大学物理恒定磁场总结

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大学物理恒定磁场总结范文第1篇

关键词：大学物理课程 电磁感应定律 教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.19.126

进入新世纪以后，我国高等教育事业迅速发展，大学物理课程的教学理念、内容、方法等都要适应教育改革的新形式。物理教师的任务就是探索如何在新形势下，教好大学物理这门课，以适应21世纪对高素质人才的科学素质的需要[1]。教师在教学实践过程中应不断学习，拓宽自己的知识面，精心设计探究性课题，确立学生的主体地位，通过多样化的教学方式，增强学生独立思考能力，主动获取知识、应用知识、解决实际问题[2]。教学设计是指教师依据教育教学理论、教学艺术原理，为了达到某阶段教学目标，根据学生的认知结构，对教学目标、教学内容、教学组织形式、教学方法和需要使用的教学手段进行的策划[3]。下面以《电磁感应定律》一节为例，谈谈笔者在这方面的做法。

1 教学任务分析

教材依据：《物理学》（高等教育出版社，马文蔚，第五版）。

教学内容：第八章第一节《电磁感应定律》。

教学对象：本科学生。

教学时间：45分钟。

本课题是大学物理中电磁感应部分的一个重要内容，是学习后续内容的前提和基础，也是统领第八章的纲要。

2 学情分析

学生已学习了《静电场》与《稳恒磁场》的内容，为本节课的学习奠定了理论基础。中学楞次定律的学习，便于学生理解电磁感应定律数学表达式中“-”的具体物理意义。

3 教学目标

知识目标：理解产生电磁感应现象的条件；掌握电磁感应定律的内容；了解电磁感应定律的应用。

能力目标：增强学生探究的兴趣，培养学生严谨的物理思维方法，提高学生运用电磁感应定律分析问题解决实际问题的能力。

情感目标：通过三峡水电站的介绍，增强学生们的民族自信心和自豪感。

4 教学重难点分析

重点：电磁感应定律内容的理解。

难点：电磁感应定律的应用。

5 教学内容及设计

5.1 引入新课

由诗词《水调歌头·游泳》诗句“截断巫山云雨，高峡出平湖”引入，图片展示三峡水电站，提出问题：为什么水轮发电机定子直径如此大，而工业用电都是交流电，发电机到底如何发电？

设计意图：创设情境，提问引导学生思考，激发学生学习本次课的兴趣，增强学生们的民族自信心和自豪感。

5.2 新课教学

5.2.1 引言

1820年奥斯特发现电流磁效应；

1831年8月，法拉第通过一系列的实验发现了“磁生电”现象；

1831年11月24日，法拉第向皇家学会提交的一个报告中，把这种现象定名为“电磁感应现象”，并概括了可以产生感应电流的五种类型：变化着的电流、变化着的磁场、运动的稳恒电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。

设计意图：通过物理学史，介绍科学家探索磁生电的过程，使学生体会科学发现的不易，进入本节课教学。并设疑：在现在我们看来，法拉第总结的这五种类型都是引起了某一个物理量的变化，具体是哪个物理量呢？下面就来研究一下电磁感应现象，探究一下磁生电的条件。

5.2.2 电磁感应现象

实验演示和Flash展示磁生电的实验，学生观察实验现象，采用启发式的教学方式，引导学生分析演示实验，加强师生之间的互动交流，探究并讨论产生感应电流的条件。

【实验一】条形磁铁插入、拔出线圈（实验演示）。

实验一

提问：电流计指针是否偏转，偏转方向如何？快速慢速移动条形磁铁，电流计偏转幅度差异？

答：电流计指针有偏转，说明线圈回路产生了电流，虽然线圈回路面积S没变，但穿过线圈回路的磁场的磁感强度B发生了变化，即S不变，B变；电流计偏转方向不同，说明电流流向与磁场变大变小有关；快速移动条形磁铁幅度大，慢速幅度小，说明电流大小与磁场变化率有关。

引导：是不是磁场不变，就不会产生电流呢？

【实验二】处于U形磁铁磁场中的导体棒移动（实验演示）。

实验二

提问：磁场发生变化没有？是什么原因在导体棒回路里产生了电流？

答：U形磁铁产生的是恒定磁场，磁场没变，但处于磁场中的导体回路的面积发生了变化也会产生电，即S变，B不变。

引导：是不是磁场不变，回路面积不变，就不会产生电了呢？

【实验三】处于恒定磁场中的矩形线圈转动（Flash展示）。

实验三

分析：磁场不变，处于磁场中的线圈回路面积没变，但发现白炽灯在线圈转动时时亮时灭，说明有电流产生，此时磁场方向与面积方向的夹角发生变化，即B、S都不变，B、S夹角变。

