以积分形式给出的，而“电磁场与电磁波”中以微分形式给出，在理解时微分形式比积分要难，所以讲述微分形式以类比方法是最好的方式。如讲解传导电流和变化的电场均产生磁场的麦克斯韦方程第一方程时，先写出已学“大学物理”中的积分形式：[3]
让学生推导微分形式，要提醒学生推导中要用到斯托克斯公式：
实际教学中大部分学生最后都能推出微分形式：
类比教学激发了学生学习兴趣，活跃了课堂气氛，也使学生转被动学习为主动学习，踊跃去推导剩下的3个方程，迅速掌握麦克斯韦方程组的微积分形式。
3.解题方法的教学类比
为了使学生掌握所学知识，一定量的例题的讲解和大量的作业训练是必须的，但解题中使用积分的方法还是微分的方法就需要考虑了，一般使用简单的方法，但学生总是用自己很熟悉的积分方法，不愿采用新学的微分方法。教学中采用同一个题目，通过类比教学，让学生自己去领悟，决定求解方法。如求一个电荷体密度为ρ半径为R的球体的电场和电位，用“大学物理”的方法是电场分布有球对称，先由高斯定理，求出不同区域的电场，然后由电场与电位的积分关系，求出电位，这种方法计算量大、容易出错、较为复杂；“电磁场与电磁波”则通过泊松方程来求解，先写出在球坐标系下的泊松方程：
解微分方程，利用边界条件决定积分常数，得到电位，后利用电位与电场梯度关系，得出电场，此法目标明确、易想到、求解简单。实际教学中这两种结题方法都在黑板上给出，不给出好坏建议，学生自己决定。这就是类比教学，通过直观形象的对比让学生领悟新知识。
4.计算机辅助教学类比
“大学物理”课程是学生在刚进入大学所学的一门基础课，有关软件课程均没学过，无法应用编程方法来实现可视化教学，但“电磁场与电磁波”课程的开课时间在高年级，此时学生各方面的知识已具备，可以采用软件实现可视化教学，不断丰富和创新教学手段，提高学生学习“电磁场与电磁波”课程的兴趣，实现教学的终极目标。Matlab软件提供各种工具箱、各类函数以及开放的编程环境，可以给出直观形象的两维或三维的仿真图形，比较适合“电磁场与电磁波”多媒体辅助教学。[4，5]例如解决这样一个题目：有一均匀细圆环，半径为a，环上带有单位的电荷，求其空间的电势和电场分布。“大学物理”中只能求解通过圆环中心垂直环面的中垂线上的电势和电场，无法求解整个空间。这就存在类比教学，但具体实现类比教学时，如果还是用数学知识来解题，学生会觉得枯燥无味，提不起精神，换上Matlab软件的界面，用编程来解题，学生立刻来了兴趣，能积极参与新的教学活动。课堂上用了两种编程方法解题，一种是用偏微分方程工具箱求解，另一种直接用数值积分求解，图1是用偏微分方程工具箱求解画出的细环空间的电势，图2是用数值积分法求解画出的细环空间的电势和电场线。
三、结语
针对“电磁场与电磁波”课程公式多和推导烦琐，学生难学和教师难教的特点，结合前续课程“大学物理”已学的电磁场和电磁波的知识，采用类比教学方法，使学生在已有的知识基础上较快接收新知识，激发了学生的学习兴趣，促动了教师和学生的互动交流，促进授课质量和教学效率的提高，最终达到培养学生的动手和创新能力的终极目标。
参考文献：
[1]孙明轩,汤丽平.信号处理课程中时移性质的类比教学[J].电气电子教学学报,2010,(6):70-71.
[2]吕文俊,徐立勤.“电磁场数学方法”课程中的类比教学法[J].电气电子教学学报,2010,(5):76-78.
[3]冯慈璋,马西奎.工程电磁场导论[M].北京:高等教育出版社,2000.
