电磁学论文 篇一
【关键词】法拉第；电磁感应；皇家研究院
一、19世纪初英国的科学、哲学与社会
19世纪初叶，不论是对于英国还是欧洲大陆的德国、法国都是可以称为是科学复兴和发展的时期。在欧洲大陆，各国科学思想交流广泛，科学探究方法也普遍得到认同，科学成为了国际性的事业。同时，科学与社会的联系也日益紧密。支配科学方法的那种数学精神也影响了贸易、商业和工业。“科学上的每个进步都增进我们对实际生活中某些可测量现象的驾驭；而实际生活中每个新发展都为科学探究准备了一块新的领域”。
英国虽然也受到德、法两国的影响，但是，同哲学上的德国和科学上的法国相比，英国在本世纪表现得明显的无所建树。这一时期科学在法国可以夸耀的那种组织和保护在英国却闻所未闻。英国科学没有一个中央组织机构，也没有形成什么学派，相反则是独立的个人风格。
在经济方面，英国的资产阶级正处于工业化过程中，他们越来越发现科学发展对技术革新产生的巨大影响。新的技术学院相继建立，企业为其提供资金支持，还设立各种奖金；私人性质的学会和民间组织也可以从个人、企业或国家支持，继而可以从事工业所需的相关科技研究。这样的联系一方面使科学不再是有闲、有钱的阶层的特权，而是作为一种职业存在；另一方面，科学也越来越成为实验室、工厂和市场的差使。自由研究的可能性越来越小，取而代之的是仅仅解决实际生产中技术层面的问题。
在哲学与科学思想方面，英国也受到德国自然哲学兴起的影响。自然哲学是用化学、数学，运用对立、互补、有机结合等概念来解释自然。对立和统一思想就是自然哲学的产物。正是由于这一思想的广泛传播才在科学上引起了一个重要的结果。科学家开始关注多年被视为毫无关系的电现象和磁现象，开始研究电学和磁学以及电、磁之间的相互联系。
二、法拉第及其早年的成长和工作的背景
法拉第出生于伦敦的一个贫民窟，父亲是铁匠。虽然家境贫苦，但幼年的法拉第还是读了几年小学。在那里他学习了基本的读写和算术。这样的基本教育使得法拉第从1804年开始在G.黎堡先生的书店作装订学徒的生活可以变得有意义。他可以阅读所要装订的大量书籍。正是在这长达7年学徒生活中，法拉第读到了I.瓦茨的《意识的改善》，“这本书成了指导法拉第学习的第一位老师”。在装订《大英百科全书》中J.梯特勒撰写的“电学”条目时，法拉第开始对科学产生了最初的兴趣。“他开始在书店的住处做实验，并记实验日记，一直坚持了数十年”。试想如果没有早年的基本读写和算术教育。这些书籍不可能对法拉第走上科学道路产生最初的影响。
法拉第曾在1810年参加了由J.塔特姆组织的“市哲学学会”。“这个学会的成员每星期三在塔特姆家聚会，讨论感兴趣的科学问题、交流将已，听塔特姆作自然哲学讲演”。正是在市哲学学会法拉第完成了他的“基本科学造就”。在获得了力学、电学、光学、化学等基础学科的启蒙之时，他的兴趣也与日俱增的集中于科学。
法拉第在1812年2月～4月听了戴维的四次讲演，他仔细作了笔记，将笔记仔细装订并在当年的12月送给了戴维，明确地表达了从事科学的愿望。1813年在戴维推荐下法拉第成为皇家研究院的实验室助理。至此，法拉第开始了他风云变化的科学历程。
三、电磁感应定律的发现
（一）19世纪20年代电磁学的发展。1820年，奥斯特发现电流磁效应后，物理学界表现了极大的关注，但同时也认为这就是电磁关系的全部内容。1821年英国《哲学年鉴》的主编约请戴维撰写一篇文章，评述奥斯特发现以来电磁学实验的理论发展概况．戴维把这一工作交给了法拉第．法拉第在收集资料的过程中，对电磁现象的研究产生了极大的热情，并开始转向电磁学的研究。1821年，法拉第发现了电磁旋转现象，第一次实现了将电磁力转化为机械力。他仔细地分析了电流的磁效应等现象，1822年他在日记中写下了自己的思想：“磁能转化成电”。与此同时，毕奥与安培对于奥斯特的发现做出回应，他们二人在关于电磁作用力的性质的问题上展开了一场争论。毕奥认为电、磁都是不能变更的实体，在电磁相互作用中得到统
一。而安培则认为电、磁是相同的实体，同一性在电流方面反映出来。法拉第也许从这场争论中隐约看到，处理电磁学方面的问题，力比物质、效应比实体是更为关键的东西。1822年，阿拉果和洪堡在进行地磁强度测定时发现金属可以阻止磁针的振荡。这其实是人类发现的第一个电磁感应现象。1824年阿拉果根据此现象又作了一个实验，将一个铜盘装在一个垂直轴上，让其可以自由旋转，但稍有滞后；反之，当磁针旋转时，铜盘亦然。这就是著名的“阿拉果圆盘实验”。阿拉果本人解释不了这个现象。安培在实验中用通电流的螺线管取代磁针，仍得到阿拉果实验相同的结果。但他没有发现阿拉果圆盘实验反映的是一种全新的事实，而简单的把本来不属于他的电动力学范畴的东西归并入他的理论，使一种已经暴露出来的新现象又重新掩盖起来。
（二）法拉第建立电磁感应定律的过程
早在1825年11月开始，法拉第就设计了三个实验试图找到磁转化为电的证据，但由于他还没有意识到电磁感应中最关键的东西，这三个实验都失败了。如果法拉第先接好电流计，再把电池接于到鲜活螺线管的两端，他就能看到电流计指针转动。
都使用蹄形铁芯而获得了比以往更强的磁场。这一系列研究深深的吸引了法拉第。他匆匆忙忙的向皇家学会打报告，请求暂停光学玻璃的研究，以便重新进行放下了多年的电磁研究。
法拉第第一要解决的是寻找一种体积小而效益高的电磁铁。起初，他试图用强磁铁靠近闭合线圈或用强电场使邻近的闭合导线中产生出稳定的电流，但一次次都失败了。他探寻使磁体产生最大张力的最好形状是什么，最后他可能作了这样的设想，蹄形电磁铁比棒形电磁铁的能力强，若将铁芯做成环形，可能会获得更高的能力。（这种封闭型电磁铁实为人类的第一个变压器）1831年8月26日，法拉第在日记中描述了线圈的样子。厚7/8英寸，外环直径6英寸的软铁环上绕上两个彼此绝缘的线圈A和B。B的两端用导线连接成闭合回路，在导线的下面放置一个与导线平行的小磁针（相距3英尺）；A和一个电池组连接在一个开关上（这个线圈现存于伦敦皇家学会，线圈上仍带有法拉第当年给它们写上的标号A和B）1831年8月29日，法拉第在进行这一实验时偶然发现，当开关合上有电流通过线圈A的瞬间，小磁针发生了偏转，随后又停在原来的位置上，当开关断开时，磁针又发生了偏转。这个实验成功的关键是他先把B边的线圈短路，而后才把电池接到A边的线圈上。如果实验程序刚好相反，什么效应也观察不到了。法拉第把这一现象称为“伏打电感应”。法拉第此时还没有明确的领悟到这一现象是暂态性的。他以为A边接上电流以后B边附近的磁针会持续偏转，但实验表现的是磁针的瞬时的扰动，而后很快又静止在原先的位置上，不管电池接上的时间有多长。在1831年10月17日，法拉第开始了电磁感应的第二阶段的实验。他在一个直径为3/4英寸、长为8英寸的空心纸筒上绕8个线圈，并将这8个线圈并联起来，再与一个电流计连接。当他把一根磁棒插入纸筒时，他惊喜的发现，电流计指针忽的偏转起来，然后很快又回到平衡位置；当他把磁棒抽出纸筒时，指针又忽的转向另一边，然后很快就又回到平衡位置。每次把磁棒插入或抽出时，这种效应都会出现。法拉第通过这个实验看出，不仅伏打电池在关和断的瞬时可以激发电流，磁体相对于线圈的运动也能激发电流。他称这种现象为“磁感应”。法拉第仍不满足这个实验，他希望用更大磁铁进一步实验，当时伦敦皇家学会的大磁铁防在克里斯提家里。法拉第预先做好一根直径为3/4英寸、长13英寸的软铁柱和一个套在软铁柱上的螺线管（称之为“0线圈”）。1831年10月28日，他带着这些东西登门实验。他对实验做了如下记录：“将软铁柱(接在蹄形磁铁的)两个磁极上，当电流计与导线还未连接时，电流计受影响甚微，以至无法感知。但是，当导线（与电流计）连接后，一旦断开或接通与软铁柱的磁接触时，一种强大的推力就迫使电流计指针来回振荡多次。”“将0线圈忽然带进磁铁的大磁极之间，它里面没有铁棒，这是（电流计）指针受到强烈影响。若一旦将它抽出，就会发生与前面情况一样的结果。”同一天法拉第还做了一个旋转通盘实验，N、S表示蹄形磁铁的两极，D为可绕轴在垂直平面内旋转的铜盘。他又在一个电流计的两个接线柱上接上两个电刷，当使铜盘旋转起来后，将两个电刷分别防在铜盘的各个部位，以测定产生感应电流的最佳方向。经过反复实验，法拉第发现只要转动铜盘，便可以在铜盘轴心和边缘两处引出电场，只要铜盘保持不停的恒速旋转，产生的电流就一直是稳定不变的。这个装置其实是人类的第一台直流发电机。