引导：处于磁场中的导体回路B、S、中任何一个物理量发生变化都会在导体回路中产生电流？那B、S、所确定的物理量是什么呢？

结论：通过一个闭合回路所包围的面积的磁通量发生变化时，不管这种变化是由什么原因引起的，回路中就有电流产生，这种现象称为电磁感应现象。回路中的电流叫做感应电流，回路中的电动势叫做感应电动势。

承上启下：电磁感应现象的本质是产生了感应电动势，那感应电动势的大小方向如何？

5.2.3 法拉第电磁感应定律

从前面演示实验启发学生思考：感应电动势与磁通量的变化的关系，同时引出电磁感应定律的内容。本节课的重点是电磁感应定律，予于详细阐述。

5.2.3.1 内容

当穿过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与穿过回路的磁通量对时间变化率的负值成正比。

此公式不仅给出了感应电动势大小计算还可以用来计算感应电动势的方向。

①感应电动势大小：磁通量对时间变化率的绝对值。

②感应电动势方向：设回路的绕行方向，按右手螺旋法则定出回路所包围面积的正法线方向；根据磁通量的定义确定其正负；将磁通量代入电磁感应定律的数学表达式，计算电动势的数值。若电动势是正值，电动势方向与绕行方向相同，负值则相反。

引入中学知识楞次定律，加深对公式中“-”物理意义的理解。举例说明感应电动势方向的判断方法。

5.2.3.2 讨论

拓展讨论，多匝线圈的感应电动势，闭合回路感应电流、感应电荷的计算。引导学生根据所学知识解决新问题。

①若回路由N匝线圈串联

②感应电流

③感应电荷

5.2.3.3 例题讨论：交流发电机原理

通过例题，Flash展示交流发电机原理，利用法拉第电磁感应定律解释课前提出的三峡水电站的相关问题。

5.2.4 应用

理论联系实际，采用图片、动画、视频展示应用实例：动圈式话筒、金属探测器、电磁炉和感应淬火，开阔学生视野和知识面，从而突破难点。

5.3 小结

主要结论多媒体显示，概括归纳，使知识系统化，便于学生理解和记忆。

5.4 谈论与拓展

直观实例，提问思考问题：信鸽如何实现导航，拓展培养学生查阅相关资料，学以致用的能力。

5.5 作业

布置作业使学生对本节所学知识点的学习得到巩固与加强。

6 教学总结

通过对大物理教材和高中物理课程教材的分析，本节课的设计使得教学内容紧密联系实际。教师一方面采用传统实验演示，一方面充分利用各种现代教学技术手段，全面整合文本形式、动画、图片以及视频等各类型教学资源，引导学生进行分析推导，发挥学生的主观能动性，培养了学生分析能力和利用所学知识解决实际问题的能力。通过对电磁感应在实际工程中的应用的介绍，锻炼了学生发散性思维能力。

注：此为作者在长江大学第五届青年教师讲课比赛获一等奖的教案设计。

参考文献：

[1]马文蔚.物理学（第五版）上册[M].高等教育出版社，2010：296-300.

[2]张晴.劈尖干涉教学设计案例[J].教学探索与实践杂志，2010，（12）：128-130.

[3]朱美健，张军朋.谈物理课堂教学设计[J].物理教学探讨，2007，（8）：7-9.

作者简介：黄海（1980-），男，湖北荆州人，硕士，讲师，主要从事大学物理教学工作，长江大学物理科学与技术学院，湖北荆州 424023

杨长铭，副教授，长江大学物理科学与技术学院，湖北荆州 424023

大学物理恒定磁场总结范文第2篇

1.1研究对象的不同对于研究对象，中学物理一般只讨论自然现象中的简单问题如一维问题，而大学物理讨论的是二维、三维甚至多维等复杂问题。比如对于力学内容，中学力学只研究加速度为恒矢量的质点的运动学和动力学问题，而大学力学则还要研究加速度变化时的质点的运动学和动力学问题，中学力学只研究质点的运动问题，而大学物理力学还要研究刚体的运动学、动力学问题，从研究对象上看更广更趋于一般化。中学物理仅对宏观简单特殊规律作一般性的认识和了解就够了，而大学物理则要进一步研究物质运动的理论本质，要运用数理统计的方法得出自然界一般性的普适规律,更上升了一个理论的高度。

1.2研究方法的不同中学物理因研究对象简单，数学知识基础少，所以研究方法基本是归纳法，讨论的规律基本上是从物理现象出发，通过简单实验总结出来的简单规律，比如中学物理力学中得出动量定理、动能定理的时候都是实验归纳法得出的，并且涉及的力基本是恒定的，只讲恒力的冲量、恒力的功，平均冲力等，在电磁学中只介绍匀强磁场、匀强电场的规律等。而大学物理与自然实际就更接近了，要讨论变力的冲量、变力所做的功、非均匀磁场、电场，而研究这些复杂问题所用工具主要是高等数学的微积分思想、矢量代数，通过数学推导演绎的方法结合物理概念得出物理规律，即大学物理讲的规律比中学物理的规律又上升了一个理论的高度。

