前言：中文期刊网精心挑选了大学物理静电场总结范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
大学物理静电场总结范文1
关键词 混合—探究；教学模式；电磁学
中图分类号：G642.4 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2012）33-0103-02
1 “混合—探究”教学模式概述
“混合式”教学模式是把传统课堂教学和数字化学习有机结合起来，充分利用课程教学资源，以学生自主学习为重要手段，实现课程内容的教学[1-2]。所谓“混合”，包括教学资源、教学环境、教学方式等的混合。教学资源来自印刷材料、光盘、录像带、磁带，特别是网络为学生提供了前所未有的学习资源支持，利用这些混合资源，学习者可以完成不同的学习任务。学生不但可以在面对面的课堂里进行学习，还可以在网络中进行学习，比如虚拟学习社区、网上课堂、论坛等。
在信息技术平台之上，教师可采用更多的方式，如采用PPT课件、动画、视频、网络等技术手段，调动学生积极性，增强师生互动，提高教学质量。这种教学模式既能发挥课堂教学中教师的主导作用，又能体现学生的主体地位。实践证明，在电磁学教学过程中运用混合式教学，学生的积极性、主动性得到大大提高。
“探究式”教学模式是利用适当的探究工具引导学生投入到探究过程，让学生在主动探究中发现、提出、分析并解决问题，培养学生主动探究的意识和能力[3]。
作为大学物理课程，“探究”包括三个层面。
一是探究学科知识体系结构，增强所学知识的逻辑有序性，领会其中的物理思想和物理方法。
二是探究基本概念和基本规律。基本概念如电磁学中的理想模型、基本物理量、通量、环量等，主要区分概念的内涵和外延；基本规律如库仑定律、毕-萨定律、安培定律、电磁感应定律等，学生可查阅有关资料，了解规律的发现建立过程，这也是一种对学生进行学科思想方法教育和熏陶的过程。
三是创新活动方面的探究。如围绕所学知识，安排学生写小论文，学生通过这一环节体验找课题、查文献、专题研究、论文写作的全过程。
实践表明，采用探究式教学，提高了学生的学习兴趣，培养了创新意识，锻炼了自主学习和探究的能力。
2 “混合—探究”教学模式的实施方法
电磁学是大学物理课程中内容多、难度大，而且非常重要的部分。电磁学以实验为基础，结构严谨，规律性强，应用广泛。目前，电磁学教学多以课堂教学为主，而且偏重于理论。限于学时要求，许多内容如物理规律的发现过程、物理原理在工程实际中的应用、高新技术内容、物理实验方法与演示等，无法在单一的课堂教学环节完成，而且电磁学包含的物理思想、物理观点、物理方法等不能传授给学生，难以达到物理课程的学习目的以及物理全面培养人的素质的作用。在电磁学教学中，采用“混合—探究”教学模式，充分利用课程教学资源，充分调动学生参与探究式教学，取得较好的教学效果。
2.1 科学划分教学内容
根据课程标准中的教学内容、目标要求、重点难点，将教学知识点梳理划分层次，对于讲授讨论型知识点（理论的、重点的），主要由课堂教学完成；对于自主学习型知识点（应用的、次要的），主要在课外利用教学资源进行学习来完成；对于实践型知识点，采用课堂实验教学和课外创新活动共同完成。
例如，对静电场部分，将知识点划分层次，静电场的高斯定理、环路定理，电场强度和电势的概念及计算，静电场中的导体等为讲授讨论型，由教师课堂教学完成；静电的危害与应用、静电场中的电介质等为自主学习型，由学生在课后利用教学资源自学完成；静电场的描绘等通过课堂实验教学完成；库仑定律的实验验证、静电屏蔽等在课外创新活动中完成。
2.2 强化课前预习与课后作业
在信息技术环境下进行教学，教师要设计预习内容和课后作业，促进学生自主学习，而不能像以前那样只留书上的几道作业题。教师要做出规定和引导，可以提出问题，安排学生学习的途径。如在学习“静电场中的导体与电介质”[4]一章时，可以提出问题：静电平衡的机理是什么？静电平衡导体的特征有哪些？空腔导体内表面是否有电荷？孤立导体静电平衡后，电荷分布有什么规律？什么是静电屏蔽？对内外场静电屏蔽有什么不同之处？等等。同时，要引导学生除了阅读教材外，还要进入自建的、内容非常完善丰富的“大学物理教学资源库”“大学物理网络课程”“演示实验教室”中，寻找相应内容自我学习。针对预习情况，采取课堂提问、小组讨论等方式，检查学生的预习情况和效果。
2.3 创建丰富的信息资源库
“资源课堂”要求给学生创建资源型学习条件下的自主学习环境，提供信息网络平台和丰富的信息资源。在校园网上建立大学物理学习网站，主要包括信息中心、教学资源、试题库、实验指导、创新活动、师生交流等部分。
信息中心部分包括课程组成员的教学与科研情况、课程描述、课程建设规划；教学资源部分包括课程标准、自编多媒体课件和教案、教学动画视频资料、电磁学学习指导、其他院校精品课程授课视频等；试题库部分是自编的大学物理网络试题库，学生可选择不同的章节进行在线测试或按照标准试卷进行模拟测试；实验指导部分包括实验教学内容，外购的演示实验；创新活动部分包括课外探究选择题目、学生探究式学习作品，以及电磁学拓展学习资源（电磁学发展史、应用和相关的讲座）；师生交流部分包括论坛、留言板，便于学生上传下载学习资料、提出问题及解答问题。
