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電磁場理論教學中一個值得注意的問題
電磁場理論教學中一個值得注意的問題 高中物理課本甲種本（１９８５年第１版）第三冊第１５３頁在介紹麥克斯韋電磁場理論時敘述道：“麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現(xiàn)象，認為變化的電場能夠在周圍空間產生磁場．這是電磁場理論的第二個要點．一個靜止的電荷，它產生的是靜電場，即空間各點的電場強度不隨時間而改變．這個電荷一旦運動起來，電場就發(fā)生變化．另一方面，運動電荷要產生磁場，用場的觀點來分析這個問題，就可以說：這個磁場是由變化的電場產生的．”筆者認為，這里用運動電荷產生磁場為例來說明電磁場理論的第二個要點是欠妥的．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）中沒有這個例子，但是這個例子在現(xiàn)在的高中物理教學中仍然存在著不良的影響．最近，筆者帶學生在中學教育實習時發(fā)現(xiàn)了甲種本的這個例子，接著對廣州市的中學物理教學做了調查，發(fā)現(xiàn)目前仍有一些中學在教學中喜歡使用甲種本的這個例子．所以，有必要對這個例子做進一步的分析． 變化的電場能夠在周圍的空間產生磁場是麥克斯韋電磁場理論的第二個要點，也是麥克斯韋對電磁場理論的最主要的貢獻．這樣，不但傳導電流（由電荷運動引起）能夠在周圍空間產生磁場，而且變化的電場（或“位移電流”）也能夠在周圍空間產生磁場．也就是說，產生磁場的途徑有兩種：電流（傳導電流）或者變化的電場（或叫做“位移電流”）．甲種本的這個例子所講的“運動電荷要產生磁潮，可以從兩個層次來理解． 一、把“運動電荷要產生磁潮理解為電荷運動形成電流（傳導電流），這個電流要產生磁場，這是中學生所能理解的層次．按照這種理解，這個電場是由傳導電流產生的，而不是由“位移電流”產生的，即不是由變化的電場產生的．甲種本的論斷是錯誤的． 二、從較高的層次來理解“運動電荷要產生磁潮這句話．電荷的運動是任意的，由于既有速度ｖ，又有加速度ａ，這個電荷產生的電場和磁場是非常復雜的，要用電動力學的方法才能處理，一般中學生不可能理解到這一層次，而且這時在運動電荷產生的磁場中，既有由變化的電場產生的，也有由傳導電流產生的，到底哪一部分主要，要視電荷的運動情況及觀測點的位置而定．在電荷附近（近場區(qū)）磁場主要由傳導電流產生，所以不能簡單地認為“這個磁場是由變化的電場產生的”． 綜上分析，甲種本用一個運動電荷產生磁場為例來說明電磁場理論的第二個要點是欠妥的，其結論“這個磁場是由變化的電場產生的”是不對的． 值得指出的是，麥克斯韋電磁場理論的第二個要點包含著深刻而新穎的思想，在相當長的一段時間內難以為物理學家們所接受，直到２５年之后，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，從而證明麥克斯韋電磁場理論的正確性，這個理論才得到人們的普遍承認．可見，“變化的電場能夠在周圍空間產生磁場”這一假說并非能用一個例子來加以形象說明的．在高中階段講麥克斯韋電磁場理論的第二個要點時，可以像必修本或乙種本那樣，簡要地給出麥克斯韋的假說，而不要企圖找什么形象的例子來說明．倒是有必要向學生強調：電流和變化的電場是產生磁場的兩種途徑．最近筆者帶學生到中學教育實習時，就有一些中學生問實習老師（筆者帶的實習生）：“當穩(wěn)恒電流通過直導線時，周圍空間的磁場是穩(wěn)定的，而電場卻不隨時間做均勻變化，這不是與老師講的電磁場理論的第二個要點相矛盾嗎？”這說明學生誤以為要產生磁場就必須有變化的電場，并不明白電流和變化的電場均可以產生磁場．或者說，學生學習了變化的電場能夠在周圍空間產生磁場，卻忘記了電流是產生磁場的基本途徑．
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