
麦克斯韦方程组的两个假设是什么啊
有谁知道,小弟先行谢过
1、涡旋电场2、位移电流
谁帮我解释一下麦克斯韦方程组的意义及实际应用
斯韦方程组 关于静电场和稳恒磁场的规律,可总结归以下四条基本定理: 静电高斯定理: 静电场的环路定理: 稳恒磁场的高斯定理: 磁场的安培环路定理: 上述这些定理都是孤立地给出了静电场和稳恒磁场的规律,对变化电场和变化磁场并不适用。
麦克斯韦在稳恒场理论的基础上,提出了涡旋电场和位移电流的概念: 1. 麦克斯韦提出的涡旋电场的概念,揭示出变化的磁场可以在空间激发电场,并通过法拉第电磁感应定律得出了二者的关系,即 上式表明,任何随时间而变化的磁场,都是和涡旋电场联系在一起的。
2. 麦克斯韦提出的位移电流的概念,揭示出变化的电场可以在空间激发磁场,并通过全电流概念的引入,得到了一般形式下的安培环路定理在真空或介质中的表示形式,即 上式表明,任何随时间而变化的电场,都是和磁场联系在一起的。
综合上述两点可知,变化的电场和变化的磁场彼此不是孤立的,它们永远密切地联系在一起,相互激发,组成一个统一的电磁场的整体。
这就是麦克斯韦电磁场理论的基本概念。
在麦克斯韦电磁场理论中,自由电荷可激发电场 ,变化磁场也可激发电场 ,则在一般情况下,空间任一点的电场强度应该表示为 又由于,稳恒电流可激发磁场 ,变化电场也可激发磁场 ,则一般情况下,空间任一点的磁感强度应该表示为 因此,在一般情况下,电磁场的基本规律中,应该既包含稳恒电、磁场的规律,如方程组(1),也包含变化电磁场的规律, 根据麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流的概念,变化的磁场可以在空间激发变化的涡旋电场,而变化的电场也可以在空间激发变化的涡旋磁场。
因此,电磁场可以在没有自由电荷和传导电流的空间单独存在。
变化电磁场的规律是: 1.电场的高斯定理 在没有自由电荷的空间,由变化磁场激发的涡旋电场的电场线是一系列的闭合曲线。
通过场中任何封闭曲面的电位移通量等于零,故有: 2.电场的环路定理 由本节公式(2)已知,涡旋电场是非保守场,满足的环路定理是 3.磁场的高斯定理 变化的电场产生的磁场和传导电流产生的磁场相同,都是涡旋状的场,磁感线是闭合线。
因此,磁场的高斯定理仍适用,即 4.磁场的安培环路定理 由本节公式(3)已知,变化的电场和它所激发的磁场满足的环路定理为 在变化电磁场的上述规律中,电场和磁场成为不可分割的一个整体。
将两种电、磁场的规律合并在一起,就得到电磁场的基本规律,称之为麦克斯韦方程组,表示如下 上述四个方程式称为麦克斯韦方程组的积分形式。
将麦克斯韦方程组的积分形式用高等数学中的方法可变换为微分形式。
微分形式的方程组如下 上面四个方程可逐一说明如下:在电磁场中任一点处 (1)电位移的散度 等于该点处自由电荷的体密度 ; (2)电场强度的旋度 等于该点处磁感强度变化率 的负值; (3)磁场强度的旋度 等于该点处传导电流密度 与位移电流密度 的矢量和; (4)磁感强度的散度 处处等于零。
麦克斯韦方程是宏观电磁场理论的基本方程,在具体应用这些方程时,还要考虑到介质特性对电磁场的影响, 即 , 以及欧姆定律的微分形式 。
方程组的微分形式,通常称为麦克斯韦方程。
在麦克斯韦方程组中,电场和磁场已经成为一个不可分割的整体。
该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律,并预言了电磁波的存在。
麦克斯韦方程组得出了什么样的结论
不只是总结,还有麦克斯韦自理论创新。
库伦定律的两方面,平比性(高斯定理)和有心性(安培环路定律)都是静态场的实验总结规律,麦克斯韦直接将其推广至动态场,结合实验上的法拉第电磁感应定律,写下了前两个方程。
