本節(jié)講授緒論一．電磁學(xué)的研究對(duì)象是什么？1.物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)

茫茫玉宇，寥廓江天，淪海桑田，巍巍山巒，仰望天空，斗轉(zhuǎn)星移，俯察大地，聲熱光電，這就是展現(xiàn)在我們面前的世界，一個(gè)永恒無(wú)限而又變化的世界。對(duì)于這個(gè)世界的探索,可能永遠(yuǎn)也不會(huì)完全清楚，但卻會(huì)越來(lái)越清楚。世界是物質(zhì)的。

日月星辰、原子電子、固液氣體是物質(zhì)，電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)、引力場(chǎng)也是物質(zhì)，物質(zhì)是標(biāo)志客觀實(shí)在的，世界上形形色色的事物只要是客觀的實(shí)在，都稱之為物質(zhì)。

經(jīng)過(guò)千百萬(wàn)年來(lái)的探索,人們?cè)絹?lái)越清楚的認(rèn)識(shí)到:

運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的基本屬性，它包括宇宙中發(fā)生的一切變化和過(guò)程，從簡(jiǎn)單的位置變化直到思維。

一切物質(zhì)都在運(yùn)動(dòng)著。相對(duì)位置的變化是運(yùn)動(dòng)，熱量的傳遞是運(yùn)動(dòng)，電磁傳播是運(yùn)動(dòng)，化學(xué)過(guò)程、生物過(guò)程也是運(yùn)動(dòng)。沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)和沒(méi)有物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)同樣是不可想象的，運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)是不可分割的，是普遍的、絕對(duì)的。例如:例如打雷閃電地球極光地球的自轉(zhuǎn)質(zhì)點(diǎn)帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)電磁波的傳播衛(wèi)星的飛行火箭的發(fā)射

電磁學(xué)像力學(xué)和熱學(xué)一樣，是一門系統(tǒng)性邏輯性很強(qiáng)的理論體系。但它不像力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)和剛體那樣離散孤立，而是分布在空間的矢量場(chǎng)；在數(shù)學(xué)工具上，它除了用微積分計(jì)算外，還常用到矢量分析；在研究方法上，它總是由真空到介質(zhì)，由不變場(chǎng)到變化場(chǎng)。

的順序，對(duì)電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律予以介紹。本書將按靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體靜電場(chǎng)中的介質(zhì)穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒磁場(chǎng)電磁感應(yīng)磁場(chǎng)中的介質(zhì)電磁場(chǎng)和電磁波2.電磁學(xué)的研究對(duì)象

電磁學(xué)的知識(shí)和應(yīng)用范圍極其廣泛，人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，對(duì)固液氣體的彈性、摩擦生熱，對(duì)光本質(zhì)的研究等等，都是以電磁相互作用為基礎(chǔ)。在人們的生產(chǎn)、生活和工程技術(shù)諸方面，由于電能容易獲得又易于轉(zhuǎn)換和使用，便于傳輸又有極高的效率，因此被廣泛應(yīng)用在動(dòng)力、通訊、測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域，成為電工學(xué)、電化學(xué)、無(wú)線電學(xué)、自動(dòng)控制學(xué)、遙感遙測(cè)學(xué)、電視學(xué)等理工科一門十分重要的基礎(chǔ)課。

電磁學(xué)就是研究電磁現(xiàn)象的規(guī)律以及物質(zhì)的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)的科學(xué)。

(1)世界是物質(zhì)的，電磁學(xué)就是研究物質(zhì)世界電磁現(xiàn)象的最基本最普遍規(guī)律的科學(xué)，用著名科學(xué)家李政道的話說(shuō)，“物理，物理，萬(wàn)物之理”。我們要認(rèn)識(shí)這個(gè)世界，改造這個(gè)世界，就要弄清構(gòu)成這個(gè)世界的萬(wàn)物之理，就要學(xué)好電磁學(xué)以及物理科學(xué)。二.一定要學(xué)好電磁學(xué)(2)由于電磁學(xué)研究的是物質(zhì)電磁運(yùn)動(dòng)的最基本最普遍的規(guī)律，而這些運(yùn)動(dòng)又普遍存在于其它一切復(fù)雜運(yùn)動(dòng)(如天體運(yùn)動(dòng)、天氣變化、生物成長(zhǎng)等)之中。

所以電磁學(xué)是理、工、農(nóng)、醫(yī)等所有自然科學(xué)技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課之一，也是文、史、哲，特別是哲學(xué)研究的一門十分重要的相關(guān)學(xué)科。(3)電磁學(xué)的研究和發(fā)展為其它科學(xué)技術(shù)提供了一種最好的研究范例和方法。

它的歸納方法、實(shí)驗(yàn)方法、用數(shù)學(xué)嚴(yán)密表示理論的方法等，已廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物、地質(zhì)、地理等科學(xué)的研究之中，它的唯物觀點(diǎn)、辯證觀點(diǎn)、相對(duì)性觀點(diǎn)等已為其它自然科學(xué)和哲學(xué)、史學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等所借鑒。(4)電磁學(xué)的發(fā)展使人類進(jìn)入到了電氣化時(shí)代。17、18世紀(jì)牛頓力學(xué)和熱力學(xué)的建立，促進(jìn)了蒸汽機(jī)機(jī)械的大發(fā)展，引發(fā)了第一次工業(yè)革命，使人類進(jìn)入到機(jī)械化時(shí)代。