物理电磁学范文2
一、电磁学教材的整体结构
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．对此，应从以下三个方面来认真分析教材．
1．电磁学的两种研究方式
整个电磁学的研究可分为以“场”和“路”两个途径进行，这两种方式均在高中教材里体现出来．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．
场的方法是研究电磁学的一般方法．场是物质，是物质的相互作用的特殊方式．中学物理的电磁学部分完全可用场的概念统帅起来，静电尝恒定电尝恒定磁尝静磁尝似稳电磁尝迅变电磁场等，组成一个关于场的系统，该系统包括中学物理电学部分的各章内容．
“路”是“场”的一种特殊情况．中学教材以“路”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”和“路”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”为基础的．“场”是电磁运动的实质，因此可以说“场”是实质，“路”是方法．
2．物理知识规律物
理知识的规律体现为一系列物理基本概念、定律和原理的规律，以及它们的相互联系．
物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验，掌握了充分可靠的事实之后，进行分析和比较找出它们相互之间存在着的关系，并把这些关系用定律的形式表达出来．物理定律的形成，也是在物理概念的基础上进行的．但是，物理定律并不是绝对准确的，在实验基础上建立起来的物理定律总是具有近似性和局限性，因此其适用范围有一定的局限性．
第二册第一章“电潮重要的物理规律是库仑定律．库仑定律的实验是在空气中做的，其结果跟在真空中相差很小．其适用范围只适用于点电荷，即带电体的几何线度比它们之间的距离小到可以忽略不计的情况．
“恒定电流”一章中重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律．欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的，对金属导电、电解液导电适用，但对气体导电是不适用的．欧姆定律的运用有对应关系．电阻是电路的物理性质，适用于温度不变时的金属导体．
“磁场”这一章阐明了磁与电现象的统一性，用研究电场的方法进行类比，可以较好地解决磁场和磁感应强度的概念．
“电磁感应”这一章，重要的物理规律是法拉第电磁感应定律和楞次定律．在这部分知识中，能的转化和守恒定律是将各知识点串起来的主线．本章以电流、磁场为基础，它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面，是进一步研究交流电、电磁振荡和电磁波的基础．电磁感应的重点和核心是感应电动势．运用楞次定律不仅可判断感应电流的方向，更重要的是它揭示了能量是守恒的．
“电磁振荡和电磁波”一章是在电场和磁场的基础上结合电磁感应的理论和实践，进一步提出电磁振荡形成统一的电磁场，对场的认识又上升了一步．麦克斯韦的电磁场理论总结了电磁场的规律，同时也把波动理论从机械波推进到电磁波而对物质的波动性的认识提高了一步．
3．通过电磁场在各方面表现的物质属性，使学生建立“世界是物质的”的观点
电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的．大量实验证明在电荷的周围存在电场，每个带电粒子都被电场包围着．电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用．运动电荷的周围除了电场外还存在着另一种唱—磁场．磁体的周围也存在着磁场．磁场也是一种客观存在的物质．磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用．现在，科学实验和广泛的生产实践完全肯定了场的观点，并证明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在，电磁场是物质的一种形态．
