物理学专业（磁学与新型磁性材料）使用方向介绍
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&一、培养目标和特色
　　培养与国民经济建设密切相关的磁性薄膜物理、磁记录物理、新型磁记录材料、磁光存储材料、非晶磁性及铁磁体的超精细相互作用等方面具有坚实理论基础、实验工作能力和利用计算机进行多道分析、模拟设计的磁学和磁性材料方面的专门人才。
　　磁学专业的建设和发展适应国家经济建设和科技发展的需要 ，多位国内外知名专家学者在这里任教，实验室拥有完善的各种磁性材料的制备手段和宏观了解和微观结构分析的测试系统，从这里走出去得杰出青年学生大多是国际企业生产和科研院所的专业骨干，例如中科院磁学重点实验室主任成昭华博士，美国明尼苏达大学磁记录研究所研究中心王建平博士等。
二、课程设置
　　1、公共基础课
　　毛泽东思想概论、马克思主义哲学原理、马克思主义政治经济学原理、邓小平理论概论、思想道德修养、法律基础、体育、英语、毕业论文、生产劳动、军事训练与军事理论、形式与政策
　　2、学科基础课
　　高等数学、力学、分子物理学、电磁学、光学、原子物理、普物实验、计算机应用基础、数据库原理、C 语言、电子学基础、电子学实验、物性结构
　　3、专业基础课
　　理论力学、电动力学、热力学统计物理、量子力学、固体物理学、数学物理方法、近物实验、微机原理及应用、计算物理
　　4、专业方向选修课
　　铁磁学、磁性测量、磁学实验
三、工作适应范围
　　毕业生适宜到磁学相关的企业、事业、技术和行政管理部门从事应用研究、科技开发、生产技术和管理工作，适宜到科研机构、高等学校从事科学研究和教学工作，可以继续攻读相关或交叉的硕士学位。
四、优秀本科生事迹材料
　　郑新奇，2005级物理基地班，磁学专业。该生后获得校一、三等奖学金，基地二等奖学金。该生家庭经济困难，但他并没有向困难低头，申请勤工助学岗位以减轻家庭经济负担。该同学思想觉悟较高，是本年级最早的一批在校入党的同学之一。另外，该生还积极参与班级事务，先后担任班级学习委员和团支书。我院将推荐该生于2009年到中科院物理研究所攻读免试硕士研究生。
五、2009年至2011年毕业人数
　　2009年毕业人数29人，2010年毕业人数30人，2011年毕业人数30人。
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大学物理—电磁学
& & & & 物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用的自然科学，它具有完整的科学体系、独特有效的研究方法、丰富的知识，所有这些对于培养21世纪的科学研究工作者及工程技术人员都是必不可少的。因此以物理学基础为内容的大学物理课程是理、工、经、管、文等本科各非物理专业必修的一门基础课。大学物理课程根据高素质创新人才的培养目标，在保证对学生物理知识传授和基本技能培养、打好物理基础的同时，进一步强化对学生的科学思维方法、创新意识和综合应用能力的培养，为提高学生的科学素质发挥积极作用。在大学物理课的各个教学环节中，一方面可以培养学生独立解决问题的能力、理论联系实际的能力和创新能力；使他们了解物理学的发展历史、新进展及前沿物理中的新知识。另一方面可以提高学生树立正确的辩证唯物主义世界观和科学素质。本课程所讲授的电磁学是大学物理的一部分。我们着重从场的观点阐述静电场和稳恒磁场的基本概念、基本规律和基本定理，揭示电磁感应现象的物理本质，最后介绍电磁场理论的初步知识。.