1.3教学内容和教学进度的不同从教学内容来讲，中学物理量少，概念、原理、规律简单，对物理基本概念和基本定律只有初步浅层的认识，而大学物理涉及的知识量大，概念、原理多且相对复杂，对物理基本规律和物理基本定律要求更多的是掌握其本质和内涵。从教学进度上讲，中学物理讲的较慢，每个概念，每个公式，每个原理教师会进行全面详细讲解，每一个知识点教师都会讲透讲精，讲课重点放在解题技巧的应试训练上，教师会给学生总结题型，归纳方法，并督促学生为了高考不断学习，学生的学多是跟着教师按部就班。而大学物理教学内容量大，而教学时数非常有限，进度快，教师讲课一般都只着重把握知识整体框架，讲清思路，注重理论性、系统性，不象中学那样讲得精细全面。对于解题方法有总结归纳，但习题课的次数较少，学生运用所学知识解决问题的能力较弱，对习惯于被安排、缺乏学习主动性的中学生，就很难在短时间内适应大学教学过程。

1.4学生学习方法的不同中学生一般课前不预习，课后也很少翻阅知识辅导书,只要课堂上跟着老师听课，课余时间除了完成老师布置的作业外，就是作大量的习题,实行题海战术，重复熟练程度高，认为学好物理的标准就是多做题，解难题，学生自主接受新知识的能力较差，不善于提问题，对教师的依赖性较强。而大学生必须做到课前预习,带着问题去听课,课堂上抓住重点、难点，做好课堂笔记,课后要翻阅大量课外资料，对所学知识要融会贯通，及时复结，做的题目不在多,而在精，要学会自学，善于提出问题，要有比较强的学习主体意识。中学物理由于数学知识的欠缺，很多物理概念、规律都是直接给出，没有经过推导，这就决定了中学生接受物理知识的方式主要靠记忆，而大学由于有了高等数学、矢量代数、数理统计等工具，物理概念、物理规律大多可以做详尽的推理，因而大学物理学习概念更注重概念的理解和掌握，物理过程的分析和论证。

2如何做好大学物理和中学物理教学的衔接

2.1循序渐进，适当放慢教学进度学生已习惯于中学教学慢节奏,少容量，讲练结合的教学方法,若一开始就进行快节奏,大容量的教学,学生一下子不能适应，这不仅影响了大学物理的教学效果,同时也会挫伤学生学习物理的积极性。所以，我们在教学过程中最初应适当放慢教学进度，使学生逐渐适应，慢慢逐步进入正常的教学进度，从而达到让学生适应大学的教学进度，学会大学的学习方法。

2.2通过物理绪论课灌输大学物理的重要性大学教师应充分考虑大学物理和中学物理的区别,从一开始就让学生明白大学物理和中学物理在研究对象、研究内容、学习方法等方面有许多的不同，让学生知道大学物理不是中学物理的简单重复。同时我们在绪论课中，应介绍物理学的发展历史、物理学的发展现状和物理学的发展的未来展望，从而引起学生学习物理学的兴趣，另外对理工科学生来说，可以适当地给他们介绍物理学和自己未来的专业的联系，以提高他们学习物理的积极性，例如对我们纺织专业的学生，可适当介绍量子力学与纺织材料等、质点、刚体力学与纺织机械方面的关系。同时还应强调，大学物理的基础学科性质，学学物理不仅仅服务于后续的专业知识，更重要的是学会一种思维的方法、学习方法以及研究问题的方法。

2.3从中学物理内容过渡导入大学物理课题在教学内容方面，很多大学物理知识是在中学物理内容基础上的提高，教师在物理教学时应简要复习中学教材内容，使学生对所学过的内容做一个简单回忆，随后指出中学物理知识的局限性或特殊性，从而比较自然地引入内容，使学生顺利地从中学物理知识过渡到大学物理知识的学习。要做到这一点，必须了解和研究中学物理教材内容，比如直线运动，中学研究了匀加速或匀减速直线运动，但加速度变化时的直线运动该如何考虑呢？比如圆周运动,中学研究的是匀速圆周运动的规律,但当速率变化时,圆周运动的规律又是如何呢?恒力的冲量的定义式和恒力做功的公式中学里都学过，变力的冲量和变力所作的做功又如何计算呢？这样中学内容过渡导入的话学生会很容易从已学过的知识比较顺利地过渡到大学知识。

大学物理恒定磁场总结范文第3篇

1.1学生基础差，不重视作为本三院校的学生，高中物理基础普遍比较薄弱，许多同学基础概念及定律不清楚，给大学物理的学习造成了困难.另外，学生的高数基础不扎实，无法在物理模型建立中灵活应用微积分等高数知识.再次，现在的学生学习功利性比较强，学生们主要把精力放在英语、计算机等考证科目，甚至一些校外的考证上，而对大学物理这门课程重视不够.