运动的电荷（电流）产生磁场，磁场对其它运动的电荷（电流）有磁场力的作用．所有磁现象都可以归结为运动电荷（电流）之间是通过磁场而发生作用的．麦克斯韦用场的观点分析了电磁现象，得出结论：任何变化的磁场能够在周围空间产生电场，任何变化的电场能够在周围空间产生磁场．按照这个理论，变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一场，这就是电磁场．电磁场由近及远的传播就形成电磁波．
从场的观点来阐述路．电荷的定向运动形成电流．产生电流的条件有两个：一是存在可自由移动的电荷；二是存在电场．导体中电流的方向总是沿着电场的方向，从高电势处指向低电势处．导体中的电流是带电粒子在电场中运动的特例，即导体中形成电流时，它的本身要形成电场又要提供自由电荷．当导体中电势差不存在时，电流也随之而终止．
二、以“学科体系的系统性”贯穿始终，使知识学习与智能训练融合于一体
1．场的客观存在及其物质性是电学教学中一个极为重要的问题．第一章“电潮是学好电磁学的基础和关键．电场强度、电势、磁尝磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念．电场线，磁感线是形象地描述场分布的一种手段．要进行比较，找出两种力线的共性和区别以加强对场的理解．
2．电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用．在教学中要使学生认识场和受场作用这两类问题的联系与区别，比如，场不是力，电势不是能等．场中不同位置场的强弱不同，可用受场力者受场力的大小（方向）跟其特征物理量的比值来描述场的强弱程度．在电场中用电场力做功，说明场具有能量．通常说“电荷的电势能”是指电荷与电场共同具有的电势能，离开了电场就谈不上电荷的电势能了．
3．认真做好演示实验和学生实验，使“潮抽象的概念形象化，通过演示实验是非常重要的措施．把各种实验做好，不仅使学生易于接受知识和掌握知识，也是基本技能的培养和训练．安排学生自己动手做实验，加强对实验现象的分析，引导学生从实验观察和现象分析中来发展思维能力．从物理学的特点与对中学物理教学提出的要求来看，应着力培养学生的独立实验能力和自学能力，使知识的传授和能力的培养统一在使学生真正掌握科学知识体系上．
物理电磁学范文3
【关键词】创新；高中物理；电磁学；教学方法
一、高中物理的电磁学
电磁学是高中物理的一个很重要的版块，研究好电磁现象与电磁运动，无论是对这门学科的发展还是对社会生产的提高都有巨大作用。高中物理主要介绍了一些电磁现象与应用，例如，静电感应；电流的磁现象；磁的电现象；还有电场、磁场的性质等等。高中物理的电磁学版块看似与其它版块无关，但其实息息相关。无论是电场中还是磁场中都会有力的作用和能的存在。所以，学好高中物理的电磁学对其他内容的学习与掌握也有一定帮助。
二、传统高中物理电磁学的教学方法中存在的问题
1.教学模式单一
在以前的高中物理电磁学的教学过程中，由于受到高考的影响，往往都是在课堂上进行一种教师“讲”，学生“听”的模式，大部分教师为了完成自己的教学指标，只是把书上的内容原原本本的教给学生，很少有对知识进行深入讲解，也很少让学生参与实验活动或者运用其他的教学模式，这在一定程度上降低了学生对电磁学的学习效率，让学生对电磁学这一章节内容的理解不够透彻，从而让学生产生怕学，甚至拒学电磁学。
2.教师只注重教学结果
在应试教育的大背景下，我国的高中阶段的教学的目标是将学生的解题能力提高，以实现提高学生的考试成绩，从而忽略了对学生动手能力、独立思考能力的培养，以及忽略了学生的创新与团队合作意识等等。在物理电磁学这一章节的教学过程中，教师只会按照课本内容将书上的定理，公式与结论直接教给学生，而对它们的得出过程却很少提到，然后让学生花费大量的时间在做题上，这会在很大程度上影响学生对电磁学的学习能力，只知其然，却不知其所以然，这样教出来的学生就算能在考试中取得好的成绩，也不能代表他将电磁学学好了，这样的教学方法并不能教出真正意义上的物理人才，从长远角度来说，也影响了物理学的进步与发展。