▽·E=4πρ和▽×E=-1\\\/c dB\\\/dt。
比萨定律也是静磁场的方程,▽·B=0(其实也是高斯定理)也就像静电场那般直接推广至动态磁场。
最后一个方程▽×B=4πj\\\/c+(1\\\/c)dE\\\/dt,右边头一项可从比萨定律推出,直接推广至动态场。
第二项则是麦克斯韦自己在分析动态电磁场时从理论上导出的项,表示位移电流,只有添上这一项四个方程才能自洽起来。
讲道理,在物理学中,麦克斯韦的地位是不是应该在
麦克斯韦方程组统一了电磁学各种现象,但是它不是一个创新,而是属于总结。
麦克斯韦独创的麦克斯韦方程组中引入的有旋电场和位移电流。
麦克斯韦对电磁理论的贡献
相关范文关于测控专业学员电磁学前概念的研究摘 要 介绍种转变前概念的教学策略。
以建构主义学习为指导,以电磁学六个方面的含前概念的调查问卷为工具,通过对测控专业学员321名学员的问卷调查,得出学员在电磁学存在的一些典型的前概念。
根据调查分析的结果,分析了前概念的成因、特点,并提出了转变前概念的教学策略。
关键词 前概念 电磁学 教学策略 Abstract A kind of teaching method is proposed. Using the constructivism as the guideline, the questionnaire with preconception of 6 parts of electromagnetism as tools, by investigating 321 students, 21 pieces of typical preconception are got. By the results of investigation, analyzing the traits and the reasons, some teaching method for changing the preconception is proposed. Key words preconception electromagnetics teaching method 一、引言 学习者总是以已有的认知结构为基础来建构对新知识的理解[1],在学习者己有的认知中有些是与科学概念相一致的,有些是与科学概念不一致的,我们就把这些与科学概念不一致的认知称为“前科学概念”(简称前概念)[2]。
近年来,随着认知科学的不断发展,人们越来越认识到学习者头脑中的这些前概念会对学习者接受、形成和发展科学概念产生严重的阻碍作用。
因此,探究学习者头脑中存在的前概念并根据学员已有的认知结构采取相应的措施进行概念转变教学,逐渐成为国内外教育心理学界研究的热点。
对于军队院校的大专学员(士官)来说更是如此,他们的基础更加薄弱一些,纠正他们头脑中存在的前概念,优化其认知结构显得十分重要。
二、基本概念和研究方法 (一)基本概念。
在有关概念及概念转变的文献中,研究者使用了很多不同的名词,其中比较常用的有“前概念(preconception) ”,“错误概念(misconception)”、“相异构想(alternative framework ) ”,“概念框架(conception framework )”[3]。
1、前概念。
“前概念”有很多种称谓,苏联心理学家维果斯基把它称为如“孩子的概念”、“替代的概念”;前苏联“日常概念”、“自发概念”。
它是指“未经专门教学,在同其他人进行日常交际和积累个人经验的过程中掌握的概念” “教学前概念”是指“在进行教学之前学生就己持有的概念”。
杜伊特(R.Duit)将其化分为错误概念和前概念两部分,同时,他认为错误概念是指“学生在以前的正式学习中形成的错误理解”,其中前概念的含义与前面相同。