通过课程学习，学生必须掌握电场、磁场、电磁感应的基本规律和基本现象，特别是电磁场的基本定律定理，包括库仑定律、电场的高斯定理、静电场的环路定理、安培定律、磁场的高斯定理及安培环路定理、电磁感应定律等，并利用这些定理定律分析和解决电磁学中的一些问题。
完成课程学习并考核合格（&60分）可获得合格证书，成绩优秀（&85分）可获得优秀证书。
第一章 &静电场1.1 库仑定律1.1.1 &电荷1.1.2 &库仑定律1.1.3 &电力的叠加原理&1.2 电场 电场强度1.2.1 &电场1.2.2 &电场强度1.2.3 &电场强度的计算&1.3 静电场的高斯定理1.3.1 &电场线1.3.2 &电通量1.3.3 &高斯定理1.3.4 &利用高斯定理求静电场的分布&1.4 静电场的环路定理 &电势1.4.1 &静电场的环路定理1.4.2 &静电势能1.4.3 &电势和电势差1.4.4 &电势的计算1.4.5 &等势面1.4.6 &电势梯度&1.5 静电场中的电偶极子1.5.1 &电偶极子在外电场中所受的力矩1.5.2 &电偶极子在外电场中的电势能&第二章 &静电场中的导体和电介质2.1 静电场中的导体2.1.1 &导体的静电平衡条件2.1.2 &静电平衡时导体上电荷的分布2.1.3 &静电屏蔽2.1.4& 静电技术在实际中的应用2.2 静电场中的电介质2.2.1 &电介质对电场的影响2.2.2 &电介质的极化2.2.3 &电极化强度2.3 有介质时的高斯定理2.3.1 &电位移和有介质时的高斯定理2.3.2 &有介质时高斯定理的应用&2.4 电容 电容器2.4.1 &孤立导体的电容2.4.2 &电容器的电容2.4.3 &电容器的联接2.5 静电场的能量2.5.1 &电荷系的静电能2.5.2 &电容器的能量2.5.3 &静电场的能量 &能量密度&第三章 &稳恒磁场3.1 稳恒电流3.1.1 &电流 &电流密度3.1.2 &欧姆定律的微分形式3.1.3 &电源和电动势3.2 磁场 &磁感应强度3.2.1 &磁的基本现象3.2.2 &磁场与磁感应强度3.2.3 &磁感应线&3.3 毕奥—萨伐尔定律3.3.1 &毕奥—萨伐尔定律3.3.2 &毕奥—萨伐尔定律的应用3.3.3 &运动电荷产生的磁场3.4 磁场的高斯定理和安培环路定理3.4.1 &磁通量 &磁场的高斯定理3.4.2 &安培环路定理3.4.3 &安培环路定理的应用3.5 磁场对载流导线的作用3.5.1 &安培力3.5.2 &磁场对载流线圈的作用 &磁矩3.6 磁场对运动电荷的作用3.6.1 &洛伦兹力3.6.2 &带电粒子在磁场中的运动3.6.3 &霍尔效应&3.7 磁场中的磁介质3.7.1 &磁介质对磁场的影响3.7.2 &磁介质的磁化3.7.3 &磁化强度矢量M与磁化电流3.7.4 &有磁介质时的安培环路定理 &磁场强度矢量H3.7.5& 铁磁质第四章 &电磁感应 &麦克斯韦方程组&4.1 法拉第电磁感应定律4.1.1& 电磁感应现象4.1.2& 法拉第电磁感应定律4.1.3& 楞次定律&4.2 动生电动势和感生电动势4.2.1& 动生电动势4.2.2& 感生电动势与感生电场4.2.3& 涡电流及电磁阻尼&4.3 互感与自感4.3.1& 互感4.3.2& 自感4.4 磁场的能量和能量密度&4.5 麦克斯韦方程组 &电磁波4.5.1& 位移电流4.5.2& 安培环路定理的普遍表达式4.5.3& 麦克斯韦方程组4.5.4& 电磁波& & & & & & & & &&大纲说明1.本大纲根据国家教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委员会于2008年颁布的《理工科类大学物理课程教学基本要求》，参照国际相应课程的教学内容编制而成。2.本大纲面向工科学生和非物理专业的理科学生。3.通过本课程的学习，应使学生初步具备以下能力：1)根据物理学的理论、观点、方法，利用矢量代数、矢量分析和微积分等数学工具，分析研究计算一般难度的物理问题；2)掌握基本物理模型，了解物理学中建立模型的意义；根据具体情况，进行简单、合理的模型设计；3)独立阅读有关参考书，文献资料，并会写出笔记或读书心得。&