至此，法拉第不仅实现了由永久磁体产生电流的设想，而且完全弄明白了这种转化的暂态性。1831年11月24日，法拉第在伦敦皇家学会宣读了他的《电学实验研究》第一辑的四篇论文。法拉第在这组论文中总结了他对电磁感应的发现，提出了“电紧张态”和“磁力线”两个新概念，在此基础上总结电磁感应定律，并完美的解释了阿拉果圆盘实验。
从1821年的电磁旋转实验到1831年正式完成电磁感应定律有十年之久。其实这段时间法拉第的主要精力都用在合金钢和光学玻璃的研制。实际的工业上的需要占据了他的大部分研究时间。这一时期法拉第所写的论文、日记及信件，涉及到电磁学问题的寥寥可数。这是电磁感应定律在奥斯特发现电流的磁效应后十年才被发现的原因之一。
【参考文献】
[1]（英）梅尔茨。十九世纪欧洲思想史（第一卷）[M].北京：商务印书馆，1999.
[2]钱临照，许良英。世界著名科学家传记Ⅲ[M].北京：科学出版社，1994.
电磁学论文 篇二
例如：在LC振荡电路中，电容器放电完毕时，电路中的电流最大，自感电动势为零．学生难以理解．
错误认识一：电容器放电完毕时，由I＝q/t可知，q＝0，I也应等于零．
错误认识二：电容器放电完毕时，q=0，电容器两极间的电压U＝0，由I＝U/R可知电流I应等于零．
错误认识三：既然电容器放电完毕时，电流强度I最大，由I＝＝ε/R可知，自感电动势ε=IR也应最大．
电磁学论文 篇三
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．
4．培养学生综合运用所学物理知识去分析和解决问题的能力．学习电磁学首先要抓住场和路这两个方面，使学生正确理解基本概念，切实掌握基本规律．在此基础上还应该注意有关综合题的解法．解答综合题时，首先应搞清不同的运动形式或不同的物理过程是怎样联系在一起的．一般联系渠道有两条：一是力，二是能，从而形成两条解题思路．从力的角度考虑，全面分析受力情况（三种性质的力和电磁场力）并和运动状态的改变联系起来．从能的角度来考虑，紧紧扣住能的转化和守恒定律，从而引导学生认识能的转化和守恒定律的正确性和普遍性．使学生明确：能量的不同形式，就是物质运动的不同形式；能量由一种形式转化为另一种形式就是物质运动由一种形式转化为另一种形式；能量不能创生也不能消灭，就是运动的不可消灭性．
电磁学论文范文 篇四
关键词：电磁场与电磁波；电磁特性；均匀平面波
作者简介：张清河（1969-），男，湖北当阳人，三峡大学理学院，副教授。
基金项目：本文系国家自然科学基金（项目编号：61179025）、三峡大学教学研究项目共同资助的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0071-02
鉴于“电磁场与电磁波”在电子与通信技术领域的重要性，各国高校的电子与信息技术类专业一直将其作为一门必修的基础课程。[1-3]对于电子与信息技术类大学本科专业学生而言，“电磁场与电磁波”无疑是理论性最强、逻辑性最严密、数学工具应用最多、概念最抽象、涉及应用领域最广的课程之一。学好这门课，对培养学生严谨的科学思想、科学分析问题的能力、复杂抽象的逻辑思维能力、勇于开拓的创新精神等将起着十分重要的作用。笔者在三峡大学（以下简称“我校”）电子信息科学与技术、光信息科学与技术两个本科专业讲授“电磁场与电磁波”课程多年，根据该课程的特点和知识体系，结合学生实际，采用多样化教学方法、新颖独特的教学内容，强化理论与实际应用相结合，激发了学生的学习兴趣，有效地改善了教学效果。
一、教材内容灵活处理
我校选用文献[4]作为电磁场与电磁波课程教材，它同时也是国内多所高校选用的教材。在多年讲授的基础上，对教材中的一些内容进行了灵活处理，取得了良好的效果。
在“媒质的电磁特性”一节中，教材直接给出了介质表面极化电荷面密度、磁化电流面密度的表达式，没有具体的推导过程，学生理解不了。事实上，这一结论的前提应该是自由空间中单一均匀介质表面，而教材中没有明确这一前提。在讲授这一部分内容时，先推导出任意两种不同均匀介质形成的交界面上极化电荷、磁化电流面密度，然后再退化到自由空间中单一均匀介质表面，下面仅以极化电荷为例。如图1，由于两者介质的极化强度不同，极化迁出与迁入的电荷不相等，导致在交界面的薄层内存在极化面电荷分布。
二、注重课程在新技术领域中的应用
在教学过程中，在阐述基本理论和基本概念的同时，积极引导学生去寻找电磁场与电磁波的应用，特别是在若干新技术领域中的应用，让学生了解电磁场与电磁波在科学技术进步中的作用，极大地激发了学生的学习兴趣，收到了良好的教学效果。
在讲授“均匀平面波在各向异性媒质中的传播”一节时，重点放在均匀平面波在磁化等离子体中的传播。首先介绍了电离层依据电子浓度的不同，具有层状结构的分布特点，如D层、E层、F层等，在地磁场的作用下，电离层具有两个特性角频率，即电子的回旋角频率和等离子体临界频率。并指出电磁波在电离层中的传播特性与这两个频率紧密相关。当电磁波频率接近电子的回旋角频率时，将发生磁共振现象，导致电磁波能量损耗极大，电离层对电磁波的吸收最大，这是短波通信应该尽量回避使用的频率。为了实现卫星通信，电磁波频率必须高于等离子体临界频率，否则信号将不能穿过电离层。另一方面，频率小于临界频率的电磁波不能穿透电离层而被反射，利用电离层对电磁波的反射原理，可以实现短波远距离的通信和远距离目标的探测，这正是天波雷达的基本原理。在讲述“天线阵”一节时，结合现代军事尖端武器装备，讲解了相控阵雷达及相控阵天线的概念，并简要介绍了其工作原理，即通过控制相邻天线之间的相位差，就能够改变天线阵波束最大值的指向，实现主波束在全空间的扫描。讲解电磁波在导电介质中的传播时，结合海水的导电特性，向学生解释了为什么对潜通信要用长波通信。在讲解电磁波的极化概念时，引导学生分析为什么收音机和电视的天线架设不同，并简要介绍了电磁波的极化在微波遥感、光学工程、分析化学等应用领域中的广泛应用。通过理论知识与实际应用相结合，学生对这些问题有了较深的认识，开阔了视野，对本课程的学习兴趣也越来越浓厚。
三、结语
“电磁场与电磁波”课程难学难教，而掌握本课程的理论基础知识，对电子信息类专业的学生来说又非常重要。我们在教学过程中进行了一些有益的探索，通过对教材内容的灵活处理、大量穿插理论知识在高新技术领域中的应用实例等，激发了学生对该课程的学习兴趣，取得了良好的教学效果。
参考文献：
[1]Jin Au Kong.电磁波理论[M].吴季，等，译。北京：电子工业出版社，2003.