1.2教师教学模式固定化教师上课大部分还是采用老式的教学法，以教师讲授为主，照本宣科，致使学生觉得课上枯燥无味.另外，教师教学中教学大纲统一化，不同专业采用同一教学大纲，没有专业特色，与学生专业课课程结合不够紧密和充实，因此学生对大学物理课程兴趣不够.

1.3考评方式单一本校大学物理的考评方式基本是采用期末成绩为主，平时出勤和作业为辅的的方式.学生学部分还是以应试为向导，学习被动，没有深入领会到物理的奥妙.

2改革方向

为了解决教学中遇到的这些问题，针对独立学院特色，大学物理改革可以从以下几方面入手.

2.1不同专业区分对待，应制定不同的教学大纲大学物理涵盖的内容是非常广泛的，包括力学、热学、电磁学、波动光学和近代物理等五篇，如果要全部授予学生，学时往往不够，而且只授予学生点滴皮毛知识而已.教师应该深入各系进行调研，了解不同专业的需求.教学中做到心中有数，有针对性的授课.让学生深刻认识到大学物理有本专业的特色，为他以后的专业课学习以及之后的工作有所准备.比如对于机械类专业，跟物理紧密相关的专业课程有“理论力学”“结构力学”“工程力学”等，对于他们大学物理教授时应重点放在力学和热学篇章，如质点运动学、牛顿运动定律、功和能、动量、刚体定轴转动、机械振动、热学等.教师在授课时就应该多注重力学的分析和计算，并且多举一些跟专业相关的例子，如飞轮、皮带轮、滑轮的转动问题，桥梁结构的承重、钢架的频率和周期等.而对于电子信息类专业，后续的专业课程里“电路分析”“电子技术”跟物理关联较大，对于他们大学物理教授时应重点放在电磁学篇章，并多介绍相关的科研新进展，以增强学生对大学物理的兴趣.同时，增设电磁波的知识点并将其作为重点介绍，为后续专业课程电磁场与电磁波做好准备.

2.2物理理论与实验教学结合大学物理是一门实验性的科学，很多物理定律都是实验总结得到的.但是很多学校的大学物理理论课和实验课是分开设置的两门课，由不同的教研室不同的老师教授.这样的教学就有可能使得理论和实验相脱节.应该加强理论课和实验课的统一，或者直接由同一部门来授课.有些比较复杂的实验在实验室操作，而有些仪器比较简单的实验可以直接搬到教室穿插在理论课上进行演示.建议可以学习麻省理工学院的WalterLewin教授在公开课《电和磁》课上的的授课方式，用直观的实验来演示复杂深刻的物理原理，使得课程具有启发性和趣味性.比如，静电屏蔽、光的偏振、驻波等都可以穿插在理论课上进行演示.这样不仅可以化抽象为具体，学生亲眼看到，甚至亲自参与验证，对定理的理解会更加深刻，同时可以提高学生的学习兴趣，激发他们的科研兴趣，培养创新意识.

2.3将物理理论和现实生活和社会实际结合起来物理学并不是一堆枯燥的定理和公式堆砌起来的学科，它反映的是自然界万物的规律，是一门和生活息息相关的学科.物理课程改革要强调“从生活走向物理，从物理走向社会”，即注重与社会实际和生活实际相联系.而物理教师就可以起到这个桥梁的作用，教师在上课时，要特别注意将物理内容和实际生活的应用联系起来介绍，激发学生学习兴趣.比如，讲到涡流时，就可以举电磁炉、涡流探伤、探测金属（安检、扫雷）等例子；讲到角动量守恒定律的应用时，就可以举跳水运动员空中翻转、花样滑冰运动员旋转、舞蹈演员旋转等例子；讲到热学循环时，就可以介绍冰箱、空调的工作原理等.把物理理论知识跟生活社会实际结合起来，学生能够深切体会到物理是一门很有用的学科，变被动接受知识为主动学习.