三、创新改革高中物理电磁学教学方法
1.丰富教学模式
物理学是一门理工科，凭传统的单一教学模式会让学生对这门课感到枯燥，从而影响其学习效率，而电磁学在高中物理中有占有很大一部分，是重点也是难点，所以，为了使学生能够将其学好，教师可以采取丰富教学模式的方法去激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效率，最终达到将这门课学好的目的。例如，随着科技的高速发展，现在的高中课堂基本上都配备了多媒体，教师可以充分利用多媒体设备帮助教学，通过多媒体展示的方式让学生更能直观的感受到：“场”现实中看不到，摸不着，但却真实存在。通过多媒体还能将一些电子，质子，带电导体等在电场和磁场中的运动轨迹展示在学生的面前，让学生对它们的运动规律能有个更清晰的认识，对他们的学习也会更有帮助。
除了多媒体教学之外，教师还应适时的带领学生做一些电磁实验，高中生处于青春期，是一个对新鲜事物很好奇的年龄，让他们亲自动手进行电磁实验，他们对实验现象与结论一定会记得十分清楚，那么在电磁学这一章节的学习过程中也会轻松很多，教学效果也会提高。
2.激发学生的学习兴趣
教师的教学方法再好，如果学生对着门课没有兴趣，那么教学效果也不会好，所以，激起学生对电磁的兴趣很重要。首先，教师要让学生感受到生活中处处存在的电磁现象，像静电感应每个人都亲自经历过，另外再让学生理解到电磁这一章节的重要性以及在生活中的应用，也能帮助学生提高学习效率。
另外，在课堂上，教学过程中教师也可以采用一些诙谐幽默的语言活跃课堂气氛，提高教学效率，学生在这样轻松的学习环境下，学生的学习积极性自然很高，遇到自己不懂的地方就会敢于向老师提出，教师也乐于回答学生的问题，这样的教学效率自然很高，学好电磁学这一章节的内容自然也容易许多。
3.教师与学生的共同合作
教学活动是需要结合教师的“教”与学生的“学”一起合作完成的，仅仅靠一方的努力是不够的，所以，教师在改进创新自己的教学方法与模式的同时，还应带领学生一起主动参与到教学活动中来。在进行电磁学这一章节的教学之前，教师可以让学生进行思考在生活中有没有遇到什么与电磁有关的现象，然后通过这些现象进入到电磁学的教学中，当然，还可以让学生在课前预习这一章节的内容，有问题的可以在课堂上提出；这些是课前的准备工作。在课堂上也需要师生的共同合作，教师在教学时不应只顾着完成自己的教学任务，还应考虑到学生们的接受情况，要根据实际情况随时改变教学进度，这样才能让学生学好。至于课后，教师不能让学生一味的做题，还要注意解题方法的教学，培养学生的解题能力，另外，解题的过程也是一个创新能力的培养过程，这对学生能力的全面提高会有很大的帮助。
4.总结物理知识的形成规律
高中物理教学是理论与实验相结合的教学，主要通过多种手段对某个现象或者某个规律进行阐述，从而得出结论的过程。高中物理知识都是蕴含着规律的，一个新定理或者定律的提出，往往是需要其它几个定理作为前提条件的，另外，还有许多定理定律是相似的，这也是一种规律所在。例如电场和磁场，这两者就有很多相似点，带电导体或带电微粒在这两个场中都会受到力的作用；电周围有电场，磁体周围有磁场，力学、运动学等的规律在这两个场中也同样适用。
总之，要想教好高中物理电磁学这一章节，就需要学生与教师的共同努力，教师应紧跟时展的脚步随时改进创新自己的教学方法，同时也应要求学生提高自己的自主学习能力，只有这样，才能将这节内容学好。
【参考文献】
[1]陈玉琨.中国高等教育评价论[M].广东：广东教育出版社，1993
物理电磁学范文4
高中物理“电磁场论”恒定电场静电场为了让学生们更好地找到学习物理的兴趣，笔者对高中物理的“电磁场论”做一个简单的总结，让学生们找到“电磁场论”中本质上起主要作用的因素，在此基础上优化学习抽象的物理量并加以概括。
一、静电场
19世纪30年代，法拉第提出一种观点，认为在电荷的周围存在着有它产生的电场，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。