而19世紀(jì)電磁理論的建立，從而發(fā)明了電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電燈、電話、無(wú)線電等，引發(fā)了第二次工業(yè)革命，使人類進(jìn)入到電氣化時(shí)代，20世紀(jì)相對(duì)論和量子力學(xué)的建立，從而發(fā)現(xiàn)了核能和半導(dǎo)體，發(fā)明了計(jì)算機(jī)、激光等，引發(fā)了第三次工業(yè)革命，使人類進(jìn)入到原子能和計(jì)算機(jī)時(shí)代。下一個(gè)時(shí)代是什么?有人說(shuō)是信息時(shí)代，有人說(shuō)是生物時(shí)代，也有人說(shuō)是光子時(shí)代，但無(wú)論是哪種時(shí)代，其基礎(chǔ)學(xué)科無(wú)可辯駁地仍然是物理學(xué),仍然與電磁學(xué)相關(guān)。

因?yàn)檫@門課程同學(xué)們?cè)缫呀佑|過(guò)。如果我們將整個(gè)物理學(xué)按高低層次劃分，則中學(xué)所學(xué)習(xí)的物理可稱為初等物理，大學(xué)所學(xué)習(xí)的物理可稱為高等物理，高等物理又分為普通物理學(xué)和理論物理學(xué)兩部分。物理專業(yè)的學(xué)生在低年級(jí)一般學(xué)習(xí)普通物理學(xué)，到高年級(jí)和研究生階段才學(xué)習(xí)理論物理學(xué),普通物理學(xué)的大多數(shù)概念在中學(xué)已接觸過(guò)，所以電磁學(xué)也并不很難學(xué)。②中學(xué)一般是通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接得出結(jié)論，而現(xiàn)在更注重理論推導(dǎo)；(5)電磁學(xué)也很好學(xué)。與中學(xué)的區(qū)別只是：①中學(xué)所學(xué)的物理量大多是常量，而現(xiàn)在一般是變量；③中學(xué)所用的數(shù)學(xué)工具都是初等數(shù)學(xué)，而現(xiàn)在要進(jìn)一步應(yīng)用高等數(shù)學(xué)知識(shí)。

例如：在中學(xué)時(shí)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)垂直，洛侖茲力F=qvB

。而現(xiàn)在，電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向一般不垂直，夾一定角，如圖所示，洛侖茲力大?。核月鍋銎澚β鍋銎澚Ψ较颍旱姆较颚牛絣vB只是特例ε＝lvB

又如，導(dǎo)體切割磁力線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，中學(xué)時(shí)為

但現(xiàn)在，一般情況下，磁場(chǎng)不均勻,導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)各部分的速度也可以不同，l,v

和B

也不一定相互垂直，這時(shí)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線內(nèi)總的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)就為三.電磁學(xué)的學(xué)習(xí)和研究方法電磁學(xué)的學(xué)習(xí)研究方法就是“實(shí)踐——理論——再實(shí)踐”認(rèn)識(shí)論的方法，就是通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、抽象、假設(shè)，從而得出定律定理，然后再通過(guò)實(shí)踐予以檢驗(yàn)以決定其是否成立。觀察是科學(xué)研究的開(kāi)始，但觀察往往帶有片面性，例如人們觀察到的“重物比輕物下降得快”就是如此。實(shí)驗(yàn)是電磁學(xué)研究的基本方法，它是在人為的設(shè)計(jì)下，對(duì)復(fù)雜的條件加以簡(jiǎn)化和取舍，突出主要因素，以便得出特定條件下的準(zhǔn)確結(jié)果。物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，它不像數(shù)學(xué)那樣可以不需要實(shí)驗(yàn)室而關(guān)在房子里自學(xué)自研，可以不需要自然界鑒別真?zhèn)味灰壿嬌献郧⒕托?。而電磁學(xué)，都是要建立在感性認(rèn)識(shí)、觀察實(shí)驗(yàn)、比較歸納、邏輯理解等上面。

對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的分析總結(jié)就是物理定律，它在一定條件下一定程度上反映了物理實(shí)際的規(guī)律。通過(guò)許多不同而相互關(guān)聯(lián)現(xiàn)象的研究，從一些定律中經(jīng)過(guò)更為廣泛的歸納概括，就得到了系統(tǒng)化的電磁理論。電磁理論是要接受實(shí)踐檢驗(yàn)的，作為理論，往往是從少數(shù)幾個(gè)原理或定律出發(fā)得出的，但上升為理論后就要能夠解釋較多的現(xiàn)象和預(yù)言一些未知的現(xiàn)象。例如麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，它雖然只是從一些電磁定律中總結(jié)出來(lái)的，但它對(duì)各種電磁現(xiàn)象都能解釋，且預(yù)言到電磁波的存在，實(shí)踐證明它的預(yù)言是成立的，這就進(jìn)一步檢驗(yàn)出麥克斯韋電磁理論的正確性。若果實(shí)踐檢驗(yàn)所建立的假設(shè)或理論不成立，那就要重新考慮修正或否定，然后再檢驗(yàn)，以求理論的正確。

當(dāng)然，任何定律定理都是有條件的，都是在一定條件下的相對(duì)真理。世界上就沒(méi)有絕對(duì)的真理，絕對(duì)的真理只是個(gè)極限，所有的真理只能向著絕對(duì)真理這個(gè)極限逼近而永遠(yuǎn)不可到達(dá)，我們?cè)趯W(xué)習(xí)任何定律定理時(shí)，都要注意它適用的范圍和條件。要學(xué)好電磁學(xué)，還要有堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。因?yàn)閹缀跛械碾姶艑W(xué)定律都是有數(shù)學(xué)表達(dá)式的，在