[2]柯亨玉。电磁场理论[M].北京：人民邮电出版社，2004.
电磁学论文 篇五
关键词：课程教学组；教学团队功能；多元化教学
一、“电磁学”教学概况
自从1958年中国科学技术大学创立以来，“电磁学”就被指定为全校本科生的必修基础课，著名物理学家严济慈副校长亲自主讲，并培养了一大批青年教师。近四十年的教学积累，使“电磁学”课程的教学走向成熟。“电磁学”课程1994年成为中国科技大学物理类最早建成的一类课程，1999年被教育部审定为“国家理科基础创建名牌课程项目”，2000年被评为“国家理科基地名牌课程创建优秀项目”，2001年获中国科学技术大学教学成果一等奖、安徽省教学成果二等奖，2003年被评为“安徽省精品课程”，2005年获安徽省教学成果一等奖，2007年被教育部评为“国家精品课程”。
中国科学技术大学每年招收的1 800多名本科生都要学习电磁学，约分18个教学班，都是周4学时。包括理学院4个班、少年班与零零班、其他7个学院约13个班。
“电磁学”课程教学组一教学团队组成：主讲教师队伍约25人，其中年龄在55岁以上的占30％，年龄在45～55岁的占40％，年龄在45岁以下的占30％。他们来自3个物理系，教师队伍相对稳定，教学研讨活动规范，形成了一支老中青相结合的团队。
已出版两种教材，一种是物理型《电磁学》(1994、1997，高等教育出版社)，另一种是理工型《电磁学》(1997，中国科学技术大学出版社；2007，科学出版社)。计划出版《电磁学》与《电动力学》连贯的物理型教材――《电磁学与电动力学》上、下册(2008，科学出版社)。
二、发挥教学团队功能的制度保障
中国科学技术大学于1977年恢复物理基础课教研室，便成立了电磁学教学组。但是，主要的教学活动都以教研室安排为主，随着招生人数的增多，主讲物理基础课的教师开始从3个物理系安排，以教学组为单位开展教学活动的要求增强。电磁学课一贯受到全校师生的重视，电磁学教学组的教学活动也就在大家的关注下开展得最早、最好，受到学校的重视和鼓励。课程组也形成了一个相对稳定的教学集体。特别是2000年开始，学校施行学院为实体后，教研室已不复存在，理学院便进一步强化了课程教学组的功能，制定了相关的教学条例，并给教研活动以经费支持，并把电磁学教学组作为样板来抓，探索提高教学质量的新路子。学校教务处也高度重视教学组的功能，形成了相关的文件。例如，“中国科学技术大学课程建设工作实施办法”中明确规定：“课程组负责人职责是：统筹规划确立本门课程的基本框架和主要知识点；实施课程和教材建设；培养青年教师，组织必要的专题讲座、听课与试讲；管理和支配经费；接受中期检查和撰写结题报告等。”课程组每年有专项教学活动经费。极大地调动了课程组的积极性，是发挥课程组教学团队功能的制度保障。
三、教学活动规范化，培养青年教师制度化
教学研讨活动是提高教学质量的根本保证，是教学团队生命力的体现。要做到经久不衰，必须规范化。每个学期，教学组至少要开三次教学研讨会。一次是在“电磁学”教学开课的前一学期期末或开课学期的第二周，研讨教学大纲、教学内容、教学的重点及难点，安排相互观摩教学。第二次是在期中考试之前，交流本学期的教学情况、商讨期中考查试题的内容和形式，布置有关“电磁学教学课外系列讲座”的具体事宜。第三次是在期末考试之前，商讨期末试题的内容和形式，进行学期教学总结。同时，常常会按具体情况另行安排一些专题讨论。例如，已经讨论过的专题有：使用多媒体的利和弊？如何使用好多媒体？如何组织好学生课堂讨论？如何将素质教育融入“电磁学”课堂教学？采用双语教学的利和弊？等等。特别是经过几次的研讨后，对如何将素质教育融入“电磁学”课堂的教学有了明确的理解，大家达成了共识，正如爱因斯坦所论述的，“物理学不应该教成一堆技术，而应教成思想概念的诗剧。应该强调思想概念的演变，强调我们企图了解物理世界的历史，以使学生具备洞察未来的能力。”因此，我们应该在强调三基：基本概念、基本理论、基本方法的同时，适当介绍学科发展的历史，从中明白继承与创新的辩证关系、自然科学与哲学的关系：讲述精选的科学家典型的、生动的事例，传播科学精神及其高尚的人格，学习他们成功的科学研究方法，有时还需说明其局限性；认真组织好课堂讨论，培养学生的思维能力和交流能力；适时介绍与电磁学有关的最新科技成果，学用结合，开阔学生的眼界和思路。
培养青年教师的重要性是不言而喻的，它是课程组的重要职责之一，必须形成制度。“电磁学”课程教学组中有几位资深的、有丰富经验的教授，学校将他们定为讲座教授和主讲教授，他们肩负着培养青年教师的责任。学院又明确规定，自愿报名、竞争上岗，没有作过主讲的青年教师必须先跟随讲座教授或主讲教授辅导。在讲座教授或主讲教授的指导下讲授一章以上的内容，并得到由督导组和教学组选定的教授考察组实地听课评定通过，才能承担大课主讲。近十年来，“电磁学”课程组培养出十多名青年主讲教师，在保证教学质量的情况下，形成了一‘个结构合理的团队。
相互观摩教学是提高课堂教学质量的又一重要措施。我们每个教学学期都推荐大家听1～2名教师的课，也鼓励相互听课，然后在组内研讨会上分析、讨论，达到相互学习、相互激励的目的。同时，讲座教授和教学组组长有随堂听课的责任，每个教学学期听课班数占开课班数的一半以上。学校还请校督导组听课、考查，反馈意见和建议，加上学生期末给教师的评分，形成交叉评价机制，不断激励以课堂提高教学质量。
四、充分发挥教学团队功能，实行多元化教学
近十年来，我们不断探索、实行多元化教学。多元化教学的实质是将课堂教学与课外教学有机地结合起来，这只有充分发挥教学团队功能才能实现。我们的具体作法是，集体编写、不断更新电子教案，挂在学校教务处的本科生教学网站上，便于学生预习和复习。建立了e网教学网站，便于学生提问和答疑、查看教学演示动画。
组织学生在课外的时间参观相关的实验室，如“国家同步辐射实验室”、“超导托卡马克装置”、“正电子实验室”、“物质结构分析实验室”等，让学生了解电磁学在现代高新科学技术中的应用，增强学习的兴趣。
为开阔学生的眼界和学用结合，每个教学学期，我们安排4个“电磁学课外教学讲座”，聘请作相关科学研究的老师作报告，大部分报告是学科的前沿进展，并且结合了电磁学的教学内容。例如，2007年我们有3个报
告内容很新，“巨磁效应介绍――2007年物理诺贝尔奖”，“超导托卡马克――EAST的电磁原理”，“现代气体探测器中的电磁学”。以往的系列报告有“天体的磁场与起源”、“纳米材料的电磁特性”、“同步辐射加速器原理及使用”、“新的磁性材料”、“等离子体中的电磁场与托卡马克装置”、“地球、空间的磁场”、“晶体光学”、“反物质探索”、“超导材料的电磁特性”、“物质的磁性及其应用”等。
