电磁学在中学物理教学中的地位和作用.doc

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1、电磁学在中学物理教学中的地位和作用　　电磁现象是自然界存在着的一类极为普遍的现象，它涉及到常广泛的领域。人类对电磁现象的观察与了解虽然可以追溯到十分遥远的古代，但是真正对它们进行比较系统的研究却是从16世纪下半叶才开始的，其代表性的成果是英国女王伊丽莎白一世御医吉尔伯特（W．Gilbert，1548～1603）在1600年出版的《论磁》。不过，他的全部研究也还是停留在定性的阶段上。只是到了17世纪，欧洲的文艺复兴从艺术转向科学，特别是从18世纪起，由于社会生产力发展的推动，人类才在自然科学的许多领

2、域，逐渐地展开了积极的实验探索和定量的研究。电磁现象的性质和规律就是其中的一个重要方面，而且这种研究成果的应用在人类认识和改造世界的过程中日益展现出重大作用和无限活力；与此同时，在本是荒漠的知识原野上建造瑰丽的科学殿堂的过程，也凝炼和升华了人类的科学思维和科学方法，架起了一代又一代人们攀登新的科学之巅的金桥。　　于是，电磁学成为一个令人神往的课题、整个物理科学的重要组成部分。所以，就是在中学物理教材中，电磁学的知识也占了很大的篇幅，而且涉及到了电磁理论的众多领域。那么，概括地说来，在中学物理课程中

3、，电磁学的教学应该使受教育者获取哪些教益呢？　　（1）电磁现象的本源──物质的电结构　　人类很早就知道摩擦过的琥珀能吸引轻小物体的现象。公元16世纪，吉尔伯特在研究这类现象时首先根据希腊文中的“琥珀”创造了英文中的“电”（Electricity）这个名词，用来表示琥珀经过摩擦以后具有的性质，并且认为摩擦过的琥珀带有电荷。后来，人们发现有很多物质都能由于相互摩擦而带电，并且带电物体之间存在着相互排斥或相互吸引的作用。大量的实验研究还表明，摩擦后的物体所带的电荷只有两种，同种电荷相斥，异种电荷相吸。美

4、国物理学家富兰克林（B．Franklin,1706～1790)把它们分别命名为正电荷和负电荷。　　根据带电体之间的相互作用力，我们可以确定物体所带电荷的数量。物体所带电荷的数量叫做电荷量。为了同时表明物体带的是哪种电荷，通常把正电荷的电荷量用正数表示，负电荷的电荷量用负数表示。实验表明，正、负电荷放在一起可以互相抵消电性。正、负电荷互相完全抵消叫做中和。　　在19世纪30年代以前，人们以为电荷是一种连续的流体，它的量值可以连续变化。但是，在1833年前后，人们从法拉第（M．Faraday，1791

5、～1867）电解定律中得出一个惊人的结论：电荷存在着最小单元。后来，斯通尼（J.S．Stoney，1826～1911）把负电荷的最小单元命名为“电子”。　　从1906年开始，美国物理学家密立根（R．A．Millikan，1868～1953）用油滴实验历时11年测出了电子的电量，用e表示电子电量的绝对值，密立根测出的数值为e=1.60×10-19C.　　迄今为止，各种实验证明，电子是自然界中具有最小电荷量的可以单独存在的粒子，任何带电体和所有带电的微观粒子*的电荷量都是电子电荷量的整数倍。这表明电荷

6、的量值只能取一系列分立的数值而不能连续变化，电荷的这一性质叫做电荷的量子性。　　近代物理学的理论和实验证明，通常所见的各种物体（实物）由原子、分子所组成的，而原子则由带正电的原子核和围绕原子核运动的带负电的电子组成。原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。质子的电量和电子的电量等值异号。在正常状态下，原子内的电子总数等于原子核内的质子总数，因而宏观物体或者物体的任何一部分包含的电子总数和质子总数是相等的，所以不显电性。　　质料不同的两种物体互相摩擦之后所以都会带电，是因为两物体互相摩擦时，每个物体

7、中都有一些电子挣脱原子核的束缚并运动到另一个物体上去。所以净效果是一个物体失去电子，另一个物体得到电子。失去电子的物体便显示出带正电，得到电子的物体就显示带负电，而且两者的电荷量必然等值异号。　　应该注意的是，某一质料的物体分别与其他一些质料不同的物体摩擦时，得到或失去电子的情况是不同的，在与某些质料的物体摩擦时可以得到电子，而在与另一些质料的物体摩擦时则要失去电子不.仅仅是摩擦起电，我们所观察到的所有电现象和磁现象，都是基于物质具有上述的电结构以及其中的带电粒子的相互作用及其运动而产生的，所以我

8、们说，物质的电结构是自然界电磁现象的本源。　　根据物质的电结构，我们容易理解，对于一个物理系统，如果没有净电荷出入其边界，该系统的正、负电荷的电荷量的代数和将保持不变，这就是已被实验证实的电荷守恒定律。应该指出的是，代物理学研究表明，在微观粒子的相互作用过程中，电荷是可以产生和消失的。例如，一个高能光子与一个重原子核作用时，该光子可以转化为一个正电子和一个负电子，这叫做电子对的“产生”；一个正电子和一个负电子在一定条件下相遇，又会同时消失而产生两个或三个光子，这叫做电子对的“湮灭”