張倫

[摘 要]物理學中的“場”是一個非常奇妙的存在，從中學教育和高等教育，對物理“場”內(nèi)的研究和運算是貫穿整個物理學的一大特色。簡單來說，“場”是一種看不見摸不著但確實存在的一個物理學構(gòu)想，因為“場”的存在，物體的運動軌跡和自身屬性顯示出了一定的規(guī)律。

[關(guān)鍵詞]物理；教學；場

在目前物理教學中，被應(yīng)用得最多的“場”總結(jié)起來有三種，分別是電場，磁場和引力場。這三種場都是一種實際存在的力學規(guī)律，因為場的存在，就能清晰的解釋物質(zhì)運動的原因和對物質(zhì)運動方向的預測。本文就重點以電場，磁場和引力場為例來論述物理教學中“場”的概念在物理學習中的具體表現(xiàn)形式和重大意義。

一、電場在電力學和靜電學中的重要作用

從自然界中的兩種電荷的出現(xiàn)，不同電荷的吸引作用就引起了科學家的注意。在物理學發(fā)展初期，人類還無法理解為什么兩種不接觸的物體在一定范圍內(nèi)會受到力的作用，根據(jù)力的定義，力的作用方式和里的作用效果三個基礎(chǔ)理論分析，物理在一定區(qū)域類的能夠運動肯定是收到了力的作用，但是誰給的力，這個因為肉眼無法鑒別，當時人們感到頗為費解。隨著安培的發(fā)現(xiàn)，人們對電場的理解進入了一個新的階段。兩個相異電荷有靠攏的趨勢，我們用力來描述這個趨勢，即我們所說的電場力。在點電荷周圍的實驗電荷在不同地方受力是不同的，為了簡便地描述這一特點或特性，我們引入場強的概念，并將其定義為E=F＼q，因為F是矢量，q是標量，所以E也是矢量。因為有“場”的概念的提出，人類進入了對微觀電場力的深入研究，這對以后迅速崛起的磁場和引力場的理論體系有著啟蒙的重要作用。

對于電場的研究，打開了我們的另外兩個認知領(lǐng)域，一個是靜電場，一個是動電場。靜電場：地球由中子核、地幔、地殼、水層、大氣層、電離層組成，中子核為純正電性，電離層為純負電性，其它由里到外各層正電性在減弱（原子內(nèi)中子與電子之比在減?。?，因地球縱向電性變化則在地球表面形成上為負下為正的電場（磁場），這個電場方向在正常情況下基本垂向地心，可由于不同電性層的起伏則在地表形成不均勻的靜電場，尤其地殼為固體則最易形成高低不等的靜電場，高山因正電性強于周圍氣液體則使周圍電場方向稍偏向大山。而動電場：在此動電場就是宇宙波，它是整個宇宙星體相對地球運動形成的懸壓波，星體是有電性的，星體相互運動則電場相互作用，因此地球時刻接受各方向的懸壓波，懸壓雜波在地球表面綜合方向是面向地心的，這也是為什么星體為園形的外因。宇宙波對地球作用的同時地球?qū)⒉ǚ催€宇宙，當然地球也吸收一部分能量，質(zhì)量物體在懸壓波的作用下向地心靠近（萬有引力的實質(zhì)），當?shù)厍虮砻嫫教箷r反還波是垂向太空的，可地球表面并不平坦，因此反還方向出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)成為雜波。這種雜波不會使自由落體偏離垂向，可自由落體側(cè)面有強波時就會出現(xiàn)怪現(xiàn)象偏離垂向下落。電場的出現(xiàn)給電力學和靜電場提供了強大的理論支撐。

二、磁場的研究歷程以及電場與磁場的相輔相成

隨著奧斯特在一節(jié)課堂上的奇妙發(fā)現(xiàn)，為以后的磁場研究和電磁感應(yīng)現(xiàn)象做出了重大貢獻。所謂磁場，就是指存在磁力作用的空間。磁場是物質(zhì)存在的基本形式之一，它存在于磁體周圍空間、運動電荷周圍空間以及電流周圍空間。在磁場中最常見的現(xiàn)象就是兩個帶磁性的物體的相互吸引或相互排斥，所以磁體之間的相互作用是通過磁場來進行的。磁場對于通電導體也會產(chǎn)生力的作用，說明磁場具有力的性質(zhì)，當通電導體在磁場內(nèi)移動時，磁場力將對通電導體做功，表示磁場具有能量。這些表現(xiàn)說明磁場的物質(zhì)性。而電磁感應(yīng)現(xiàn)象的出現(xiàn)不僅更加充實了物理學的理論體系，更給人們?nèi)粘Ｉ钪械陌l(fā)明創(chuàng)造帶來了福音。其中具有典型特點的就是電磁爐的發(fā)明，利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能。在電磁灶內(nèi)部，由整流電路將 50/60Hz 的交流電壓變成直流電壓，再經(jīng)過控制電路將直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為 20-40KHz 的高頻電壓，高速變化的電流流過線圈會產(chǎn)生高速變化的磁場，當磁場內(nèi)的磁力線通過金屬器皿 （ 導磁又導電材料 ） 底部金屬體內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使器皿本身自行高速發(fā)熱，然后再加熱器皿內(nèi)的東西。這種新型廚房用品的發(fā)明標示這電磁感應(yīng)現(xiàn)象能量轉(zhuǎn)化的高效率，為物理學電磁感應(yīng)方向的發(fā)明提供了強有力的引導。

三、引力場的實質(zhì)內(nèi)容和在物理學中的應(yīng)用

引力場理論的研究對現(xiàn)在的航天航空和衛(wèi)星傳送有著重要的理論支撐作用。萬有引力定律是牛頓在1687年出版的《自然哲學的數(shù)學原理》一書中首先提出的。不過在他的著作中從來沒有提及引力產(chǎn)生的原因。愛因斯坦在他的廣義相對論中認為，引力是大質(zhì)量物體（比如太陽）使空間產(chǎn)生的彎曲，就像你在平展的桌布上放一個重物，使桌布產(chǎn)生凹陷。小的時候，最好玩兒的玩具，磁鐵（喇叭上拆下來的），總是能吸住一些鐵塊，很是有趣。地球有磁場，也有引力場，既然引力場和磁場可以共生，必然有他們之間的聯(lián)系。引力場和磁場、電磁場，是一種相同的能量場；磁場，電磁場，是能量場的不同表現(xiàn)轉(zhuǎn)化形式。都是起源于原子核內(nèi)電子（攜帶電場）的繞核高速運動，以及原子的自旋，產(chǎn)生的能量場。攜帶電場的電子在不同的條件下產(chǎn)生不同的運動方式，分別產(chǎn)生引力場，磁場，電磁場。注：也有可能是電子的繞原子核的高速運動產(chǎn)生引力，自旋產(chǎn)生磁場，總之是和電子運動密切相關(guān)。電場可以說是引力場的一種特殊表現(xiàn)形式，三者的關(guān)系總結(jié)起來就是能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系以及微觀運動和宏觀運動的關(guān)系。

四、結(jié)語

電場，磁場和引力場三個理論的有機結(jié)合共同撐起了自然物理力學的一片天空，小到生活的具體發(fā)明，大到宇宙萬物運作的規(guī)律，都與這三種場的理論體系息息相關(guān)。換言之，物理學中的幾個場也讓人類的物理學思維進入了一個更高水平，近現(xiàn)代的量子場也是由此而延

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