开展学生的小论文活动，让学生围绕电磁学内容自由选题，作小论文，促使他们加深对电磁学原理的理解，进行学用结合的初步尝试。并把小论文评分作为平时成绩计入总评分中，使它成为课外教学的一个重要环节。在此基础上，每个教学学期的期末前十天左右，还开展本学期全校学生的小论竞赛，由各教学班挑选最好的论文参加竞赛。名额的分配为：理学院4个班及少年、零零班每班各两名，其他班各一名，参赛学生约24名。每次聘请评委7名。赛前公布评分标准。我们的评分标准有五条：1，选题新颖，具有创新性：2，思路清晰，观点正确，推理符合逻辑；3，具有明确的结论：4，作者在论文中的贡献；5，PPT报告制作和完成情况。每个报告8分钟，答问两分钟。报告完当场给出评分，当场颁奖。一等奖3名，二等奖6名，三等奖9名，其他为优秀论文奖。奖状、奖品每年都由教务处资助。这个活动得到学生的高度重视，他们把它作为学习经历中的一个重要部分，在请老师写出国的推荐信时，常常是必写的内容。部分好的论文在老师的指导下，经过进一步的研究工作、加深后已经在专业杂志上发表。例如，“生物传感器的应用”，“新型低介电常数材料研究进展”，“DNA微阵列制备的新进展”等。我们已进行了五年的实践，报名参赛的同学越来越踊跃。目前，我校电磁学课程组的小论文竞赛活动在校内外的影响越来越大，《大学物理》杂志编辑还要求我校的小论文一等奖全部在其刊物上发表。
五、体会和展望
从中国科学技术大学的实际情况出发，我们认为本科生的基础教学应该发挥以课程组为单元的团队功能，这是一条提高基础课教学质量的新路子。我们的体会是：
1，要充分发挥教学团队的功能，必须要有制度保障。
2，每个团队要有由讲座教授和主讲教授组成的核心力量。他们的责、权要分明。
3，教学团队的教学活动要规范化，培养青年教师要制度化。
4，将课堂教学与课外教学有机地结合起来，即实行多元化教学，确实能有效地提高教学质量。然而，要实行多元化教学必须充分发挥教学团队的功能。
5，一花独放不是春，百花齐放春满园。只有充分发挥教学团队的功能，才可望百花齐放，也才会带来大面积甚至全面的教学质量的提升，这才真正达到国家精品课程的标准。
我们希望进一步做好以下几件事：
1，把课堂教学与演示实验、基础物理实验结合好；
2，把学生小论文与大学生研究计划结合起来；
3，办好双语教学试点班；
电磁学论文 篇六
物理教学分为理论与实验两个部分，两方面需要一起发展、一起进步，才会促进学科教学不断完善。物理教学必须将实践、理论两个方面结合起来，物理学习中有许多理论、概念、规律就是在实验中发现、认证的。电磁学是物理教学中必须学习的内容，电磁学研究电、磁以及电磁之间的相互关系，学习内容抽象、学生难以理解，逐渐产生畏难情绪，不愿意去学习与思考，逐渐影响教学质量。在以往的很长的教学时间里，电磁学教学模式都比较传统，一般来说采取的是传统的讲授法，一张黑板一支笔，一张嘴巴讲到底，教师在讲台上讲，学生在下面被动的听，机械的接受知识，唯书本与教师是从，忽略学生动手能力、实践能力的提升，对实验教学的重视程度是远远不足的。在这样的背景下，若是想要在课堂教学中推进演示实验，是有一定的难度的。演示实验具有趣味性、知识性、实践性与示范性，对提升学生的理解与动手能力有很大的帮助。特别是近年来，随着多媒体技术在教学中的有效运用，教学不再局限于利用多媒体技术进行概念、规律、公式的推导，也逐渐引入物理视频动画，代替事物进行演示实验的操作，让学生更加直观形象的理解概念与含义。在物理教学中引入演示实验，是非常重要的。鉴于电磁学教学的实际情况，教师要有效利用演示实验，将实验与教学巧妙的结合在一起，促进学生学习兴趣与学习质量的提升。
二、研究意义
物理是一门观察与实验为基础的自然学科，物理学习中的概念、公式等都是以实验为基础的。因此，物理实验教学成为课堂教学必不可少的一部分。传统意义上的物理教学实验分为探究性与演示性实验，二者主要的区别就是实验目的是不同的，探究性实验要求学生参与实验的设计与操作，加强学生对实验的设计能力与思维能力，提升学生实践操作能力。演示性实验，更多的是在解释物理概念、物理规律、物理公式的时候，向学生展示相关的实验，这类实验要求实验具有可操作性已经具有明显的实验现象，目的在于加深学生对物理的理解。当前物理课堂教学对实验教学这一块的教学模式依然是十分单一的，往往仅仅注重课堂教学，不注重实验教学，这与学校不重视实验教学有关，很多教师没有认识到物理实验的本质作用，还有一些教师将物理实验作为训练课或者技能课，这也是不可取的。演示实验作为教学中非常重要的方面，将理论讲解与演示实验结合起来，将一些抽象的物理知识与想象展现出来，加深学生对物理知识的理解，掌握物理学习的规律，激发学生的学习兴趣，提升学生学习效率。
三、演示实验在电磁学教学中的应用
电磁学教学从教学内容、研究对象上来说，都具有挑战性，电磁学的概念更加抽象，规律更加深奥，相关的物理现象也是更加复杂的，这对学生的理解能力提出了更高的要求，客观上加大了学生的学习难度。传统的电磁学教学模式是教师在课堂上讲解，学生被动接受，这是以教师为中心的教学模式，其实还是存在许多弊端的。因此，在电磁学教学改革中，引入演示实验是十分必要的，通过这种教学模式，可以清楚的看到教学效果得到明显的提升。针对电磁学教学，我认为需要从以下三个部分进行。(1)电学演示实验的作用。电学是电磁学教学的重要分支，电学本身包含的难点并不是很多，但是电学是电磁学的基础，电学的学习对整个电磁学具有关键作用，在学习电学的时候，学生对电磁学还没有形成特定的认知，还没有形成特定的思维，在理解电磁学的时候往往呈现出一定的主观性、片面性、表面性，针对这些问题，我们采取避雷针演示实验，让学生认识到尖端放电现象，帮助学生更快速的理解知识，加深学生对电学知识的理解。(2)磁学演示实验的作用。磁学在电磁学教学中占据的比例比较大，磁学的难度比电学更大，在实际教学中受到的挑战也会更加多，在实际教学中，安倍力演示实验的引用，学生很快就明白通电导线在磁场中是如何受力的，然后进行深一步的讲解与讨论。(3)电磁学演示实验的作用。纵观电磁学的发展历史，在该现象被发现与研究之后，本来应该是两个独立的学科：电学与磁学，后来逐渐融合发展，成为一个群体。因此，电磁学研究是是电与磁之间的关系与作用。演示实验的引用，可以将电磁之间的关系更好地展示出来。
四、演示实验在电磁教学中的应用策略
