物理學(xué)習(xí)中如何把握電場(chǎng)和磁場(chǎng)

林大皓 武漢市洪山高級(jí)中學(xué)

電場(chǎng)和磁場(chǎng)雖然客觀存在，但卻看不著、摸不著，所以對(duì)于高中生來(lái)講其相關(guān)知識(shí)很是難以理解。同時(shí)，由于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的知識(shí)點(diǎn)較多，且相似性較高，因此，高中生在學(xué)習(xí)時(shí)就很難把握清楚其相關(guān)知識(shí)，甚至發(fā)生將知識(shí)混淆的情況。其實(shí)，物理學(xué)中“場(chǎng)”這一概念是指存在具有一定性質(zhì)的物體能對(duì)與之不相接觸的類似物體施加一種力的情況的以空間位置函數(shù)來(lái)表示的某種空間區(qū)域。

1 電場(chǎng)

電場(chǎng)是指電荷即磁化周圍空間里存在的一種特殊媒介物質(zhì)，具有力和能的特性，其中前者是指電場(chǎng)對(duì)本電場(chǎng)中的電荷具有作用力。后者是指當(dāng)電荷在本電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，前者所產(chǎn)生的作用力對(duì)該電荷做功。由于實(shí)際中電場(chǎng)的具體情況有所不同，電場(chǎng)又可分為靜電場(chǎng)、恒定電場(chǎng)、渦旋電場(chǎng)三種。

1.1 靜電場(chǎng)

靜電場(chǎng)是指觀察者與電荷相對(duì)靜止時(shí)所觀察到的電場(chǎng)。其中的電荷被稱為靜止電荷，又被稱為場(chǎng)源電荷，簡(jiǎn)稱源電荷。其基本特征是靜電場(chǎng)對(duì)存在其中的靜止電荷的有力的作用。因此，換句話來(lái)說(shuō)，靜電場(chǎng)的定義又可以是靜止電荷在其周圍空間激發(fā)的電場(chǎng)，是一種存在與靜止電荷周圍的特殊媒介物質(zhì)。因?yàn)殪o電場(chǎng)的電場(chǎng)線并不閉合，所以其無(wú)論其中存在的電荷沿任意閉合路徑進(jìn)行移動(dòng)，電場(chǎng)力所做的功皆是零，由此可知靜電場(chǎng)和靜電力都具有保守性。

1.2 恒定電場(chǎng)

恒定電場(chǎng)是指一種閉合回路中電源兩極上帶的電荷與導(dǎo)線和其他電學(xué)元件上堆積的電荷共同激發(fā)而形成的電場(chǎng)，其中存在的電荷分布較為穩(wěn)定且電場(chǎng)線處處沿著導(dǎo)體方向。其中需要注意的是，導(dǎo)線接通電源后會(huì)以極快的速度形成電場(chǎng)。恒定電場(chǎng)中，自由電荷在導(dǎo)體中移動(dòng)的軌跡都是定向的，而且隨著時(shí)間的變化存在其中的電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度皆不會(huì)發(fā)生變化。因此與靜電場(chǎng)相同，恒定電場(chǎng)對(duì)于存在其中的電荷會(huì)有力的作用，然后形成電流。在這一過(guò)程中，自由電荷所做的運(yùn)動(dòng)是均勻速率不變的，這是因?yàn)槠涫艿搅瞬粍?dòng)粒子的阻礙。

1.3 渦旋電場(chǎng)

渦旋電場(chǎng)是指隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)在其周圍空間所激發(fā)的、能對(duì)身處其中的帶電粒子施以力的作用的、能使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感生電流的一種電場(chǎng)。這種電場(chǎng)因具有渦旋形而被稱為渦旋電場(chǎng)，又稱為感應(yīng)電場(chǎng)。這種電場(chǎng)與靜電場(chǎng)不同具有非保守性，因此其電場(chǎng)線不僅閉合，還沒(méi)有始點(diǎn)和終點(diǎn)，同時(shí)呈彎曲狀以包圍變化的磁場(chǎng)。由于現(xiàn)行物理高考中對(duì)于渦旋電場(chǎng)的考察較少，所以本文就不再多做介紹。