2.4考评多样化，注重素质教育对学生大学物理课程的考评单纯采用平时作业和期末考试的形式的话，不能完全反映学生对物理知识的掌握和应用程度，这种考核方法不适应素质教育的要求.比较全面而科学的评价标准应该包括对知识的理解、应用和创新.教师可在传统考核方式的基础上增设其他比较开放、灵活的考核方式，比如李元杰推荐的数字物理教学方法。可根据学生专业特点在开学初开设一些小课题或者小应用公布给学生选做，学生可以自由组队选题，也可以个人单独选题.让学生自己检索资料、分析原理，并以科技论文或课件的形式在课上跟大家回报分享和讨论，有些模型还可以做成动画的形式演示出来给大家看.这样不仅可以开阔学生的视野和思路，也能培养学生自学能力、科研能力和创新能力.这样的考核方式还可以让师生很好的互动起来，并让学生充分参与到课堂教学上来，同时锻炼了他们的团队协作精神和社会实践能力.课题的成果最终计入本门课程总成绩中，教师评价的话也可以灵活一点，直接让全班学生现场评分.

2.5成立物理兴趣小组大学物理作为一门公共课，一般都是大班授课，很多学生有问题也很难全部在课上反应给老师，师生互动也会受到限制.为了解决这个问题，可以在班里或者整个学校内成立物理兴趣小组，也可以建立相关的物理网站和论坛，大家可以聚在一起或者在论坛上讨论问题，各抒己见.老师可以定期参与到兴趣小组的讨论中，并随时到物理论坛上跟同学交流讨论.同时还可以把课件、题库、演示实验、上课视频、物理学史介绍等资料上传到网上，还可以设置网上辅导、在线提问等模块，以弥补课上教学课时的限制，同时扩充大家的视野，拉近师生距离.只有当学生和老师之间建立起个人的直接联系的情况下———这时学生可以讨论概念、思考问题和讨论问题———才能达到最好的教学效果.

2.6承上启下大学物理教学要做到承上启下.所谓的承上，指的是要结合中学物理和高等数学的基础.首先要让学生理解大学物理不是中学物理的简单重复，大学物理比中学物理要更加广博，内容也更加深奥.教师在授课过程中，要与已经学过的中学物理内容联系起来，进行比较和区别，引导学生应用新的思维，采用新的方法来解决大学物理问题.其次要让学生明白高等数学与大学物理的密切联系，在大学物理授课之前，都要先了解学生的高等数学基础，对于高数基础比较薄弱的，还要适当的给他们补习高数的知识，特别是矢量代数和微积分运算.大学物理教学也要做到启下，即为学生后续的专业学习和工作服务，让学生认识到大学物理的意义所在.

3结束语

大学物理恒定磁场总结范文第4篇

关键词：数理方程实验；教学改革；数学建模

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）48-0035-03

一、引言

数学物理方程是人们对一些物理规律、物理过程和物理状态进行研究后归结出来的一些偏微分方程，是微积分学产生以后，在实践中产生并且不断向前发展的教学分支之一[1]。数理方程教学的直接目标是帮助学生掌握必要的数学知识和工具，为后续专业基础课和专业课作准备；其长远目标是训练学生的数学思维及运用数学工具解决实际问题的能力[2]。但该课程被公认为“老师难教、学生难学、作业难做”[3]，而且随着近几年新技术的发展与变化，各高校为了适应宽口径科技人才培养的需要，将这门课的课时进行了进一步压缩。因此，要保持教学内容和提高教学质量，任课教师迫切需要对教学手段进行改革。通过对数理方程以往教学情况的实际调研来看，学生们对这门课普遍感觉畏惧、难以产生兴趣。产生这种情绪的原因主要有两点：（1）数学推导很长、很多，例题比较抽象，过于陈旧，容易让人乏味。（2）不知道数理方程课对其专业学习到底有何作用，因此不愿多花精力，想混及格就行[3]。我们教研组经过研究和讨论认为，没有学不好或学不会的知识，只是学生的主观能动性还没有得到充分挖掘。因此，我们让学生自由组合成三人小组，指导他们结合专业方向设计能够用数理方程中三类典型偏微分方程进行数学建模的实际物理或者专业实验，然后进行相关物理量的测量、分析，同时进行数学模型的理论计算和计算机软件仿真等工作，并将其实验报告作为平时分重要参考。经过近两届学生的实践发现，该课程的通过率得到了极大提高，学生的反映也很积极，甚至让人惊喜，有些学生据此进一步参加了数学建模比赛、物理实验创新竞赛、大学生创新训练计划等，取得了良好的教学效益。

二、数理方程实验教学的目的、特点和作用

开授数理方程实验课的目的就是引导学生以研究、分析、解决实际问题为导向，全面掌握数理方程这门课所包含的数学建模、数学分析、求解方法等，并培养学生实际动手实验能力和应用计算机解决相关专业问题的能力。相对于传统数理方程教学而言，数理方程实验教学有三个新特点：（1）传统数理方程的教学形式是以教师为中心，以课堂教学为中心；而数理方程实验则更多地强调以学生为中心，以课外实践为中心。（2）传统的数理方程教学追求理论的完整性、步骤的连贯性，繁杂冗长的数学推理不可避免；而数理方程实验针对具体问题进行数学建模和求解，研究目标明确，因而可以通过简明实践来理解理论。（3）每个数理方程实验的内容具有相对的独立性，可以将数学、物理、专业知识、计算机应用等众多不同的领域结合起来，并借此介绍一些目前科学技术前沿广泛运用的知识，如非线性方程、小波变换、积分方程等。数理方程实验要求将实际物理实验（或者专业实验）、数学建模，以及计算机仿真三者融为一体，最后形成实验报告。因此数理方程实验教学具有以下三个方面的作用。