演示实验对物理教学有着非常重要的价值与意义。教师要结合学生学习实际与电磁学教学具体内容，将演示实验有效的运用到电磁学中去，以期将物理知识生动形象的展示给学生，加强学生学习的积极性。笔者认为，演示实验在电磁学中的运用，可以从以下几点进行。(一)低成本设计演示实验。结合多年来的教学，以及教学经验总结的基础上，我认为很多演示实验问题，低成本的演示实验就可以解决。教师在教材提供的实验的基础上，做一些补充的小实验，丰富实验内容。例如，用旧灯泡和香烟铅箔等做成简单的电器，制作出来的成品具有较高的灵敏度，与产品验电器有着大致的作用。主要的做法是将一直废旧灯泡的底部切掉修开瓶口，让灯泡灯口立在桌面上，用镊子将灯丝弯成“L”型，从香烟包装纸上取出两片铝箔，挂到灯口上，做成两个简单的验电器，用来做实验非常方便，在说明导体在静电场中受力的时候，可以利用橡皮泥，将两块金属板分别黏在两个绝缘底座上，两块板彼此平行，用导线将两板与起电机正负极相连，形成电场，然后用乒乓球包裹上铝箔纸作为导体，将球悬挂在两板之间，来回迅速的转动，吸引学生的注意力。在学习中类似的实验还是比较多的，可以有效的激发学生的学习兴趣。(二)创新实验，增强效果。在设计实验的时候，教师可以结合内容，大胆的对实验进行改造，提升实验的直观效果。例如，在学习涡流热效应实验的时候。一般电磁学教材都是以变压器铁芯发热来说明涡流热效应，但是由于变压器中有铜损与铁损，在变压器发热的时候，温度上升较慢，虽然能够说明原理，但是展示想过并不是十分理想。根据感应炉的原理，可以设计一个直观展示涡流效应的演示器，找一个绝缘圆筒，在其周围缠绕漆包线，做成螺线管，将一些铁丝插入螺线管中做铁芯，在螺线管上端平面放置一个装有凉水的搪瓷杯，约六七分钟以后，杯中的水沸腾了，学生对涡流加热更深刻的印象。这个实验制作容易，成本也较低，有利于学生的学习活动。(三)电荷流向实验。原来采用的实验，需要使用两个验电器，一个带电，一个不带电，用金属球的传递来说明电荷流向，在这个实验中，电荷传递瞬间就完成了，学生看到的只是开始与结束的状态。假如利用演示实验，学生可以看到电荷是如何传递的，，是非常有价值的。我们可以利用一根棉线，用水沾湿后，用绝缘体将其搭在两验电金属球上，就可以看到原先带电的验电器金属箔张角逐渐减少。因此，演示实验对学生的学习活动非常有利。在大量的教育实践中，我们可以看到，演示实验具有非常重要的价值与作用。在课堂教学中，教师应该结合物理知识，运用演示实验，将理论生动形象、直观简单的展示给学生，让物理更好的理解物理现象，让学生感受到电磁学离自己很近，并不是遥远的、遥不可及的事情，逐渐改善教学效果。演示实验化抽象为具体，将难以理解的概念直观的展示给学生，引导学生积极参与到学习活动中，让学生积极主动的思考，极大提升学生的学习质量。因此，在物理教学中，需要充分的运用演示实验，加强学生与知识、学生与教师之间的互动性，来劲师生关系，让学生更加喜欢物理学习。
参考文献：
［1］吴汉宗．提高学生创造能力的几种教学方法［J］．物理与工程，2011，21(3)．
［2］张宇，孙凯霞．谈物理教学中的演示实验［J］．大学物理实验，1998，(1)．
［3］高金岭．大学物理互动式探究型教学模式的探讨［J］．物理与工程，2010，20(6)．
电磁学论文 篇七
关键词：电磁学实验；教学改革；创新能力
作者简介：刘静（1977-），女，河南灵宝人，西藏民族学院信息工程学院，讲师；程江洁（1980-），男，陕西蒲城人，西藏民族学院信息工程学院，讲师。（陕西？咸阳？712082）
中图分类号：G642.423?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）23-0076-01
电磁学实验是工科院校学生的一门基础必修课，所涉及的误差分析、数据处理、基本实验方法、基本实验仪器操作等都是学生从事其他专业实验课的基础知识和基本实验技能的训练。[1]电磁学实验在整个学生创新能力和科学试验素质的培养过程中起着基础和桥梁的作用。随着科学技术的日新月异，电磁学实验教学也需要跟上时代的步伐，与时俱进，着力培养具有创新能力的学生。本文以西藏民族学院为例，探讨了对电磁学实验教学进行的相应的改革，以期达到理想的教学效果。
一、转变重理论、轻实验的思想观念
电磁学实验课程和理论课程同等重要，不能轻实验重理论。有些人甚至认为根本不用开设实验课，是浪费时间。这种想法不仅仅在部分教师当中存在，而且在学生当中也普遍存在这种想法。这无形中导致了学生上实验课敷衍了事的学习态度，实验课的课堂纪律远远比不上理论课，学生在实验课中也很难得到相应的能力培养和提高。久而久之，教师和学生都觉得上实验课没有意思，实验课就是一种负担，既费力又无法收到相应的教学效果。有些教师干脆在实验课上讲理论，把原本以培养学生科学探索能力和实践能力为主的实验课变成了理论课的延伸，完全偏离了实验课的培养目标。
然而，电磁学实验课程除了能加深学生对相应理论知识的理解之外，还能培养学生的科学研究能力和创新实践能力，所以理应得到教师和学生的足够重视。只有在重视的基础上才能消除消极学习的心态带来的负面影响，才能树立积极和主动学习的态度，进而完全冲破重理论轻实验的思想观念的束缚。
二、转变僵化实验教学程序，激发学生实验热情
长期以来，电磁学实验课采取的教学程序就是学生课前预习实验—教师讲解实验目的及原理—教师演示实验—学生做实验及完成实验—学生提交实验报告。[2]这种流水线式的教学过程抹杀了学生的好奇心和主动学习的源动力，学生仿佛成了流水线旁作业的流水工，整个实验过程也变成了对教师演示过程的不完全复制，在此期间没有任何过多的思考和探索。这样的实验课程失去了对学生创新能力的培养，也失去了实验课程的真正意义。在正式上实验课之前，教师会把实验的内容布置给学生，留给学生充分的时间去预习实验。学生大都只是通过网络和教材把实验目的、实验原理以及实验步骤等内容照搬到预习报告上，实现了位置的迁移，但并没有真正理解和掌握，所以预习实验等同虚设，学生预习实验的效果不尽如人意。按照预先设定的程序，教师在仔细讲解完实验目的、实验原理等内容后就开始演示实验，所以学生觉得听不听实验目的和原理都无关紧要，只要看懂记住教师的操作过程就可以了，从而忽视了教师对实验目的及原理的讲解，只注重教师在接下来的演示实验的操作过程。紧接着学生的实验操作就基本上是老师实验操作过程的机械化重复，而没有添加任何的思考。有些学生急功近利，为了逃避自己动手做实验，在教师演示完实验后就抄写数据为写实验报告做准备。有些学生虽然能够按照教师要求自己动手做实验，但也缺乏对“为什么这么做”的思考。做完实验，实验数据的处理也只是机械套入事先写好的公式，有些学生甚至随意编造实验数据，只为求得更好的实验结果。