2、概念框架。
“概念框架”是指学生对自然现象的认识通常并不是个别的孤立的概念,而大都是能形成一种结构并且在自然中得到拓展。
现有研究的结果充分地支持了这一观点,学生的概念通常并不是“模糊”观点的集合,而是非常清晰的,尽管从科学角度来看他们的认识范围十分有限。
(二)研究方法。
根据研究目的及具体的研究条件,本研究以问卷调查法为主,并辅以个别访谈法对测控专业学员有关电磁学前概念进行研究。
问卷中的试题为单项选择题,要求学员不仅要选出答案,而且要说明所做出选择的理由,以期获取学员产生错误推理、错误概念的原因等有用信息。
1、研究内容。
由于电磁学涉及的内容较为广泛,在有限的时间内要全面细致研究是不现实的。
本研究在阅读相关研究文献基础上,结合电磁学部分的教学内容和要求,具体设置了:电荷、电场线与电场之间的关系、导体的静电平衡、库仑定律、电势与场强之间的关系、真空中的GUSS定理6个方面的内容。
2、研究对象。
本研究旨在探查测控专业学员在电磁学中存在的某些前概念。
考虑到电磁学的教学时间、学员的具体情况以及论文的进展情况,我们选择了装备指挥技术学院士官系2006, 2007(简称06, 07)级测控专业的部分学员作为被试对象。
其中,06级学员己学完电磁学课程一年,并且进行了后继学科电动力学相关部分的学习;07级学员刚刚学习电磁学中有关测试部分的内容,还未进行后继学科电动力学的学习。
3、问卷编订。
参考程守沫、江之永的《普通物理学》,赵凯华、陈熙谋的《电磁学》,陈秉乾、舒幼生、胡望雨的《电磁学专题研究》、张静江的《电磁学问题一一分析与思考》,苏铁力、马德录的《电磁学基本概念学习指导》以及四川师范学院电磁学教研室的《电磁学思考题分析与解答》等材料,并参照戴维德(David )等人的电场和磁场概念理解调查问卷(the Conceptual Survey of Electricity and Magnetism)的设计模式,结合长期从事电磁学一线教学的教员的建议,编制了包含20个题目的初始调查问卷。
测查题目情况具体如表1所示。
主要测查学员在电磁学中存在的前概念。
表1 测查题目及内容分布 测查内容 电荷 电场线与电场关系 导体的静电平衡 库仑定律 电势与场强关系 真空中的GUSS定理 题号 1,10,17 2,7,12 4,9,13, 18 6,11,19 5,14,15,16 3,8,20 三、结果与分析 为进一步分析测控专业学员在电磁学中存在的某些前概念,我们对问卷调查结果进行了统计分析。
试卷回收统计情况如表2所示。
表2 试题测试答案统计表 题号 答对率\\\/人数 含前概念回答率\\\/人数 放弃率\\\/人数 题号 答对率\\\/人数 含前概念回答率\\\/人数 放弃率\\\/人数 1 44.5\\\/143 52.6\\\/169 2.9\\\/9 11 42.4\\\/136 50.6\\\/162 3.3\\\/10 2 86.6\\\/278 12.4\\\/56 1.0\\\/3 12 67.7\\\/217 30.6\\\/98 1.7\\\/5 3 79.7\\\/256 17.4\\\/56 2.9\\\/9 13 63.3\\\/203 31.7\\\/102 5.0\\\/16 4 57.6\\\/185 39.5\\\/127 3.0\\\/10 14 51.7\\\/109 45.0\\\/95 3.3\\\/7 5 69.5\\\/223 27.7\\\/89 2.8\\\/9 15 58.7\\\/124 40.3\\\/85 1.0\\\/2 6 44.5\\\/143 52.7\\\/169 2.8\\\/9 16 43.7\\\/92 51.7\\\/109 4.6\\\/10 7 