1.激发了学生的主观能动性。在数理方程实验中，学生们需要寻找满足波动方程、输运方程或者恒定场方程的实例，并进行设计性实验，因此学习过程中分工合作、共同探讨的气氛得以形成。通过实验测量、计算、仿真过程中逐步取得的成功，学生们对数理方程的学习兴趣极大地提高；通过将复杂难懂的物理、工程问题直观地显示于物理现象或精美图表，学生们更喜欢主动地去研究、计算机编程计算专业课中的各种问题。

2.促进了学生的自学、编程和书面表达等多方面能力的提高，真正提高了学生的动手、动脑能力。因为要编程求解数理方程，首先要理解、掌握相关数学知识，这就迫使他们查阅、学习相关资料，并下意识地对教师所讲解的数学知识产生强烈关注，毕竟“社会需要是科技发展的最大动力”。而撰写实验报告对于培养学生的书面表达能力、逻辑思维能力很有助益。通过将实验测量数据与理论计算结果、计算机仿真结果进行比较，学生们更加感性地接受了理论指导实践，实践拓展理论的研究思路。

3.培养了学生的专业素养和创新意识。通信、电子类专业一般都会开设《高频电路基础》、《微波技术与天线》、《电磁场传输理论》等课程，因此在引入三类典型二阶线性偏微分方程、讲解“分离变量法”、“格林函数法”及特殊函数时，都尽量以这些课程中的问题为模型，然后让学生利用专业实验室的仪器设计实验，再结合数学建模的思想去完成数理方程实验。这样不仅可以让学生学习专业课时轻松自如，还会刺激他们思考实验过程中碰到的各种问题。

三、数理方程实验示例

通过近几年的积累，我们得到了很多以三类典型偏微分方程：波动方程、输运方程和恒定场方程为数学模型的物理实验和专业实验的案例，下面分别介绍一二。

1.波动方程实验示例。《微波技术与天线》是通信、电子类专业的必修课，该课程中对于微波电路的分析主要有两种方法：（1）场分析的方法；（2）“路”分析的方法[4]。这两种方法都可以作为数理方程实验的案例，例如均匀传输线方程即可以作为波动方程应用的典型案例。均匀传输线（如图1）可等效为具有分布参数的电路，因此可用“路”的分析方法建立传输线方程，并导出传输线方程的解。通过应用Kirchhoff电压定律和Kirchhoff电流定律，可推导出均匀传输线中电压和电流所满足的方程。

■=Ri（z，t）+L■■=Gi（z，t）+C■ （1）

这是均匀传输线方程，也称电报方程。对于时谐电压和电流，可用复振幅表示为u（z，t）=Re[U（z，t）ejωt]，i（z，t）=Re[I（z，t）ejωt]，将它们带入式（1）并消元，即可得时谐传输线波动方程：

■-γ2U（z）=0■-γ2I（z）=0 （1）

其中γ=■称为传播常数，若R≈G≈0，式（2）即为理想传输线中电压、电流的一维波动方程。

在这个实验当中，若此理想输线无限长，并已知其初始电压和初始电流分布，则可根据式（1）求出电压和电流的“初始位移φ（z）”、“初始速度ψ（z）”，代入D’Alembert公式：

u（z，t）=■[φ（z+at）+φ（z-at）]+■■ψ（ξ）dξ （3）

可求得传输线上电压和电流的传播情况。

若理想传输线是有限长度，实验中就可引入边界条件。如终端短路，则V|z=l，为电压场量的Dirichlet齐次边界条件，再由式（1）第二式可得Iz|z=l=0，为电流场量的Neumann齐次边界条件；如终端开路，则I|z=l=0，为电流场量的Dirichlet齐次边界条件，再由式（1）的第一式可得Vz|z=l=0，为电压场量的Neumann齐次边界条件。应用高等数学中二阶常微分方程的解法即可得式（2）的通解：