只有对传统的教学程序进行改革，建立合理的电磁学实验教学程序，才能激发学生学习的主动性。改革后的教学程序如下：学生课前预习实验—学生做实验—发现问题—展开讨论—完成实验及提交实验报告。与上述传统的教学程序不同的是，教师不再演示实验，而是将实验的主动权切实交给学生，只是在学生遇到问题时给予适当的点拨，如果遇到仪器操作的问题，比如水平仪的调整，教师可以给学生口头的指导，然后要求学生耐心调整，而不是越俎代庖。如果遇到原理上的问题，教师可以引导学生找教材上相应的理论知识，激发学生主动探究问题的能力。如果遇到共性的问题，可以在大范围内引导学生进行讨论，并对讨论得出的结果给予积极评价，从而使得学生得到相应的鼓励，激发学生积极实验的主动性。由此可见，整个实验过程，学生是主体，教师是主导，有利于学生创新实践能力的开发与培养。
三、调整实验教学内容，培养学生的实验创新能力
实验教学必须从思想上得到教师和学生的重视，在教学程序上突出教师主导、学生主体的教育理念，还必须在教学内容上进行相应的革新，才能有效激发学生进行电磁学实验的兴趣，更有利于学生实验创新能力的培养。根据“基于经典、充实内容”的原则，对传统电磁学实验的教学内容进行重新调整和整合，保持一定数量的经典验证性实验的基础地位，大力开发综合设计实验项目，组成的新的电磁学实验教学体系。
电磁学经典实验基本是验证性的实验，虽然对于学生创新能力的培养十分有限，但是对于学生的基本科研能力和实验技能的培养却担负着基础和桥梁的作用。比如密立根油滴实验是静电场的经典实验，该实验培养学生的观察能力和动手协调能力，同时学生通过该实验能够加深对电荷量子性的理解。虽然是基础性实验，但是该实验的操作的确有一定难度，很多学生会在实验仪器的调试上花费很多的时间。同时该实验也考验着学生的耐心，比如调整水平仪中的气泡的操作，并不是一蹴而就的事情。继而，学生会发现找油滴的过程也不是想象中那么顺利，有些学生会因此沮丧而放弃实验。所以经典实验除了培养学生基本操作技能之外，对学生良好的心理状态也是一种考验和培养。教师在学生苦于观察不到油滴时给予学生正确及时的理论指导，纠正学生错误的操作行为，然后鼓励学生继续调整操作，直至观察找到油滴为止。学生在教师的适当点拨下，通过自己的努力找到油滴，增强了学生的实验信心，同时也培养了学生的基本实验技能。
只有在通过验证性实验对学生基本能力有所培养的基础上开发综合设计实验项目，才能实现学生创新实践能力的培养。教师在给出综合设计实验项目后，要求学生通过查阅文献制订实验方案，然后要求学生对方案的可行性进行评估，在实验设备允许的范围内找出最佳实验方案，设计出相应的实验步骤，然后独立进行实验探索，最后撰写小论文完成综合设计实验。对于学生实验过程中出现的问题，教师组织小组同学共同探究解决，并在实验报告中对实验过程中的问题进行讨论并给出合理化建议。
四、改革实验考核体系，提高学生实验的主动性
以往只凭实验报告对学生进行考核的方法比较片面，有些学生一学期都做实验，最终抄写他人实验报告，也能取得较好实验成绩。这种考核方式不能全面考查学生的实验技能，不利于实验教学的有效进行。现行的考核办法改革为：考试成绩=平时成绩50%+操作考试30%+理论考试20%。[3]其中，平时成绩=预习10%+实验操作30%+数据处理60%。该方法的实施可以比较全面地考查学生在实验各环节的表现，使学生主动参与实验的积极性大大提高。
五、实践与总结
通过电磁学实验教学的改革，学生“重理论、轻实验”的学习态度得到了明显改善，实验能力、实验素养明显提高。随着电磁学实验教学改革不断深化，将进一步加强学生对理论和应用的融合的能力，提高学生的动手能力，开阔学生的视野，整合学生的系统知识，提高包括物理素质在内的综合素质，培养创新精神和创新能力，从而在后续专业课程中实现学生创新能力的可持续化培养。
参考文献：
[1]李恩普，等。大学物理实验[M].北京：国防工业出版社，2009.
[2]李国峰，李剑生，陈华。大学物理实验教学中培养学生创新能力的探索与研究[J].高校实验室工作研究，2009,99(1):14-15.
电磁学论文 篇八
全书共22章，分为4部分。各章节内容如下：第1部分，天线和传播，含第1-5章：1.MoM/UTD混合方法分析缝隙单极子天线；2.波导球面模展开辐射电磁场和网络理论；3.相控阵天线含互耦效应的电路表示和性能分析；4. 超宽带印刷电路天线的群延迟时域建模和振幅特性分析；5.阻抗锥引起的声波和电磁波衍射。第2部分，微波系统，含第6-9章：6. 77GHz自动远程雷达的介质透镜天线的模式设计和DBF分析；7.使用多传感器合作的行人保护的高精度测距；8. 20GHz下的高精度宽带局部定位系统；9.监控催化剂中电化学过程的微波方法。第3部分，通信技术，含第10-15章： 10.移动电话：集成模拟的推动力和基带与RF电路的数字模块；11.无线工业自动化：显著的趋势还是过高估计？12.旋转系统中使用开槽波导环的亚微妙遥控超宽带数据传输；13.廉价纸质，液态和可变有机质底板上“绿色”喷墨打印的无线传感器节点；14.Matlab/FPGA联合设计具有教学目的的AM接收器；15. 大型风能发电机GSM通信系统的基于MoM的EMI分析。第4部分，电磁场建模的数值方法，含第16-22章：16.表征纳米器件中MaxwellDira复合问题的新型频域和时域技术；17.面向多物理的芯片封装电路板的协同设计和协同仿真的电磁分区方法；18.NVIDIA GPU的并行TLM方法；19.通过稳定迭代方法求解方程组实现数据预失真稳定性增强；20.复杂周期结构分析；21.有限差分的宏观建模；22.可调带通特性的时空周期滤波器结构的分析。书后附有Peter Russer的自传。
本书适合电磁场与微波技术，通信与信息系统领域的研究生和工程人员阅读。
陈涛，博士生
（中国传媒大学理学院）
Chen Tao， Ph D Candidate
电磁学论文 篇九
詹姆斯・克拉克・麦克斯韦，英国著名的物理学家、数学家，他的一生与电磁密不可分。1931年，爱因斯坦在麦克斯韦生辰百年纪念会上曾指出，他的工作是继牛顿以来，物理学最深刻和最富有成果的工作。
麦克斯韦在物理学界创造出了天翻地覆的理论，这些理论标志着一个科学时代的终结和另一个科学时代的开始。
电与磁的渊源
我国早在公元前16世纪到公元前15世纪，殷商时代的甲骨文字中就有“雷”字。西周时代的青铜器上发现刻有“电”字。西汉末年，《年纪纬・考异邮》中有“玳瑁吸”的记载，它告诉人们经过摩擦的玳瑁，能够吸引微小的物体。东汉王充把顿牟（琥珀）摩擦后可以吸引微小物体与磁石吸引针的现象同时提出……
