第26卷第2期2007年2月大学物理COLLEGEPHYSICS

Vol.26No.2

Feb.2007

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关键词：电流磁场；模拟磁场中图分类号：G642.0

文献标识码：A

（文章编号：2007）02-48-021000-0712

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基础物理教学现代化问题

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现代数字物理教学连载!———关于电流磁场的数字教学研究

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李元杰1，，刘

3

艺1，

4

钟菊花1，

（上海200237；湖北武汉430074；1.中国数字教学工作室，2.华中科技大学物理系，

四川成都610054；上海200237）3.成都电子科技大学物理电子学院，4.华东理工大学物理系，

摘要：以电磁场的教学为例，介绍了数字物理教学的重要作用，并借助现代数字技术，解决了长期以来基础物理教学未能处理好的环形电流及螺线管磁场和交变电磁场的问题，丰富了电磁学的教学内容，提高了学生处理实际问题的能力.

大学物理是高校理、工、军、农林、医类本科生的重要基础课之一，同时又是基础课中改革难度最大的一门学科.它涉及面广、内容多、学时少、进度快、学生数学知识跟不上；此外，课程内容与中学重复多，理论脱离实际的现象亦随时可见.例如低年级的大学生学了电磁学，却不会计算最常用的电器———有限大平行板电容器的电场或者有限长螺线管的磁场.

引入数字物理教学模式能否解决这个难题呢？为此，我们经过多次研究与实践，最后找到了一个十分理想的解决方案.

众所周知，理论上用磁场的毕-萨公式可以求解任意形状电流的磁场，但实际上用此方法算一个环形电流的场都十分困难，所以大学物理教材中都没有计算环形电流在空间任意点的场.而改用有限长直流磁场的解析公式来处理该问题，则会有意想不到的效果.首先计算圆内接正多边形线圈的磁场精确解，它是多个有限长直流磁场解析解的叠加，然后取边数无穷即为环形电流的磁场.这里我们不是用无穷小元段去积分，而是用有限长元段的解析解去叠加，然后再采用圆内接多边形去逼近圆，从而大大简化了计算过程.在教师介绍了这一简单思想后，学生就能解决螺线管的磁场和电磁感应等一系列复杂问题.我们把这一思想概括为：

一个数学思想+一个物理解析结果+现代数字

教学技术=产生了一个新的创意+完成了重要的教学突破+获得了丰硕的教学效益.

收稿日期：2006-09-04作者简介：李元杰，（，男，湖北武汉人，华中科技大学物理系教授.1942—）

而实现这一思想的技术支撑就是现代数字教学技术.

一个数学思想是：随边数增加，圆内接正多边形逼近圆（见图1）.

图1

一个物理的解析结果是：有限长直流在空间任意点的磁场为（见图2）

图2