[1] 胡海云，吴晓丽，缪劲松.《大学物理(第三卷)——电磁学》[M]. 北京：高等教育出版社，2017.[2]&苟秉聪，胡海云主编. 《大学物理学》(下册)(第2版)[M]. 北京：国防工业出版社，2011.[3] 张三慧主编. 大学物理学(第三册)(第2版)[M]. 北京：清华大学出版社，1999.[4] 程守诛，江之永主编. 普通物理学(上册)[M]. 北京：高等教育出版社，2006.[5] 赵凯华，陈熙谋. 电磁学(第三版)[M]. 北京：高等教育出版社，2011.[6] 张三慧、李椿等译；D. Halliday，R. Resnick，J. Walker著. 《物理学基础(Fudamentals of Physics)》(第6版)[M]. 北京：机械工业出版社，2005.
1. 电磁学课程的特点：“概念多，定律多，公式也多”，所以同学们要及时掌握；以往经验，后期容易出现积重难返的现象。2. 在学习这部分内容时，要较多地应用高等数学中的微积分知识，因此要培养运用高等数学工具去求解物理问题的能力。同学们一定要多加练习、用心揣摩，尽快进入角色中来。
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应用物理类专业电磁学课程教学内容改革 !
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物理 物理教育 应用物理类专业电磁学课程教学内容改革! 贾瑞皋!, " # # 柯善哲$ # # 吴寿B% # # 马光群$ (!# 石油大学 (华东) 物理科学与技术学院# 东营# ( $# 南京大学物理系# 南京# ( %# 西安交通大学理学院# 西安# 摘# 要# # 应用物理类专业的培养目标是培养物理学应用型人才, 物理学应用型人才是具备实验物理学家和工程 师双重素质的复合型人才, 物理学应用型人才应着重技术创新和应用能力的培养, 应编写区别于物理学专业的、 适 应应用物理类专业特点的课程教材, 应用物理类专业 《电磁学》 教材遵循电磁理论发展顺序的体系能体现理论发展 的规律, 符合普通物理的特点、 要求和教学目标, 文章论述了应用物理类专业课程教学内容改革的指导思想, 介绍 了我国第一套适应应用物理专业的面向 $! 世纪的 《电磁学》 教材的特点, 关键词# # 电磁学教材, 应用物理, 创新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教育部高等教育面向 $! 世纪教学内容和课程体系改革计划 (批准号: ($ T () T )) 资助项目 $((% T (+ T %( 收到初稿, $((% T (* T (! 修回 "# 通讯联系人, 83N52K: O25JAU N52K, :EG1, =E1, F; !# 引言 !**$ 年, 国家教委颁布了 《高等学校应用物理 类专业基本培养规格和教学基本要求》 文件, 这个 文件对规范应用物理类专业的教学起了积极的作 用, !**& 年, 南京大学、 西安交通大学、 武汉大学、 石 油大学 ( 华东) 、 华东理工大学共同承担了教育部 《高等教育面向 $! 