在欧洲，公元前600 年左右，古希腊七贤之一的泰勒斯做了一系列关于静电的观察。从这些观察中，他认为摩擦使琥珀变得磁性化，这与磁铁矿的性质迥然不同……
为什么会产生这些吸引现象，从古至今，从国外到国内，人们一直被电与磁困扰，并且一直试图为二者关系提供最正确的解释。
麦克斯韦与他的电磁学
回顾电磁学的历史，在1820年以前都是以牛顿的物理学思想为基础的。自然界的“力”――热、电、光、磁以及化学作用正在被逐渐归结为一系列流体的粒子间的瞬时吸引或排斥。人们已经知道磁和静电遵守类似引力定律的平方反比定律。到了1820年7月，丹麦物理学家汉斯・奥斯特公布的他所发现的电磁现象却与前人有所不同。奥斯特所观察到的电流与磁体间的作用有两个基本点不同于已知的现象：它是由运动的电显示出来的，而且磁体既不被引向带电流的金属线，也不被它推开，而是对于它横向定位。同一年，法国科学家安德烈・玛丽・安培用数学方法总结了奥斯特的发现，并创立了电动力学，此后，安培和他的追随者们便力图使电磁的作用与有关瞬时的超距作用的现存见解调和起来。
麦克斯韦的电学研究始于1854年，他被法拉第的《电学实验研究》一书中新颖的实验和见解吸引住了。麦克斯韦在剑桥学者约瑟夫・约翰・汤姆逊的指导下得到了启示。他在认真地研究了法拉第的著作后，感受到力线思想的宝贵价值，也看到法拉第在定性表述上的弱点。于是这个刚刚毕业的青年科学家决定用数学思想来弥补这一点。1855年麦克斯韦发表了第一篇关于电磁学的论文《论法拉第的力线》。麦克斯韦在论文的开头评论了当时电磁学的研究状况，认为必须把已有的研究成果“简化概括成一种思维易于领会的形式”。许多历史学家认为这是麦克斯韦第一篇“伟大的”论文，也是他论述电和磁论文中的首篇。
随后的9年中，麦克斯韦以前人的理论为基础，采用严格的数学形式不断完善他的电磁理论。1862年，他在英国《哲学杂志》上发表了第二篇论文《论物理的力线》。1865年，麦克斯韦在《伦敦皇家学会学报》上发表了第三篇论文《电磁场的动力学》。
麦克斯韦是继法拉第之后，又一位集电磁学大成于一身的伟大科学家。他全面地总结了电磁学研究的全部成果，并在此基础上提出了“感生电场”和“位移电流”的假说，建立了完整的电磁场理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的内在联系及统一性，完成了物理学的又一次大综合。
麦克斯韦的电磁理论是建立在可靠的实验定律基础上的，尽管他的理论是完善的，但在当时并未得到承认。德国物理学家劳厄在《物理学史》中评论道：“尽管麦克斯韦理论具有内在的完美性并和一切经验相符合，但它只能逐渐地被物理学家们接受。它的思想太不平常了，甚至像亥姆霍兹和玻耳兹曼这样著名的、有异常才能的物理学家为了理解它也花费了几年的力气。”
麦克斯韦的遗产
麦克斯韦生前没有享受到他应得的荣誉，因为他的科学思想和科学方法的重要意义直到20世纪科学革命来临时才充分体现出来。所以人们常说麦克斯韦是活跃在19世纪而对20世纪有着深远影响的科学家。
麦克斯韦发现的电磁波，使得电视、无线电、雷达和移动电话的出现成为可能。他用红黄蓝三种颜色、以不同比例混合的加色原理制作出第一张彩色照片，使人们看到的美好事物，被完美地保存下来。他是应用场方程表示物理过程的第一人，他的电磁场方程是启发爱因斯坦创立狭义相对论的主要源泉，同时电磁场方程也在普朗克的能量量子发现中起了作用。
他的思想实验――麦克斯韦妖，被创造性地应用到信息理论和计算机科学中。
他设计并创建的卡文迪许实验室是科学发现的摇篮，电子和DNA结构的发现就在其中……
电磁学论文 篇十
19世纪初叶，不论是对于英国还是欧洲大陆的德国、法国都是可以称为是科学复兴和发展的时期。在欧洲大陆，各国科学思想交流广泛，科学探究方法也普遍得到认同，科学成为了国际性的事业。同时，科学与社会的联系也日益紧密。支配科学方法的那种数学精神也影响了贸易、商业和工业。“科学上的每个进步都增进我们对实际生活中某些可测量现象的驾驭；而实际生活中每个新发展都为科学探究准备了一块新的领域”。
英国虽然也受到德、法两国的影响，但是，同哲学上的德国和科学上的法国相比，英国在本世纪表现得明显的无所建树。这一时期科学在法国可以夸耀的那种组织和保护在英国却闻所未闻。英国科学没有一个中央组织机构，也没有形成什么学派，相反则是独立的个人风格。
在经济方面，英国的资产阶级正处于工业化过程中，他们越来越发现科学发展对技术革新产生的巨大影响。新的技术学院相继建立，企业为其提供资金支持，还设立各种奖金；私人性质的学会和民间组织也可以从个人、企业或国家支持，继而可以从事工业所需的相关科技研究。这样的联系一方面使科学不再是有闲、有钱的阶层的特权，而是作为一种职业存在；另一方面，科学也越来越成为实验室、工厂和市场的差使。自由研究的可能性越来越小，取而代之的是仅仅解决实际生产中技术层面的问题。
在哲学与科学思想方面，英国也受到德国自然哲学兴起的影响。自然哲学是用化学、数学，运用对立、互补、有机结合等概念来解释自然。对立和统一思想就是自然哲学的产物。正是由于这一思想的广泛传播才在科学上引起了一个重要的结果。科学家开始关注多年被视为毫无关系的电现象和磁现象，开始研究电学和磁学以及电、磁之间的相互联系。
二、法拉第及其早年的成长和工作的背景
法拉第出生于伦敦的一个贫民窟，父亲是铁匠。虽然家境贫苦，但幼年的法拉第还是读了几年小学。在那里他学习了基本的读写和算术。这样的基本教育使得法拉第从1804年开始在G.黎堡先生的书店作装订学徒的生活可以变得有意义。他可以阅读所要装订的大量书籍。正是在这长达7年学徒生活中，法拉第读到了I.瓦茨的《意识的改善》，“这本书成了指导法拉第学习的第一位老师”。在装订《大英百科全书》中J.梯特勒撰写的“电学”条目时，法拉第开始对科学产生了最初的兴趣。“他开始在书店的住处做实验，并记实验日记，一直坚持了数十年”。试想如果没有早年的基本读写和算术教育。这些书籍不可能对法拉第走上科学道路产生最初的影响。
法拉第曾在1810年参加了由J.塔特姆组织的“市哲学学会”。“这个学会的成员每星期三在塔特姆家聚会，讨论感兴趣的科学问题、交流将已，听塔特姆作自然哲学讲演”。正是在市哲学学会法拉第完成了他的“基本科学造就”。在获得了力学、电学、光学、化学等基础学科的启蒙之时，他的兴趣也与日俱增的集中于科学。
法拉第在1812年2月～4月听了戴维的四次讲演，他仔细作了笔记，将笔记仔细装订并在当年的12月送给了戴维，明确地表达了从事科学的愿望。1813年在戴维推荐下法拉第成为皇家研究院的实验室助理。至此，法拉第开始了他风云变化的科学历程。