静电场是由静止电荷在其周围空间激发的电场。该静止电荷被称为场源电荷，简称为源电荷。静电场是在电荷周围存在的一种特殊的物质，看不见摸不着，并非由分子、原子组成，但客观存在。电荷与电荷之间的力的作用通过电场来实现。
静电场的电场线起始于正电荷或无穷远，终止于无穷远或负电荷。静电场的电场线方向和场源电荷有着密切的关系。当场源电荷为正电荷时，该电场的电场线成发散状；当场源电荷为负电荷时，该电场的电场线成收敛状。其电场力移动电荷做功具有与路径无关的特点。用电势差描述电场的能的性质，或用等势面形象地说明电场的电势分布。
二、恒定电场
导线中的电场是恒定电场，不是静电场。恒定电场是闭合回路中电源两极上带的电荷和导线和其他电学元件上堆积的电荷共同激发而形成的，其特点是电场线处处沿着导体方向，由于电荷的分布是稳定的（即达到动平衡状态），由这种稳定分布的电荷形成的电场称为恒定电场。导线内的电场是在接通电源后的极短时间内（以光速C）完成的。
恒定电场是自由电荷在导体中定向移动的原因。由于在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同，因此会对处在其中的电荷有力的作用，也就会推动自由电荷发生定向移动形成电流，但自由电荷不会一直加速，会不断的与不动的粒子发生频发的碰撞（形成电阻的微观本质）受到不动的粒子对他运动的阻碍作用，自由电荷做的是平均匀速率不变的运动。
在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。
三、涡旋电场
实验表明，磁场变化时线圈产生的感应电动势与导体的种类、形状、性质和构成均无关，是由磁场本身的变化引起的。因此麦克斯韦提出了“变化的磁场会在其周围的空间激发一种电场，正是这种电场使得闭合回路中产生了感应电动势和感生电流”的理论，并将这种电场称为涡旋电场。
随时间变化的磁场在其周围空间激发的电场称为感应电场，由于这种电场具有涡旋性,所以又称为涡旋电场。涡旋电场是一种非保守场，其电场线是无始无终的闭合曲线，没有起点、终点。闭合的电场线包围变化的磁场。
现行中学物理教学大纲对“涡旋电场”不作要求，但教材中却有多处涉及“涡旋电场”：如在电磁感应现象中，为了对电磁感应现象有更深入的理解，根据磁通量变化原因不同，把感应电动势分为动生电动势与感生电动势，同时针对感生电动势，引人了涡旋电场的概念。
总之，涡旋电场与静电场有着明显的区别，静电场是有源无旋场，电荷是场源；涡旋电场是无源有旋场。学生在学习高中物理遇到了三种电场：一种是由电荷激发的静电场，一种是闭合回路中电源两极上带的电荷和导线和其他电学元件上堆积的电荷共同激发而形成的恒定电场，最后一种是由变化的磁场在其周围激发的电场为感应电场，即涡旋电场。
四、磁场
磁场是电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质，一种看不见，而又摸不着的特殊物质。磁铁周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。
磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，磁场对电流、对磁体的作用力或力矩皆源于此。与电场相仿，磁场是在一定空间区域内连续分布的矢量场，描述磁场的基本物理量是磁感应强度矢量B，也可以用磁感线形象地图示。然而，作为一个矢量场，磁场的性质与电场颇为不同。运动电荷或变化电场产生的磁场，或两者之和的总磁场，都是无源有旋的矢量场，磁力线是闭合的曲线族，不中断，不交叉。换言之，在磁场中不存在发出磁力线的源头，也不存在会聚磁力线的尾闾，磁力线闭合表明沿磁力线的环路积分不为零，即磁场是有旋场而不是势场（保守场），不存在类似于电势那样的标量函数。
五、电磁场
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现在通电的导体周围存在着磁场，从而知道了电和磁相互依存的关系。电场、磁场是性质不同的两个场，电场是电荷存在于空间的证据，是电荷对空间的影响；磁场是电荷加速于空间的证据，是电流对空间的影响。但它们像一对孪生兄弟，经常形影不离，相互依存。若电荷静止则只有电场，若只有一个磁体，其磁场不随时间变化，则只有磁场。变化的电场产生磁场,静电场不能产生磁场；变化的磁场产生电场，静止的磁场不能产生电场。
