大学物理中静电场与稳恒磁场的对比研究

摘 要：本文通过静电场与稳恒磁场对比教学，并使用MATLAB程序直观模拟，提高学生学习电磁学的学习兴趣，增强学生探索知识的理念。

关键词：静电场 稳恒磁场 MATLAB

中图分类号：O442 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）04（a）-0056-01

电磁学理论在现代物理学中占有重要的地位，它渗透到现代科学技术的各个领域，是许多学科和技术的理论基础。而静电场和稳恒磁场是电磁学理论的两大重要组成部分，但这部分知识对学生来讲，是非常抽象的，要学好这部分内容，教师在讲授过程中要注意教学方法。方法得当，学生就会激发学习的兴趣，收到很好的效果。对有关大学物理教学改革方面的论文有很多，比如管薇写的关于工科大学物理教学改革[1]、张明霞浅谈大学物理教学改革[2]等等。在本文，通过对静电场与稳恒磁场这两部分内容进行对比，再通过MATLAB程序模拟，有助于理解这两部分内容，让学生在学时少的情况下，很好的掌握这部分知识。

1 静电场与稳恒磁场物理量之间对比研究

首先，从描述这两种场的某点性质和场强弱的物理量来进行对比。描述静电场用电场强度矢量E和电位移矢量D，稳恒磁场用磁感应强度矢量B和磁场强度矢量H来描述。D与E之间的关系和B与H之间的关系具有相似的公式，都可以用来表示，代表D或B，而代表E和H，在静电场中表示电介质的电容率，在稳恒磁场中表示磁介质的磁导率。

其次，这两种场的强弱还可以用电场线和磁感应线直观的观察到，众所周知，电磁学学习的难点在于对场的概念难以理解，这时我们讲授时可以利用MATLAB强大的图形功能，使抽象的场的概念形象化，帮助学生理解这一问题。在这里我们来模拟一下电偶极子电场线和等势线以及电流环产生的磁场分布。

（1）电偶极子的电场线和等势线，如图1所示。

（2）电流环产生的磁场分布，如图2所示。

从图1可以直观的看出：电场线是从正电荷出发，到负电荷终止，电场线密集的地方场强也比较强。从图2可以看出电流环中心轴线的磁场强度方向向右，磁感线密集的地方场强强。用这简单的模拟可以让学生直观的观察到，这样更能清晰的理解这两种场。

2 静电场和稳恒磁场相似的定理进行对比

静电场和稳恒磁场都有高斯定理和环路定理，并且，有相似的表达式：

静电场的高斯定理[3]：通过任意闭合曲面的电场强度通量，等于该闭合曲面所包含的电荷的电量除以，即∮，反映静电场是有源场。

稳恒磁场的高斯定理[3]：通过任意闭合曲面的磁通量恒等于零，即∮，说明稳恒磁场是无源场。

静电场的环路定理[3]：静电场中电场强度的环流为零，数学表达式为：∮，环路定理揭示了静电场中电场力做功只与起点和终点的位置有关，而与路径无关，说明静电场是保守场。

稳恒磁场的环路定理[3]：在稳恒电流产生的磁场中，磁场强度沿任一闭合路径的线积分等于闭合路径所包围的传导电流强度的代数和，可表示为∮，由此定理可以看出，稳恒磁场是非保守场。

对于静电场和稳恒磁场还有很多这样相似情况，比如能量、介质的影响等等，都可以放在一起进行比较。总之，对大学物理静电场和稳恒磁场这两部分内容，可以采用比较教学的方法，有助于深入理解两种场的性质，掌握其规律，另外适当用MATLAB模拟一些现象，这对学生掌握这部分知识是至关重要的，能提高学生的学习效率，拓宽学生学习面。

参考文献

[1]管薇.工科大学物理教学改革的思考[J].新课程研究（中旬刊），2012（2）：86-87.

[2]张明霞.浅谈大学物理教学改革[J].科技创新导报，2012（9）：201-202.

[3]内蒙古工业大学物理系.大学物理[M].内蒙古大学出版社，2008.