2 磁場(chǎng)

磁場(chǎng)是指一種看不見(jiàn)、摸不著的，不是由原子組成，也不是由分子組成的，客觀存在的特殊物質(zhì)，其通常存在于電流、運(yùn)動(dòng)電荷、磁體、變化電場(chǎng)的周圍空間。運(yùn)動(dòng)電荷或電場(chǎng)的變化是磁場(chǎng)產(chǎn)生的原因。具體來(lái)說(shuō)就是，磁場(chǎng)存在于磁體周圍，磁場(chǎng)幫助各磁體間不用接觸就可以進(jìn)行相互作用，同時(shí)電荷的運(yùn)動(dòng)又使得磁體產(chǎn)生了磁性。

磁場(chǎng)對(duì)電流、磁體的作用力或力矩皆是由于磁場(chǎng)能夠?qū)Υ嬖谄渲械倪\(yùn)動(dòng)電荷施加作用力，后者是磁場(chǎng)的基本特征。在一定空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的矢量場(chǎng)是磁場(chǎng)的一大特點(diǎn)，因此，在對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行描述時(shí)，可以使用磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量場(chǎng)和磁感線兩種工具。同時(shí)，磁場(chǎng)作為一個(gè)矢量場(chǎng)具有無(wú)源有旋的特點(diǎn)，其磁力線不中斷交叉，且成族呈曲狀出現(xiàn)。這就表明沿磁力線的環(huán)路積分不為零，磁場(chǎng)不具有保守性，而具有有旋性。

3 電磁場(chǎng)

英國(guó)科學(xué)家麥克斯韋在1864年在對(duì)前人的研究成果分析總結(jié)后，確定了電磁波存在且其傳播速度與光相同，從而建立了一套完善的電磁波理論。二十三年后，德國(guó)科學(xué)家赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了麥克斯韋理論的正確性。即電磁波確實(shí)存在，且以有限的速度進(jìn)行傳播。同時(shí)赫茲還有了電磁波具有可交換的能量和動(dòng)量，其與粒子之間還可以互相轉(zhuǎn)化，與實(shí)物之間也能互相作用等新的發(fā)現(xiàn)，有利地證明了電磁場(chǎng)是一客觀存在的、沒(méi)有靜質(zhì)量的物質(zhì)這一論斷。帶電物體所產(chǎn)生的物理場(chǎng)就是電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)又反過(guò)來(lái)對(duì)這些帶電物體產(chǎn)生作用力，麥克斯韋方程和洛倫茲定律是描述這二者關(guān)系的較好的工具。換句話來(lái)說(shuō)，隨時(shí)間變化電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，隨時(shí)間變化磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，二者之間具有緊密的內(nèi)在聯(lián)系，互為因果，相互依存，然后所成的統(tǒng)一體就是電磁場(chǎng)。值得注意的是，靜電場(chǎng)不能產(chǎn)生磁場(chǎng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于電場(chǎng)和磁場(chǎng)相關(guān)知識(shí)的抽象性，高中生學(xué)習(xí)把握起來(lái)比較困難。因此，高中生有必要對(duì)其相關(guān)知識(shí)有一個(gè)比較深入、清楚的了解，弄清楚電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及電磁場(chǎng)的概念、特點(diǎn)、性質(zhì)以及這些場(chǎng)之間的相似與不同處。這樣高中生就能夠?qū)﹄妶?chǎng)和磁場(chǎng)的相關(guān)知識(shí)有一個(gè)比較清楚明白的了解，在物理學(xué)習(xí)時(shí)就會(huì)比較容易把握相關(guān)知識(shí)。

[1]劉紅超.淺談高中物理中的靜電場(chǎng)和磁場(chǎng)[J].科研,2016,(12):44.

[2]李子康.電磁場(chǎng)知識(shí)在實(shí)際生活中的應(yīng)用探討[J].小作家選刊,2016,(2):58.