物理电磁学范文5
一、教学目标
（一）知识与技能
1.通过探究活动知道通电直导线周围存在着磁场和通电螺线管外部的磁场。
2.学会用安培定则判定相应磁体的磁极和通电螺线管的电流方向。
（二）过程与方法
1.引导学生积极参与探究活动并体验发现规律的乐
趣，提高分析和总结规律的能力。
2.在分组实验中养成合作意识，培养合作学习的能力。
（三）情感态度与价值观
通过探究体验电磁的联系，激发学习的兴趣，形成乐于探索的精神。
二、重点难点
重点：探究通电螺线管外部的磁场。
难点：如何设计奥斯特实验和通电螺线管外部的磁场以及如何引导学生进行探究。
三、教学资源
学生刚学完磁体与磁场。对磁体的相关知识有了一定的了解。电流的磁效应是学习电磁现象的重要基础。在教学中要尽可能让学生感受电流及其周围的磁场是同时存在的且密不可分。让学生自己去探究、总结规律。
实验所需的器材包括：导线若干、开关、电源、小磁针、电磁铁、回形针、铁屑。
四、教学过程
【创设情境，引入新课】
师提问：当把小磁针放在条形磁体的周围时，观察到什么现象？请思考为什么？
利用实物投影进行演示。
生回答：观察到小磁针发生偏转。因为磁体周围存在着磁场，小磁针受到磁场的磁力作用而发生偏转。
师追问：小磁针是不是只有放在磁体周围才会受力发生偏转呢？其他物质周围存在磁场吗？
通过多媒体展示生活中常见的实物：电话、收音机、电视、洗衣机等都用到了磁。
【合作交流 互动探究】
（一）通电直导线周围的磁场
师问1：有什么方法能判断电流周围是否有磁场？
学生交流讨论。展示：可以用小磁针靠近通电导体，观察小磁针是否会发生偏转。
师问2：需要哪些器材？导线与小磁针的位置关系怎样？
生回答：器材有导线、电池、开关、小磁针；用电器导线与小磁针平行放置。
为了得到较大的电流，让实验现象变得明显，此电路中不用电器，闭合开关让电路瞬间短路得到较大的电流，所以在实验过程中一定要注意，闭合开关看到现象后立即断开开关。
要求学生对照问题“导线通电时，小磁针是否会发生偏转？断电时呢？”进行实验并思考通过这个现象可以得到什么结论。
如图（PPT图略）所示，将一根直导线放在静止小磁针的上方并使直导线与小磁针平行。
友情提醒：（1）导线与小磁针平行放置。（2）通电时间不能太长。（3）注意观察电流方向和小磁针的偏转方向。
活动展示：导体通电，小磁针发生偏转，说明通电后导体周围对小磁针产生磁力的作用。
学生归纳：通电导线和磁体一样，周围也存在着磁场。
生提问：本组磁针N极顺时针方向偏转？旁边有的为什么逆时针偏转？
师启发：小磁针N极的偏转不同说明什么？
生回答：说明磁场的方向不同。
师追问：磁场的方向可能与什么因素有关呢？请大家改变电流方向重做实验。先思考如何迅速改变电流方向？
生1回答：改变电源的正负极。
生2回答：也可以交换导线的两端。
学生活动展示成果：观察到当电流的方向变化时，小磁针N极偏转方向也发生变化，说明磁场方向与电流有关。
师问：在实际生活应用中往往需要较大的磁场，那如何增强直导线的磁场？
生1回答：增大电流。
生2回答：把直导线缠绕，把电流叠在一起增强磁场。
（二）探究通电螺线管周围的磁场
师问1：通电螺线管周围有没有磁场呢？
学生猜想并要求学生说出猜想的依据。
师问2：如何用实验验证这个猜想呢？需要哪些器材？
师问3：假如通电螺线管周围有磁场，怎样知道通电螺线管周围磁场的方向和分布？如何知道某点的磁场方向？
生回答：把小磁针放在通电螺线管周围，观察小磁针静止时的N极的指向。
师问4：怎么知道磁场的方向（N/S极）与电流的方向有没有关系呢？
大家讨论如何设计试验，实验的步骤怎样。学生讨论交流汇报，小组成员间分工合作，由小组长分配组内每个同学的任务。
学生活动：每组发一张如右图所示的纸，螺线管放在长方形上，把小磁针依次放在周围的小圆圈内，螺线管通电后画出各点的小磁针静止时N极的指向。
学生活动后实物投影两个学生所画的图，问其他同学是否一样。