48.6\\\/156 47.0\\\/151 4.4\\\/14 17 52.6\\\/111 44.5\\\/94 2.9\\\/6 8 62.6\\\/201 34.6\\\/111 2.8\\\/9 18 70.5\\\/226 28.6\\\/92 0.9\\\/3 9 67.6\\\/217 30.8\\\/99 1.7\\\/5 19 57.1\\\/183 38.9\\\/125 4.0\\\/13 10 62.5\\\/200 34.2\\\/109 2.3\\\/12 20 64.6\\\/207 32.5\\\/104 2.9\\\/9 1、年级差异。
统计结果中发现,对于不同年级得分率有较大差异,具体情况如图1所示。
从图中我们发现随着年级的增长,学员的得分率有所提高,这说明从新课教学以及一些其他相关学科的学习,对于一部分前概念的纠正和科学概念的形成是有效的,能够在一定程度上提高学员成绩。
2、概念差异。
此外对06、07级6部分测查内容得分率分别进行了统计,统计情况如图2所示。
图2 06、07级各部分测查内容平均得分率 从图2我们可以看出学员在各部分测查内容方面的平均得分也随年级的增长而提高,这也说明通过后继学科的学习能在一定程度上减少学员的前概念,提高学员的学习成绩。
这说明通过新课教学可以有效的纠正学员头脑中的前概念并且能有效的帮助学员形成正确的物理概念。
07和06年级之间存在明显的差异,这说明后继学科的学习纠正学员的部分前概念。
其中库仑定律增幅最高,说明这部分内容存在的前概念多。
而真空中的GUSS定理增幅最小,这说明这部分内容存在的前概念最小。
这主要是因为库仑定律比较普遍,学员接触的较多一些,而后者学员在学习中接触的较少,所以前概念就少一些。
学员具体在库仑定律方面存在的前概念如下表3所示。
表3 在库仑定律方面存在的典型前概念 序号 前概念内容 1 极小的带电物体均可看作点电荷 2 根据公式 可知r→∞,E→∞3 根据公式 可知r→0,无意义四、教学策略 由上面的调查分析判断,电磁学教学的关键在于促进学生的概念转变,学习是否发生是依据概念发展而不是依据新信息的零星积累来判断的。
要确定适当的概念转变教学策略,应当考虑以下几个因素:(1)学生原有的概念,促进概念转变的教学首先需要知道学生在概念转变中存在那些常见的问题,从而有针对性的设计教学;(2)分析在发展和转变观念的过程中对学生智力的要求,这种分析集中于学习者从现有概念向预期结果转变的过程中需要经历的智力途径的性质;(3)考虑可能用来帮助学生从现有概念向科学概念转变的各种具体教学对策。
促进概念转变的关键在于营造一个有利于概念转变的教学环境,在这一环境中,新旧概念间的矛盾被突出,从而激起学生解决矛盾的愿望,并提供给学生比较充分的解释、交流的机会。
根据新旧概念矛盾的激化程度不同,促进概念转变的教学策略可以分为以下两种。
一是充实。
充实(Enrichment)指在现存的概念结构中概念的增加或删除,包括对前概念的区分、合并以及增加层级组织。
这一途径涉及前概念的量的扩展,是一条“进化”的、连续的途径,发生在学生的原有概念结构同科学概念一致的情况下。
这一策略常用的引导学生概念转变的方式有:从学生前概念的积极方面入手,以两种概念的一致点为出发点,逐步过渡到科学概念。
对学生存在的错误观念,找出一个情景比较相似但较容易理解的事例,在二者之间建立类比关系,为学生从错误观念走向科学概念架起桥梁;另外,我们可以让学生先动手完成一些简单的实验,然后以试验内容和现象为素材进行讨论,澄清错误概念。
二是重建。
重建(Restructuring)意味着创造新结构,这种新结构的建构是为了解释老的信息或说明新信息。
这是一条“革命性”的、不连续的途径,它发生在学生的前概念与科学概念不一致或完全冲突的情况下。