U（z）=A1e-γz+A2eγz=0I（z）=■（A1e-γz-A2eγz） （4）

其中，Z■=■称为特性阻抗，然后再根据边界条件求得电压和电流的分布。

有条件的高校可用网络分析仪、50Ω微带线、50Ω BNC连接线、开路负载、短路负载、高阻微波同轴检测探头等进行相关实验测量，我们还可以借助电子电路仿真软件Multisim或者安捷伦公司的Advanced design system进行上述微波电路的仿真，具体实验和仿真可参考文献[5-7]。最后要求将数学模型求解的结果、实验测量结果、仿真软件计算结果放在同一表格或者同一张图中进行比较，这样可以得到一份很好的数理方程与专业知识相结合的实验报告。

另外，两端固定均匀弦的微小横振动问题是所有数理方程教材的经典例题，我们可以用两端固定的橡皮筋进行振动模拟，然后数码摄像机进行拍摄纪录，通过计算机处理得到其橡皮筋任意一点在任意时刻的位移，并与Matlab编程计算结果进行比较。还有，通过在水槽中用试管滴水得到二维水波振荡，用数码相机连拍功能获取不同时刻水波振动状态，可与理论计算结果进行比较。学生通过这些实验不仅理解了方程的含义、求解方法，还学会了如何用这些实验来测量弦的密度、波的传播速度等重要物理参量。

2.输运方程实验示例。半导体物理学、化学和生物学中许多问题都可归集为反应扩散方程（或称输运方程）问题，在诸多重要物理参数测量方面有很多应用，如气体、液体扩散系数的测量等。目前很多学校都能开展“测定气体导热系数”物理实验，所需仪器主要有FB-202型气体导热系数测定仪、温度计、气压计等。其物理模型为：在圆柱形容器内的沿轴线方向上有一根温度恒为T1的钨丝（如图2），容器内壁的温度近似为室温T2（T1>T2），钨丝的半径为r1，钨丝长为L，容器的半径为r2，由于T1>T2，容器中的待测气体必然形成一个沿径向分布的温度梯度，由于热传导，钨丝温度下降，本实验用热线恒温自动控制系统来维持钨丝温度恒为T1。如对其进行数学建模，得其输运方程方程模型：

■-■Δu（■，t）=f（■，t） （5）

其中u为温度分布，c为气体比热容，ρ为气体密度，k即为所求热传导系数。由于每秒钟气体热传导所耗散的热量就等于维持钨丝的温度恒为T1时所消耗的电功率，所以圆柱形容器中气体的温度分布保持为一个稳定的径向分布的温度场，

■+■■+■■=0 r1

然后用分离变量法求解此数学定解问题，得u（r）=（T1-T2）Inr/In（r1/r2）。学生以三人为一小组做实验，记录实验数据，再用Matlab或Origin进行数据处理，然后与理论模型计算值进行比较，最后进行误差分析，完成实验报告。通过此实验学生不仅掌握了如何测量气体的热传导系数，加深了对输运方程的理解，还学会了如何使用数据处理软件，对学生今后的学习很有裨益。

3.恒定场方程实验示例。一般高校的普通物理实验室都开设静电场描绘实验，使用实验仪器有：AC-12静电场描绘电源、静电场描绘仪等（如图3（a）所示）。以同心水槽中电位分布为研究对象，可得二维极坐标系下Laplace方程定解问题：

Δu=0， a≤r≤bu|■=V1，u|■=V2 （7）

学生可用分离变量法求得其理论解，还可以用Comsol、Matlab等仿真软件比较容易的得到其电位分布图，再通过与实验中打点得到的电位分布图进行比较（图3（b）），从而直观、深刻地理解物理原型、数学模型，并至少掌握了一种计算机仿真软件的应用。此实验中根据不同电极形状的水槽，还可让学生在不同坐标系下（如双曲坐标系、直角坐标系）进行分离变量法，从而对Sturm-Liuville本征值问题有更深刻的认识。

总的来说，数理方程实验的完成首先需要教师指导学生学习、掌握相关数学知识和求解方法，然后引导学生进行相关物理、或者专业实验的设计、测量，并根据物理规律分析这些实验的物理原型，建立起数学模型，再由学生自己进行计算机编程计算或利用现有商业软件进行仿真，最后通过观察、比较数学模型理论结果、实验测量数据和计算机软件仿真结果，进行总结，完成数理方程实验报告。

在科学技术快速发展的今天，教师在传授一门课的基本知识的同时，应比以往任何时候更注重传授学习和研究这门课程的方法，完成由引导式学习到自主学习的根本性转变[8]。通过一年来数理方程实验教学的探索和实践，我们发现数理方程实验课能够利用学校现有教学仪器和设备，将物理知识、专业知识、数学知识，以及计算机应用结合在一起，实现“教学、实践、科研”三位一体[9]的教学模式。学生们通过课题式的研究觉得的数理方程是很有用的一门课，能够学以致用，缩短了书本理论到专业应用的距离，该课程的通过率相应地也得到了极大提高。有很多同学通过设计数理方程实验得到启发，进一步参加了数模竞赛、物理实验创新竞赛、大学生创新训练计划等各类比赛，取得了良好的教学效益。另外，我们认为数理方程实验反过来对物理实验、专业课程实验设计也有借鉴意义。

参考文献：

[1]梁昆淼.数学物理方法[M].第3版.北京：高等教育出版社，1998.