师引导：观察到的现象和哪个物体周围的磁场相似？如何知道更多点的磁场方向呢？
生1回答：用更多的小磁针。
生2回答：用铁屑做实验。
演示在通电螺线管的周围撒上铁屑，并轻轻敲击玻璃板，让铁屑分布均匀，与PPT中条形磁铁的磁场进行对比。
要求学生改变电流方向，重复上述实验。
小组讨论：（1）观察比较所画的两幅图，它们有哪些相同和不同之处？（2）通电螺线管周围的磁场方向与电流方向有关吗？
学生回答后，教师板书：通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似。
师提问：螺线管的N、S极分别在哪端呢？
学生回答后，教师板书：通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。当电流的方向变化时，通电螺线管的极性也发生改变。
师提问：有没有简便方法呢？
（三）通电螺线管磁极的判断：安培定则
学生看书、讨论，弄清安培定则的作用和判定方法后进行展示：
1.作用：可判断通电螺线管的磁性与电流方向的关系。
2.判定方法：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向与螺线管中的电流方向一致，则大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。（多媒体演示判断）
学生讨论补充总结使用安培定则的方法和顺序：
1.查清螺线管的绕线方向；
2.标出电流在螺线管中的方向；
3.用安培定则确定螺线管的磁极方向。
练习：如下图。
1.判断通电螺线管的N、S极；
2.判断通电螺线管上电流的方向；
3.标出电源的正负极。
【回顾反思，归纳总结】
1.知识点总结。
2.科学探究过程中用到的方法，小组合作的体会等。
五、教后反思
在教学改革不断向纵深发展的今天，学校着力打造“学程导航”范式教学模式，打造智慧高效的课堂。《学记》中说：“君子之教喻也，道而弗牵，强而弗抑，开而弗达。”也就是说，习题先让学生动手做，规律先让学生动手发现，方法应让学生去总结，思路应让学生自己去探索，问题应让学生自己解决。所以我觉得理想的课堂应该是“学堂”，而不是“讲堂”；是“练功房”，而不是”表演场”。教师讲了不等于懂，懂了不等于会，会了不等于通。从讲到通，学生的主动参与是桥梁。
“电流的磁场”是苏科版物理教材中的内容，本课内容是初中物理电磁学部分的一个重点。奥斯特的发现揭示了电现象和磁现象是紧密联系的，它有力推动了电磁学的研究和发展，导致了人造磁体和电磁铁的发明。本节课依据教材，结合新课改的理念，根据“学程导航”范式教学模式要求，从学生的认知角度设计教学内容，教学设计具有独创性。本课设计中充分发挥了实验教学的功能，体现了物理这门学科的特色。
在引入新课时创设了一个物理情境，再通过多媒体展示生活中常见的实物，使学生猜想磁与电有密切的关系，激发学生的探究兴趣，使学生把物理和生活有机、自然联系起来了，拉近了物理和生活的距离。
把教材中奥斯特的演示实验进行改进，改为学生分组实验，通过问题设置层层深入激发学生思考，通过学生分组活动，自己能观察现象得出结论，PPT中习题围绕实验现象和结论及时巩固。
教材中从通电直导线周围磁场的探究过渡到通电螺线管外部磁场的探究，符合初中生的认知规律，让学生了解并经历人类对某一自然规律认识的历史。在通电直导线周围的磁场基础上引导学生进行探究，大大提高了实验的可视性和可操作性，拓展了实验装置的功能，形成了有预设和生成的教学资源，让学生体验“发现问题――猜想和假设――设计方案――进行实验和收集证据――分析论证得出结论”这个研究性学习的过程，逐步培养学生的问题意识、观察能力以及合作探究能力，让学生自己动手探究规律，虽然所用时间较长，但充分发挥学生的主动性，在学生探究活动的基础上，教师演示用类似研究条形磁铁周围磁场分布的方法，在有机玻璃上均匀地撒一层铁屑，让学生观察通电螺线管整体磁场的分布情况，以拓宽学生的知识面。
物理电磁学范文6
关键词 电磁学 教学 类比法
中图分类号：G642；O4-4 文献标识码：A
1场的物质性