世纪教学内容和课程体系改革 计划》 ($ T ($ T ) 项目: 《应用物理类专业教学内容 和课程体系改革研究》 , 项目组对国内外物理学专 业和应用物理类专业的现状以及国民经济发展对应 用物理类专业教学改革的要求进行了认真的调查和 分析研究, 并在此基础上提出了应用物理类专业教 学改革的指导思想, 在这些思想的指导下, 贾瑞皋教 授主编了适应应用物理类专业的 《电磁学》 教材, 它 是高等教育出版社出版的第一套适应应用物理类专 业的面向 $! 世纪课程教材中的一本, $# 应用物理类专业教学改革的指导思想 $( 世纪 V( 年代以来, 很多学校开办了应用物 理类专业, 由于各校的办学初衷和条件不同, 办学水 平和教学情况差别较大, 目前, 带有普遍性的问题 ? : ; < ? ! "" 卷(#$$% 年) " 期是: 应用物理类专业与物理学专业的培养方案没有 实质上的差别, 或者走到另一个极端, 和工科相关专 业很相近; 物理学应用型人才与物理学基础型人才 分流培养的力度不够; 应用物理类专业也多采用物 理学专业的教材& 物理学专业培养做知识创新工作 的物理学基础型人才& 应用物理学专业培养物理学 应用型人才; 两者的培养规格和教学内容应有所区 别& 物理类应用型人才主要从事技术创新工作, 应有 较好的物理基础, 了解物理知识的创新进展, 参加应 用基础研究, 能做高新技术开发工作& 物理学应用型 人才在物理知识转化为现实生产力的过程中起关键 作用& 因此, 物理学应用型人才应着重技术创新和应 用能力的培养& 贯彻素质教育, 应加强应用物理类专 业学生的应用素质培养& 物理学应用型人才的创新 能力, 主要表现在对物理规律的初创式开发应用及 对先进技术的消化吸收和改革提高方面& 应用型人 才的培养还要解决好学生毕业后对工作的前期适应 性问题& 应用物理类专业的培养规格应介于物理学 基础型人才和相关工程技术人才之间, 兼取两头的 所长& 这种人才是具备实验物理学家和工程师双重 素质的复合型人才& 原有的普通物理教材没有注重 适应培养应用能力的需要& 因此, 编写适应应用物理 类专业基本培养规格要求的教材是落实专业教学改 革计划的重要环节& "! 应用物理类专业 《电磁学》 教材的 内容体系 根据应用物理学专业基本培养规格和教学基本 要求, 以及电磁学课程在应用物理学专业课程结构 中的地位和作用, 确定 《电磁学》 教材的基本内容包 括真空中的静电场、 静电场中的导体和电介质、 恒定 电流、 恒定磁场及运动电荷的电磁场、 磁介质、 电磁 感应、 电磁场和电磁波等基本内容; 为了提高教学适 用性及适应不同学校之间的差别, 基本内容以外的 部分, 如电磁学原理在工程实际中的应用、 对称性原 理在电磁学中的应用等内容冠以星号或作为阅读材 料排印, 以供不同学校教师选教或学生选择自学& 考 虑到应用物理专业都设有电工技术类课程, 交流电 不再作为本书的内容& 应用物理类专业 《电磁学》 教材的内容体系可 有两种选择: 其一是从麦克斯韦方程组出发, 讲述电 磁场及其规律& 向前, 把静电场、 恒定电流磁场的规 律作为麦克斯韦电磁场理论的特例, 向后讲述法拉 第电磁感应和电磁波& 这样看起来改革力度比较大, 但整体上系统性和逻辑性不够协调, 前面大、 后面 小, 显得有些虎头蛇尾& 其实这种体系不符合普通物 理应注重感性认识的特点和要求& 从方法论的角度 上看, 普通物理应以归纳法为主, 理论物理应以演绎 法为主& 其二是基本遵循电磁理论这门学科发展顺 序的体系, 这样能体现理论发展的规律, 也符合从感 性认识上升到理性认识的认识规律, 并能使学生在 学习物理知识的同时, 了解科学家是如何发现问题、 提出问题、 解决问题和创造理论的, 