[2]季孝达，汪芳庭，陆英.“数学物理方法”课程建设的设想和实践[J].教育与现代化，2004，1：34-37.

[3]王正斌，毛巍巍，杨志红.“数理方程”课程教学改革探索[J].宜春学院学报（自然科学），2006，28（6）：23-25.

[4]廖承恩.微波技术基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，1998.

[5]彭沛夫.微波技术与实验[M].北京：清华大学出版社，2007.

[6]高远，蒋健，朱昌平.电磁场传输线理论仿真实验的设计与实现[J].实验技术与管理，2011，（8）：87-89.

[7]王正斌，许立炜.数理方程实验教学初探[J].中国科技信息，2008，（12）：239-240.

[8]许立炜.高校数学教育改革的初步尝试—数学实验课的开设[J].南京邮电学院学报，2002，4（2）：1-22.

[9]胡成华，史玲娜，周平，等.大学物理与大学物理实验课程“三位一体”教学模式的研究与实践[J].物理与工程，2012，22（4）：55-58.

大学物理恒定磁场总结范文第5篇

笔者从事物理教学十余年,深感物理课难学也难教,高中物理难学,难就难在初中与高中衔接中出现的“台阶”。刚从初中升上高中的学生普遍不能一下子适应过来,都觉得高一物理难学。如何搞好高初中物理教学的衔接,降低高初中物理的学习台阶;如何使学生尽快适应高中物理教学特点和学习特点,渡过学习物理的难关,这是我们每一位高中物理教师首先要考虑和急待解决的问题。高中物理在研究复杂的物理现象时,为了使问题简单化,经常只考虑其主要因素,而忽略次要因素,建立物理现象的模型,学生往往感到模型抽象,不可以想象,难以认可和接受,形成思维障碍;物理概念难懂;物理规律难理解;物理问题的情景较难创设与想象等,这都给物理的教与学带来很大的困难。记得一位大学物理教授说过,物理不是看懂的,也不是听懂的,而是想懂的。这里充分强调了动脑思考在物理学习中的重要性。正如有的学生反映:“老师讲的我都懂,可是一做习题,就不会。”题目的难易是相对的,多难的题目老师讲过就容易,多容易的题目,老师没讲过就难。这样的学生虽会做些难题,但素质也没有上去,甚至还有些学生面对以前老师讲过的例题也毫无印象,那就太可悲了。可见,物理教学过程中,不仅要传授给学生基本知识,还要想法使学生把知识转化为能力。教师在教学过程中,帮助学生以旧知识同化新知识,使学生掌握新知识,以新知识深化旧知识,加深对已学知识的理解,顺利达到知识的正向迁移。引导学生对学过的知识要不断的“反刍”,细细的咀嚼,仔细的品味,然后慢慢的消化和吸收,真正做到弄懂、悟透、烂熟于心,熟能生巧,能力自然就有了。

一、物理概念的反刍

教学过程中遇到有些概念,非常抽象难懂,乍一接触,学生百思不得其解,听课时感到晕晕乎乎,甚至在一段时间内,也不能接受下来。有的教师过高的估计学生的理解能力,不从学生的实际出发,试图想让学生对概念的理解一步到位,硬灌,往往欲速则不达。

例如,在讲电磁学中的“电场”和“磁场”的概念时,学生感到十分困难。场是一种看不见、摸不着、但又确实存在的一种客观物质。这叫学生如何去感受和认可呢?无论老师讲的多么生动,学生还是对是否真正存在“场”提出了怀疑。我认为,从我们以前研究的看的见、摸的着的实实在在的物质,到虚无缥缈的场,这一思维跨度太大,学生难以接受这是十分正常的心理反应,作为教师不应急于求成,可以引导学生暂且先承认场的存在,(这就是“粗吞”,要不就形成了思维障碍,影响后面知识的学习)继续后面知识的学习,等学完本章知识以后,再回过头来,重新去认识“场”,借助于场的特点及其对可见的有形物质的作用来确认其存在的真实性。(这就是“反刍”,后面知识的学习有助于前面知识的理解与消化)。可能有的教师认为这样会造成学习知识的夹生饭,这一点不必担心,因为我们还有反刍的机会,通过后面知识的学习,我们会从更高、更深的角度去认识以前不能理解的知识,甚至理解的更深入、更透彻。另如,电势、电势差、电势能的概念,也需要不断的反刍、再反刍才能被消化和吸收。

二、物理规律的反刍。