电场或磁场都是特殊形态的物质，是客观存在的，与实物一样，具有物质的一般属性，包括质量、能量以及在运动中体现的动量和角动量。但是电场或磁场又具有与实物不同的特殊属性，是看不见摸不着的，人们只能通过它的对外表现来发现它的存在。另外，场具有空间兼容性，在同一空间中可以同时存在多种不同的场，而且各种场相互之间没有影响，可以说场是各自独立的。
2场的对外表现
2.1施力
静电场是由相对观察者静止的电荷产生的，稳恒磁场是由恒定电流产生的，它们虽然看不见摸不着，但都具有对处于其中的电荷或运动电荷有力的作用的特点。所以，在检验场的存在或者探索场的性质时，对于静电场，我们可以在其中置入试验电荷，根据试验电荷受电场力的特点来讨论电场的强弱及方向，而对于稳恒磁场，则可以类似地在其中置入电流元、运动电荷、小磁针或载流线圈，根据它们的受磁场力（磁力矩）的特点来讨论磁场的强弱及方向。
2.2做功
当电荷在电场中运动时，电场不仅对该电荷施加力的作用，还要对其做功，体现了电场具有能量的物质属性。同样的，载流导线、运动电荷及载流线圈在稳恒磁场中运动时，磁场也要对它们做功，反映了磁场同样具有能量。
3场的描述
3.1定量描述
对静电场或稳恒磁场的定量描述，教学中均是先从场对外施力的角度入手的，根据试验电荷或运动电荷的受力情况，对场进行定量分析。
将试验电荷置于静电场中时，发现在电场中不同位置试验电荷受力的大小和方向可能各不相同，说明电场有强弱有方向，而在电场中同一点，实验电荷受力的大小与其自身电量成正比，但是两者的比值是常量，据此定义了描述电场自身性质的物理量――电场强度，简称场强，静电场是矢量场。多个场源电荷产生的电场，其总场强满足场强叠加原理。
类比静电场，探索磁场性质时，类比电场，试验元件也可选为运动电荷，当将电量为q、速度为的运动电荷置于磁场中时，同样可以根据其受磁力特点定义出描述磁场强弱和方向的物理量，即反映磁场自身性质的物理量――磁感应强度，磁场也是矢量场，具有可叠加性，满足叠加原理，。
另外，对静电场或稳恒磁场的定量描述，也可以从场对外做功的角度入手。对于静电场，由于静电力做功具有与路径无关、只与电荷运动的始末位置有关的特点，与力学中所学的保守力做功特点对比，静电力显然也是一种保守力，从而静电场是保守场，从而可以引入电势能及电势的概念，电势即是从做功的角度反映电场自身性质的物理量。而对于稳恒磁场，因其不是保守场，无法引入磁势的概念。
3.2 形象描述
为了形象地描述电场中场强的分布，在电场中引入电场线，电场线上任意一点的切线方向为该点电场的方向，其疏密程度表示电场的强弱。类似地，为了形象描述磁场，在磁场中引入磁感应线，表示磁场的方向与强弱。
4反映场性质的基本定理
4.1高斯定理
在讲解静电场中的高斯定理时，先形象地引入电场线和电通量的概念，得出闭合曲面的电通量，然后推导出静电场的高斯定理，其形式为：
式中是高斯面S上面元dS处的场强，是空间所有电荷共同激发的，而电通量仅与高斯面S内的净余电荷有关，与面内面外的电荷分布无关。静电场的高斯定理反映了静电场是有源场，电场线的源是电荷。
在讲解稳恒磁场中的高斯定理时，类比于静电场，同样先地引入磁感线和Q通量的概念，得出闭合曲面的Q通量，然后给出磁场的高斯定理，其形式为：
=0
它反映了稳恒磁场是无源场、涡旋场，磁感线的是无头无尾的闭合曲线。
4.2环路定理
对于静电场的环路定理，是从静电力做功的特点出发，然后给出静电场的环路定理，其形式为：
它反映了静电场是保守场，因此在电场中可引入电势能、电势的概念。
对于稳恒磁场的环路定理，则可类似的导出，
式中是环路L上处的磁感应强度，是空间所有电流共同激发的，而的环流仅与环路内的电流有关。磁场的环路定理反映了磁场不是保守场，因此在磁场中不能类似地引入磁势能、磁势的概念。
5场的能量
电场能量储存在电场中，磁场能量储存在磁场中，对应的能量密度分别为we= E2/2和wm=B2/2 ，表达式在形式上也非常类似。
总之，在讲解电磁学时，几乎处处都要用到类比。教学中具体使用时要注意巧妙而准确地选择类比对象，要抓住事物的本质属性，只要将类比运用恰当，就可以少费口舌，化抽象为具体，使教学得到好的效果。
参考文献
