浅谈物理教学中的几个关键的“场”

张伦

[摘 要]物理学中的“场”是一个非常奇妙的存在，从中学教育和高等教育，对物理“场”内的研究和运算是贯穿整个物理学的一大特色。简单来说，“场”是一种看不见摸不着但确实存在的一个物理学构想，因为“场”的存在，物体的运动轨迹和自身属性显示出了一定的规律。

[关键词]物理；教学；场

在目前物理教学中，被应用得最多的“场”总结起来有三种，分别是电场，磁场和引力场。这三种场都是一种实际存在的力学规律，因为场的存在，就能清晰的解释物质运动的原因和对物质运动方向的预测。本文就重点以电场，磁场和引力场为例来论述物理教学中“场”的概念在物理学习中的具体表现形式和重大意义。

一、电场在电力学和静电学中的重要作用

从自然界中的两种电荷的出现，不同电荷的吸引作用就引起了科学家的注意。在物理学发展初期，人类还无法理解为什么两种不接触的物体在一定范围内会受到力的作用，根据力的定义，力的作用方式和里的作用效果三个基础理论分析，物理在一定区域类的能够运动肯定是收到了力的作用，但是谁给的力，这个因为肉眼无法鉴别，当时人们感到颇为费解。随着安培的发现，人们对电场的理解进入了一个新的阶段。两个相异电荷有靠拢的趋势，我们用力来描述这个趋势，即我们所说的电场力。在点电荷周围的实验电荷在不同地方受力是不同的，为了简便地描述这一特点或特性，我们引入场强的概念，并將其定义为E=F＼q，因为F是矢量，q是标量，所以E也是矢量。因为有“场”的概念的提出，人类进入了对微观电场力的深入研究，这对以后迅速崛起的磁场和引力场的理论体系有着启蒙的重要作用。

对于电场的研究，打开了我们的另外两个认知领域，一个是静电场，一个是动电场。静电场：地球由中子核、地幔、地壳、水层、大气层、电离层组成，中子核为纯正电性，电离层为纯负电性，其它由里到外各层正电性在减弱（原子内中子与电子之比在减小），因地球纵向电性变化则在地球表面形成上为负下为正的电场（磁场），这个电场方向在正常情况下基本垂向地心，可由于不同电性层的起伏则在地表形成不均匀的静电场，尤其地壳为固体则最易形成高低不等的静电场，高山因正电性强于周围气液体则使周围电场方向稍偏向大山。而动电场：在此动电场就是宇宙波，它是整个宇宙星体相对地球运动形成的悬压波，星体是有电性的，星体相互运动则电场相互作用，因此地球时刻接受各方向的悬压波，悬压杂波在地球表面综合方向是面向地心的，这也是为什么星体为园形的外因。宇宙波对地球作用的同时地球将波反还宇宙，当然地球也吸收一部分能量，质量物体在悬压波的作用下向地心靠近（万有引力的实质），当地球表面平坦时反还波是垂向太空的，可地球表面并不平坦，因此反还方向出现偏转成为杂波。这种杂波不会使自由落体偏离垂向，可自由落体侧面有强波时就会出现怪现象偏离垂向下落。电场的出现给电力学和静电场提供了强大的理论支撑。

二、磁场的研究历程以及电场与磁场的相辅相成

随着奥斯特在一节课堂上的奇妙发现，为以后的磁场研究和电磁感应现象做出了重大贡献。所谓磁场，就是指存在磁力作用的空间。磁场是物质存在的基本形式之一，它存在于磁体周围空间、运动电荷周围空间以及电流周围空间。在磁场中最常见的现象就是两个带磁性的物体的相互吸引或相互排斥，所以磁体之间的相互作用是通过磁场来进行的。磁场对于通电导体也会产生力的作用，说明磁场具有力的性质，当通电导体在磁场内移动时，磁场力将对通电导体做功，表示磁场具有能量。这些表现说明磁场的物质性。而电磁感应现象的出现不仅更加充实了物理学的理论体系，更给人们日常生活中的发明创造带来了福音。其中具有典型特点的就是电磁炉的发明，利用电磁感应原理将电能转换为热能。在电磁灶内部，由整流电路将 50/60Hz 的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为 20-40KHz 的高频电压，高速变化的电流流过线圈会产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过金属器皿 （ 导磁又导电材料 ） 底部金属体内产生无数的小涡流，使器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的东西。这种新型厨房用品的发明标示这电磁感应现象能量转化的高效率，为物理学电磁感应方向的发明提供了强有力的引导。

三、引力场的实质内容和在物理学中的应用

引力场理论的研究对现在的航天航空和卫星传送有着重要的理论支撑作用。万有引力定律是牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中首先提出的。不过在他的著作中从来没有提及引力产生的原因。爱因斯坦在他的广义相对论中认为，引力是大质量物体（比如太阳）使空间产生的弯曲，就像你在平展的桌布上放一个重物，使桌布产生凹陷。小的时候，最好玩儿的玩具，磁铁（喇叭上拆下来的），总是能吸住一些铁块，很是有趣。地球有磁场，也有引力场，既然引力场和磁场可以共生，必然有他们之间的联系。引力场和磁场、电磁场，是一种相同的能量场；磁场，电磁场，是能量场的不同表现转化形式。都是起源于原子核内电子（携带电场）的绕核高速运动，以及原子的自旋，产生的能量场。携带电场的电子在不同的条件下产生不同的运动方式，分别产生引力场，磁场，电磁场。注：也有可能是电子的绕原子核的高速运动产生引力，自旋产生磁场，总之是和电子运动密切相关。电场可以说是引力场的一种特殊表现形式，三者的关系总结起来就是能量转化的关系以及微观运动和宏观运动的关系。

四、结语

电场，磁场和引力场三个理论的有机结合共同撑起了自然物理力学的一片天空，小到生活的具体发明，大到宇宙万物运作的规律，都与这三种场的理论体系息息相关。换言之，物理学中的几个场也让人类的物理学思维进入了一个更高水平，近现代的量子场也是由此而延

参考文献：

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