从而培养学生的 科学思维方法、 创新意识和创新能力& 如果结合当时 应用电磁学理论成果取得的技术发明成果进行介 绍, 则能很好地体现物理学理论和原理的初创式开 发应用形成了当时的高新技术的结论, 生动地体现 理论和实践的关系& 这有利于培养学生理论联系实 际、 应用理论解决实际问题的意识和方法& 任何理论 都不是终极真理, 都有其适用条件和局限性, 甚至会 受到诘难& 而恰恰是这些局限性和诘难形成了科学 问题& 科学问题是科学发展的动力& 扩大理论的适用 范围, 冲破其局限性, 特别是在更深层次上解决原有 理论受到的诘难, 这就能创造出新的理论& 电磁学的 发展史中很多实例很好地体现了这一科学哲学观 点& 这正是作者采用第二种内容体系的原因& %! 应用物理类专业 《电磁学》 教材的 特点 任何作者都应竭力塑造自己所编写教材的特 色& 由于指导思想、 教学方法、 主要对象和各种具体 条件的不同, 不同教材的特点也不同& 为适应培养应 用型人才的需要, 应用物理类专业 《电磁学》 教材具 有以下几个特点: (') 精选内容: 根据强化基础、 反映前沿的原则 精选内容& 以基本内容为主导, 与基本内容相距较 远、 需要较多数理准备才能讲的前沿发展不宜纳入 基础课教学内容& 有些前沿发展不宜详细介绍, 仅留 窗口& 减少与中学物理不必要的重复, 处理好与电动 力学的分工和衔接& 适当应用已学过的高等数学作 为讨论物理问题的手段, 实现物理和数学的互动& 尽 量多采用新材料、 新方法, 力争使理论、 资料、 数据等 能反映学科的新成果& 努力做到与其他课程的相互 渗透& 对传统内容尽可能用近代物理观点进行审视、 ? ! " # ? 物理教育 物理 讲述, 或用传统观点讲述后, 再提高到近代物理的认 识上! 例如基本电现象、 基本磁现象、 电磁感应实验 方法等内容在中学已详细讲述, 本书中不再出现! 动 生电动势和感生电动势在不考虑相对论情况下是两 个不同的电磁现象, 而两者的统一是在相对论条件 下电磁场变换的必然结果, 故书中作了一些介绍! 对 电势零点的选取原则、 随时间变化的磁场的无源性、 位移电流中各项的物理本质、 电磁场的边值关系、 抗 磁性的机理等基本内容给出了更详细的论述! 巨磁 电阻效应、 磁电子学、 磁光效应、 电流变液等不仅是 物理学发展的新成果, 而且是当代高新技术的重要 发源地, 应该在教学内容中得到反映! (") 加强应用: 以电磁学的基本概念和基本规 律为主题, 加强理论联系实际, 培养应用理论解决实 际问题的能力! 应用能力应包括对基本原理和基本 规律的开发应用能力, 也包括把工程实际问题简化 归纳为理想模型、 分析使用理想模型会带来多大误 差、 在一定误差要求条件下如何建立和选择理想模 型的能力! 为适应应用物理学专业基本培养规格的 需要, 应用物理类专业 《电磁学》 教材在加强应用方 面做了很大努力! "电磁学与当代高新技术" 单列一 章! 由于电磁场的边值关系在定性分析界面处的电 磁场分布、 物理模型的建立、 电磁场的数值计算等工 程实际中有重要应用, 应用物理类专业 《电磁学》 教 材明显增加了这部分内容! 结合各节内容介绍电磁 学在高新技术中的应用! 电磁学中多次涉及点电荷、 无限大、 无限长等理想模型, 应用物理类专业 《电磁 学》 教材以无限长螺线管的判据为例, 讲述了理想 模型在实际中的应用和分析方法! (#) 培养素质: 除注意论述的科学性和严密性 外, 特别注重科学素质的培养! 对于电磁学理论, 不 是简单的灌输, 而是在原有理论的基础上, 从发现问 题、 提出问题到解决问题, 分析理论发展的必要性! 