三、电磁感应定律的发现
（一）19世纪20年代电磁学的发展。1820年，奥斯特发现电流磁效应后，物理学界表现了极大的关注，但同时也认为这就是电磁关系的全部内容。1821年英国《哲学年鉴》的主编约请戴维撰写一篇文章，评述奥斯特发现以来电磁学实验的理论发展概况．戴维把这一工作交给了法拉第．法拉第在收集资料的过程中，对电磁现象的研究产生了极大的热情，并开始转向电磁学的研究。1821年，法拉第发现了电磁旋转现象，第一次实现了将电磁力转化为机械力。他仔细地分析了电流的磁效应等现象，1822年他在日记中写下了自己的思想：“磁能转化成电”。与此同时，毕奥与安培对于奥斯特的发现做出回应，他们二人在关于电磁作用力的性质的问题上展开了一场争论。毕奥认为电、磁都是不能变更的实体，在电磁相互作用中得到统
一。而安培则认为电、磁是相同的实体，同一性在电流方面反映出来。法拉第也许从这场争论中隐约看到，处理电磁学方面的问题，力比物质、效应比实体是更为关键的东西。1822年，阿拉果和洪堡在进行地磁强度测定时发现金属可以阻止磁针的振荡。这其实是人类发现的第一个电磁感应现象。1824年阿拉果根据此现象又作了一个实验，将一个铜盘装在一个垂直轴上，让其可以自由旋转，但稍有滞后；反之，当磁针旋转时，铜盘亦然。这就是著名的“阿拉果圆盘实验”。阿拉果本人解释不了这个现象。安培在实验中用通电流的螺线管取代磁针，仍得到阿拉果实验相同的结果。但他没有发现阿拉果圆盘实验反映的是一种全新的事实，而简单的把本来不属于他的电动力学范畴的东西归并入他的理论，使一种已经暴露出来的新现象又重新掩盖起来。
（二）法拉第建立电磁感应定律的过程
早在1825年11月开始，法拉第就设计了三个实验试图找到磁转化为电的证据，但由于他还没有意识到电磁感应中最关键的东西，这三个实验都失败了。如果法拉第先接好电流计，再把电池接于到鲜活螺线管的两端，他就能看到电流计指针转动。
1824～1830年间，英国业余电学家斯特詹、美国的J.亨利和荷兰的G.莫尔等相继对电磁铁作了重大改进，他们都使用蹄形铁芯而获得了比以往更强的磁场。这一系列研究深深的吸引了法拉第。他匆匆忙忙的向皇家学会打报告，请求暂停光学玻璃的研究，以便重新进行放下了多年的电磁研究。
法拉第第一要解决的是寻找一种体积小而效益高的电磁铁。起初，他试图用强磁铁靠近闭合线圈或用强电场使邻近的闭合导线中产生出稳定的电流，但一次次都失败了。他探寻使磁体产生最大张力的最好形状是什么，最后他可能作了这样的设想，蹄形电磁铁比棒形电磁铁的能力强，若将铁芯做成环形，可能会获得更高的能力。（这种封闭型电磁铁实为人类的第一个变压器）1831年8月26日，法拉第在日记中描述了线圈的样子。厚7/8英寸，外环直径6英寸的软铁环上绕上两个彼此绝缘的线圈A和B。B的两端用导线连接成闭合回路，在导线的下面放置一个与导线平行的小磁针（相距3英尺）；A和一个电池组连接在一个开关上（这个线圈现存于伦敦皇家学会，线圈上仍带有法拉第当年给它们写上的标号A和B）1831年8月29日，法拉第在进行这一实验时偶然发现，当开关合上有电流通过线圈A的瞬间，小磁针发生了偏转，随后又停在原来的位置上，当开关断开时，磁针又发生了偏转。这个实验成功的关键是他先把B边的线圈短路，而后才把电池接到A边的线圈上。如果实验程序刚好相反，什么效应也观察不到了。法拉第把这一现象称为“伏打电感应”。法拉第此时还没有明确的领悟到这一现象是暂态性的。他以为A边接上电流以后B边附近的磁针会持续偏转，但实验表现的是磁针的瞬时的扰动，而后很快又静止在原先的位置上，不管电池接上的时间有多长。在1831年10月17日，法拉第开始了电磁感应的第二阶段的实验。他在一个直径为3/4英寸、长为8英寸的空心纸筒上绕8个线圈，并将这8个线圈并联起来，再与一个电流计连接。当他把一根磁棒插入纸筒时，他惊喜的发现，电流计指针忽的偏转起来，然后很快又回到平衡位置；当他把磁棒抽出纸筒时，指针又忽的转向另一边，然后很快就又回到平衡位置。每次把磁棒插入或抽出时，这种效应都会出现。法拉第通过这个实验看出，不仅伏打电池在关和断的瞬时可以激发电流，磁体相对于线圈的运动也能激发电流。他称这种现象为“磁感应”。法拉第仍不满足这个实验，他希望用更大磁铁进一步实验，当时伦敦皇家学会的大磁铁防在克里斯提家里。法拉第预先做好一根直径为3/4英寸、长13英寸的软铁柱和一个套在软铁柱上的螺线管（称之为“0线圈”）。1831年10月28日，他带着这些东西登门实验。他对实验做了如下记录：“将软铁柱(接在蹄形磁铁的)两个磁极上，当电流计与导线还未连接时，电流计受影响甚微，以至无法感知。但是，当导线（与电流计）连接后，一旦断开或接通与软铁柱的磁接触时，一种强大的推力就迫使电流计指针来回振荡多次。”“将0线圈忽然带进磁铁的大磁极之间，它里面没有铁棒，这是（电流计）指针受到强烈影响。若一旦将它抽出，就会发生与前面情况一样的结果。”同一天法拉第还做了一个旋转通盘实验，N、S表示蹄形磁铁的两极，D为可绕轴在垂直平面内旋转的铜盘。他又在一个电流计的两个接线柱上接上两个电刷，当使铜盘旋转起来后，将两个电刷分别防在铜盘的各个部位，以测定产生感应电流的最佳方向。经过反复实验，法拉第发现只要转动铜盘，便可以在铜盘轴心和边缘两处引出电场，只要铜盘保持不停的恒速旋转，产生的电流就一直是稳定不变的。这个装置其实是人类的第一台直流发电机。
至此，法拉第不仅实现了由永久磁体产生电流的设想，而且完全弄明白了这种转化的暂态性。1831年11月24日，法拉第在伦敦皇家学会宣读了他的《电学实验研究》第一辑的四篇论文。法拉第在这组论文中总结了他对电磁感应的发现，提出了“电紧张态”和“磁力线”两个新概念，在此基础上总结电磁感应定律，并完美的解释了阿拉果圆盘实验。
从1821年的电磁旋转实验到1831年正式完成电磁感应定律有十年之久。其实这段时间法拉第的主要精力都用在合金钢和光学玻璃的研制。实际的工业上的需要占据了他的大部分研究时间。这一时期法拉第所写的论文、日记及信件，涉及到电磁学问题的寥寥可数。这是电磁感应定律在奥斯特发现电流的磁效应后十年才被发现的原因之一。
【参考文献】
[1]（英）梅尔茨。十九世纪欧洲思想史（第一卷）[M].北京：商务印书馆，1999.
[2]钱临照，许良英。世界著名科学家传记Ⅲ[M].北京：科学出版社，1994.
[3]约瑟夫·阿盖西。法拉第传[M].北京：商务印书馆，2002.
[4]M.H.沙摩斯。物理史上的重要实验[M].北京：科学出版社，1985.
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