在这种不连续的情况下,认知冲突起关键作用。
这一策略常用的引导学生概念转变的方式是通过学生对某一物理现象的解释来暴露前概念,在与进一步的物理事实的对比中引起认知冲突,从而帮助学生建立起正确的物理概念。
这种教学方式使新旧概念之间的矛盾冲突表面化、集中化,对学生头脑中原有的知识结构有一个强烈的震撼,然后通过顺应重新建立新的认知结构。
5、结论 介绍了一种转变前概念的教学策略。
以电磁学六个方面的含前概念的调查问卷为工具,通过对测控专业学员的问卷调查,得出学员在电磁学存在的一些典型的前概念。
根据调查分析的结果,分析了前概念的成因、特点,最后得出了转变前概念的教学策略。
参考文献 1.杜军义.高中学生学习物理的相异构想初探[J].物理教师,2002;(6):1~3 2.陈秉乾,舒幼生,胡望雨.电磁学专题研究[M].北京:高等教育出版社,2003.1~70 3.赵凯华,陈熙谋.电磁学[M]北京:高等教育出版社,2003.1~53仅供参考,请自借鉴希望对您有帮助
麦克斯韦方程组的实验基础及其意义
1845年,关于电磁现象的三个最基本的实验定律:库仑定律(1785年),安培—毕奥—萨伐尔定律(1820年),法拉第定律(1831-1845年)已被总结出来,法拉第的“电力线”和“磁力线”概念已发展成“电磁场概念”。
场概念的产生,也有麦克斯韦的一份功劳,这是当时物理学中一个伟大的创举,因为正是场概念的出现,使当时许多物理学家得以从牛顿“超距观念”的束缚中摆脱出来,普遍地接受了电磁作用和引力作用都是“近距作用”的思想。
1855年至1865年,麦克斯韦在全面地审视了库仑定律、安培—毕奥—萨伐尔定律和法拉第定律的基础上,把数学分析方法带进了电磁学的研究领域,由此导致麦克斯韦电磁理论的诞生。
(一)经典场论是19世纪后期麦克斯韦在总结电磁学三大实验定律并把它与力学模型进行类比的基础上创立起来的。
但麦克斯韦的主要功绩恰恰是他能够跳出经典力学框架的束缚:在物理上以场而不是以力作为基本的研究对象,在数学上引入了有别于经典数学的矢量偏微分运算符。
这两条是发现电磁波方程的基础。
这就是说,实际上麦克斯韦的工作已经冲破经典物理学和经典数学的框架,只是由于当时的历史条件,人们仍然只能从牛顿的经典数学和力学的框架去理解电磁场理论。
现代数学,Hilbert空间中的数学分析是在19世纪与20世纪之交的时候才出现的。
而量子力学的物质波的概念则在更晚的时候才被发现,特别是对于现代数学与量子物理学之间的不可分割的数理逻辑联系至今也还没有完全被人们所理解和接受。
从麦克斯韦建立电磁场理论到现在,人们一直以欧氏空间中的经典数学作为求解麦克斯韦方程组的基本方法。
(二) 我们从麦克斯韦方程组的产生,形式,内容和它的历史过程中可以看到:第一,物理对象是在更深的层次上发展成为新的公理表达方式而被人类所掌握,所以科学的进步不会是在既定的前提下演进的,一种新的具有认识意义的公理体系的建立才是科学理论进步的标志。
第二,物理对象与对它的表达方式虽然是不同的东西,但如果不依靠合适的表达方法就无法认识到这个对 象的存在。
由此,第三,我们正在建立的理论将决定到我们在何种层次的意义上使我们的对象成为物理事实,,这正是现代最前沿的物理学所给我们带来的困惑。
(三) 麦克斯韦方程组揭示了电场与磁场相互转化中产生的对称性优美,这种优美以现代数学形式得到充分的表达。
但是,我们一方面应当承认,恰当的数学形式才能充分展示经验方法中看不到的整体性(电磁对称性),但另一方面,我们也不应当忘记,这种对称性的优美是以数学形式反映出来的电磁场的统一本质。
因此我们应当认识到应在数学的表达方式中发现或看出 了这种对称性,而不是从物理数学公式中直接推演出这种本质。