突出解决问题的方法和思路, 假设的提出和意义, 新 理论成立的条件和局限性, 新理论的建立和验证, 以 及新理论的成功和应用等! 使学生不仅学到电磁学 理论, 而且培养学生的科学思想方法、 思辨能力和创 新意识! 物理上很多重要发现, 例如电流的磁效应和 电磁波的发现具有一定 "偶然性" ! 实际上能够获得 这些重要发现, 起决定作用的是科学家的科学素质! 应用物理类专业 《电磁学》 教材具有广泛的教 学适用性! 考虑到各校学时差别较大、 富有个性, 对 于冠星号内容、 阅读材料和附录, 教师可根据具体情 况取舍和适当增加有关内容! 本教材便于学生独立 阅读和自学, 这有助于培养学生读书的习惯, 培养学 生独立获取知识的能力! 本书也是工科大学物理教 师、 在职科技人员和自学青年的参考书! $% 应用物理类专业 《电磁学》 教材中 几处改进和创新 应用物理类专业 《电磁学》 教材反映了作者多 年的教学经验, 书中有多处改进和创新, 列举几例, 以供参考! !! "# 静电平衡过程的弛豫时间 全部电磁学和工科大学物理教材在讲到静电平 衡时只讲达到静电平衡以后的电场及电荷的分布等 规律, 并且指出静电平衡条件对各种材料的导体都 成立, 即不同材料的导体没有区别! 静电平衡是一种 状态, 例如, 从使导体带电到达到静电平衡必定经历 一个过程, 问题是这个过程经历了多长时间?经历 的时间与哪些因素有关?应用物理类专业 《 电磁 学》 教材给出了分析, 其结论是: 导体中的电荷密度 随时间的变化关系为
" # $ , 其中 !& 是$'&时刻的电荷密度, 对一般金属导体, 特征时间为 $ ! # " 2 (&#() * 的量级! "、 # 分别为导体的电导率和电容 率, 分别表示材料的传导特性和极化特性, 它们共同 确定材料的电学性质! 可见静电平衡过程的弛豫时 间取决于导体的性质! 之所以在一般情况下可以不 区分不同材料的导体、 而认为金属导体的静电平衡 过程是瞬态过程, 是因为通常情况下 (& + () * 左右量 级的时间是可以忽略的! 但并非任何情况下弛豫时 间都可以忽略, 只有当问题涉及的时间 $ 远大于特 征时间 $ 时才可以当成瞬态过程, 否则必须考虑弛 豫时间! 这也说明, 一种材料表现为导体还是电介质 的性质与具体问题有关! 在高频情况下, 如果周期 %1$, 可视为导体; 如果周期 %$$, 则应视为电介 质! 在,射线频率 (2(&() -.) 时, 铜的性质也表现 为电介质的性质, 所以, , 射线可用于金属探伤! !! $# 位移电流密度中 !& !$ 的意义 位移电流密度 !' !$ ' #& !( !$ / !& !$ , 式中 #& !( !$ 与电 场的时间变化率相联系, !& !$ 是极化电荷的运动形成 的极化电流密度! 在晶体 ( 例如氯化钠晶体薄膜) 中, 不可能总是能明确地辨认出 "分子电偶极矩" , 如图 ( 所示 [(] ! 对于离子晶体, 如果把相邻的两个 ? % $ $ ? 物理教育 ! "" 卷(#$$% 年) " 期正、 负离子认为是具有电偶极矩的分子, 余下的电荷 只能认为是 "自由电荷" & 图'(() 说明介质中有方 向向下的极化强度, 同时上部有正的自由电荷, 下部 有负的自由电荷, 介质中的宏观电场为零& 图'()) 说明介质中有方向向上的极化强度, 同时下部有正 的自由电荷, 上部有负的自由电荷, 介质中的宏观电 场也为零& 两种描述在物理上是等价的& 也可以想像 出极化强度等于零, 没有自由电荷的描述& 因此, 在 原子世界里, 束缚电荷与自由电荷的区分或多或少 带有一些任意性, 极化电流与传导电流没有本质的 区别, 如果愿意, 可以统称为传导电流& 所以方程 3!
("$ , !# !$ ) ?*$ + *# ("$ , !% !$ ) ?*$ , *# !$ !& !$ ?*$ 表示传导电流 "$ , !% !$ 和!$ "& !$ 激发磁场的规律是相 同的& 在真空中, "$ , !% !$ + $ , 只有 !$ "& !$ 激发磁场, 所以 !$ "& !$ 是位移电流的核心& 极化电流和传导电流实际上的区别是 "不可能 有稳恒的极化电流" & 所以应当区分极化电流和传 导电流, 而把磁场的环路定理写成 3!
("$ , !# !$ ) ?*$ + *# ("$ , !% !$ , !$ !& !$ ) ?*$& !& "# 随时间变化的磁场的无源性的证明 全部电磁学和工科大学物理教材在讲到麦克斯 韦方程组时, 根据经典电磁学不承认磁单极的存在, 直接把恒定磁场的高斯定理 3# 推广到普 遍情况& 静电场的环路定理 3! 是可以证明 的, 不能把静电场的环路定理 3! 推广到变 化的磁场激发的感应电场& 变化的磁场激发的感应 电场的环路定理为 3!
!' !$ ?*$, 有法拉第 电磁感应定律保证& 为什么不承认磁单极的存在就 可以直接把恒定磁场的高斯定理 3# 推广 到普遍情况呢?这样的直接推广显得缺乏根据& 在 理论体系上, 这样直接推广也相当于增加了一条基 本假设& 其实, 随时间变化的磁场遵守 3# '?*$ + $ 图'! 同一离子晶体介质的两种等价描述 也是可以证明的& 应用物理专业 《电磁学》 给出了变 化的磁场遵守 3# 的一个证明& 这样使得 3# 成为在毕 - 萨定律、 磁场的叠加原理和 法拉第电磁感应定律基础上推导出的一个定理& !& $# 抗磁性的经典解释 应用物理类专业 《电磁学》 教材导出无矩分子的 电子轨道角动量在外磁场作用下产生的进动角速度 为!+%#& '$ , 从而说明附加磁矩与外磁场成正比且 反向, 不但解释了抗磁性的机理, 而且给出一个力学 在电磁学中的应用实例' 这样对加强不同课程之间的 相互渗透和启发学生应用所学知识解决问题都有好 处' !' !# 电场和磁场的能量密度公式 应用物理类专业 《电磁学》 教材和工科大学物 理教材在由简单情况下得出电场的能量密度公式和 磁场的能量密度公式后说: "可以证明" 它 (们) 对于 变化的电场 (变化的磁场) 也适用' 笔者曾多次问学 ? % & & ? 物理教育 物理 生, 你对 "可以证明" ! 个字是理解为 "理论可以证 明" 还是 "实验可以证明" ! 学生都回答说 "理论可以 证明" ! 实际上恰恰相反, 单用理论不能证明, 它们 是假设, 其正确性必须得到实验直接或间接的证明! 当然讲清楚上述问题超出本课程的范围, 但应注意 不要给学生造成误会! 为此, 应用物理类专业 《电磁 学》 教材在冠星号部分回答了这个问题, 以便消除 这个误会! !! "# 对称性原理在电磁学中的应用 应用静电场的高斯定理可以求有特殊对称性的 电荷产生的电场, 应用恒定磁场的环路定理可以求有 特殊对称性的电流产生的磁场, 这很容易使学生产生 一个误会: 静电场的高斯定理等价于库仑定律和电场 的叠加原理; 恒定磁场的环路定理等价于毕 " 萨定律 和磁场的叠加原理! 为此, 应用物理类专业 《电磁学》 以阅读材料的形式增加了 "对称性原理及其在电磁学 中的应用内容" , 它不仅能使学生理解为什么对称的 电荷 (电流) 产生对称的电场 (磁场) , 而且能使学生 理解对称性原理对物理学定律的约束和限制! 自然规 律是分层次的, 对称性原理是自然界中更基本、 更高 层次的规律! 如果掌握了对称性原理及应用对称性原 理分析问题的方法, 在不知道具体物理规律的条件 下, 也能在很多情况下得到很有用的结论! !! $# 电磁感应和电磁场的统一性 电磁感应在电磁学中占很重要的地位! 动生电 动势和感生电动势在某些情况下可以通过坐标变换 统一起来, 例如条形磁铁插入螺线管中产生的电动 势! 有的情况在不同坐标系中分析可以得到完全相 反的结论, 例如在均匀恒定磁场中运动的导体两端 的电荷积累! 动生电动势和感生电动势对应性质完 全不同的非静电力, 是两种性质完全不同的物理现 象, 这也正是麦克斯韦提出感应电场假设的根据! 性 质完全不同的物理现象怎么能够通过坐标变换的手 段统一起来呢?同一物理过程在不同坐标系中分析 得到不同的结论, 这很像维恩公式和瑞利 " 金斯公 式关于黑体辐射问题的结论! 这些现象正反映了经 典电磁理论的局限性! 历史上正是这样类似问题的 提出和解决促使了科学的发展! 认真分析这些问题, 既可以加深学生对电磁感应的理解, 又可以培养学 生发现问题、 提出问题的能力, 也可以加深学生对科 学问题是科学发展的动力的科学哲学观点的理解! !! %# 选取电势参考点的原则 电势参考点的选取具有一定的任意性, 但又不 是完全任意的! 应用物理类专业 《电磁学》 提出选取 电势参考点的原则是: 使电场中任意确定点的电势 具有确定的有限值的前提下, 能使电势函数的数学 解析式最简单的参考点是最恰当的参考点! 应用物 理类专业 《电磁学》 教材详细论述了这一原则, 并给 出确定最恰当的参考点的一般方法! !! &# 加强边值关系的论述 从培养应用型人才的角度, 对各种不同介质界 面处电场和磁场分布的定性分析是非常重要的! 应 用物理类专业 《电磁学》 加强了这部分内容! !! '(# 文字特点 应用物理类专业 《电磁学》 教材不采用多数教 材采用的第一人称的写法, 而采用科技论文的习惯 写法, 希望学生在阅读本书的过程中, 逐渐熟悉科技 论文的语言习惯, 培养学生写科技论文的能力! 本书的编者在编写过程中虽然做了较多努力, 但在这样一件带有创新性的工作中, 难免存在缺点 和错误, 恳请读者批评指正! 参考文献["] #$ %$ 珀塞尔著$ 南开大学物理系译$ 电磁学 ( 伯克利物理学教 程》 第&卷) $ 北京: 科学出版社,
6.,7489 :.;8$ 974-7 8,127$ #/.-8,4-489 12? @1A2.847@ ( 《 B.,3./.9 *>974-7 C<+,7.》 , D42.7.
4 4 4 4 ) ] 更G 正 本刊 &HH! 年第 " 期第 (& 页刊登了 《美国物理学会 (I*F) 关于学术道德和价值观的声明: I*F 关于职业道德行为的道德守则》 译文, 应文章译者庆承瑞研究员的要求, 补充文章的致谢如下: "这一守则译文曾得到美国物理学会 (I*F) 主席 %9,41@ *$ F1,1->43 教授的同意, 并通过她请 到章义朋 (0A.. *12A) 教授对译文作了修改和润色$ 此外, 高等科技中心的王垂林教授也为 译文增色不少$ 译者感谢他们两位的修改和有益的帮助$ " 特此补充$ 《物理》 编辑部G ? ) ) ) ? 物理教育
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