2.4 开展探究创新活动
在大学物理学习网站上，针对课程内容设计一些开放的探究性的物理课题，学生以学习小组协作形式进行学习，拓展学生的创新思维，培养学生的创新意识和能力。
一是设计与课程内容相关的课题。这类课题帮助学生加深对基本概念、基本规律的理解，对基本知识的熟练掌握，提高其分析问题、解决问题的能力。如根据电现象和磁现象的对称性，把电磁物理量、基本概念、电磁规律、麦克斯韦方程组、典型实例之间的对称性进行总结对比：安培力的实质是什么？试推导安培定律；毕奥-萨伐尔定律建立的过程是怎样的？由麦克斯韦方程组可否推导得出？等等。
二是结合鲜活现实生活的课题，把学到的电磁学知识运用到生活实践中去，鼓励学生多留心身边的问题，用所学知识分析问题和创造性地解决问题。如：电磁场对人体的危害研究，手机辐射的危害及效应研究；新能源汽车的充电时间问题，移动式途中无线供电系统问题；等等。学生通过各种渠道搜集相关资料，再进行分析归纳综合，达到对这些课题较深的研究。
三是涉及电磁学前沿的课题。这类课题适合学有余力、兴趣浓厚的学生，如超导体，负折射率材料及隐身衣的原理，飞机隐身材料及其特性研究等。
2.5 建立多元评价机制
“混合—探究”模式下的学习环境复杂、资源丰富、学习活动多样化，因此要根据不同的学习目标，对课堂学习和课外探究综合考虑，全面评价。方法：期终试卷考试占80%，平时成绩占20%；平时成绩包括课堂作业、利用资源学习情况、参与网络讨论情况、课程小论文成绩等。总之，应该把学生的学习成绩与学习过程、学习结果相结合，自评、他评、教师评相结合，建立起多元评价机制。
3 结束语
“混合—探究”教学模式在电磁学教学中的应用，给学生提供了一种新的学习环境，充分调动了学生的学习主动性和积极性，达到学生自主学习、师生互动、探究创新的教学目的。在教学实践中也发现一些困难或需要改进的问题，它们制约着教学的发展。如：学生上网的硬件条件和上网时间受到限制；学生上网学习情况和回答问题质量不容易监控和评判；由于混合式学习环境的复杂性和活动形式的多样性，需要设计一套完善的评价策略；等等。在信息技术条件下开展“混合—探究”模式的教学，还有许多理论和实践问题有待解决，要不断研究、探索、总结和提高，努力培养新时期综合型高素质人才。
参考文献
[1]何克抗.从Blending Learning看教育技术理论的新发展[J].中国电化教育，2004（3）：1-6.
[2]南国农.教育技术理论研究的新发展[J].电化教育研究，2010（1）：8-10.
大学物理静电场总结范文2
【关键词】类比法；静电场；质点平动；刚体转动
一切物质都在不断地运动、变化着，绝对不运动的物体是不存在的。而物理学研究的是物质运动的最基本最普遍的形式，包括机械运动、分子热运动、电磁运动、原子和原子核内的运动等等。随着社会的发展，在与生物学、化学、天文学等学科的相互渗透中，物理学不仅本身得到了迅速发展，同时也推动了其他学科和技术的发展，顺应时展的潮流，教学应着眼于造就一大批开拓型、创新型人才，以适应科学发展的需要，而培养学生的创造性思维，有一套系统的学习方法就显得尤为重要。
一、类比法
类比法是学习中经常采用的一种方法，它就是人们根据两个对象之间在某些方面的相同或相似，推论出它们在其他方面也可能相同或相似的一种认识事物的思维方法。它能帮助我们从已知事物的有关理论建立假说去说明新事物；用某些已知的属性来说明未知的属性，可以增强说服力，使人们容易理解。类比法不是简单的模仿，而是富有创新性的思维方法。其使用过程是选择两个对象或事物（可以是同类或异类），并对它们某些相同或相似的性质进行对比，从异中求同，或同中见异，从而产生新知，或得到创造性成果。因此类比法是实现创新的其中一种方法，在人们认识世界和改造世界的活动中具有重大意义。在研究问题时，我们经常会发现某些新问题有一种似曾相识的感觉。这个时候类比法就派上了用场，通过研究这种相似性，利用已知的物理规律去寻找未知的物理规律，从而发现新的结论、新的规律，创造出新的理论。许多物理上的重大科学发现，其中包括许多物理定律、公式和推论，都是运用类比法的硕果。
二、类比法的简单应用举例
1.静电场类比重力场
运用类比教学法，既能激发兴趣，同时又进行了科学思维和科学方法的示范，学生遇到新的概念和规律也能作类比分析，逐渐养成好的学习习惯，形成一套系统的学习方法。由于静电场力和重力做功都与路径无关均属于保守力，所以二者对应的场也有很多相似之处。单纯从静电场角度去分析其性质较为复杂而重力场我们早已熟知，所以在分析静电场性质时可以采用类比法，将静电场类比为重力场，详见表1。
2.库仑定律类比万有引力定律
任何两个物体间都有相互吸引力，其作用力大小与它们之间距离的二次方成反比，与两物体质量乘积成正比，表达式为F=GMm/r?；1785年法国物理学家库仑用扭秤实验对电荷间的相互作用力进行了定量的研究，总结出真空中库仑定律：在真空中两个静止点电荷间的作用力大小与两点电荷带电量乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比，数学表达式为F=KQq/r?，我们可以发现万有引力定律和真空中库仑定律在形式上非常相似，K和G均为常数，万有引力与库仑力大小均与二者距离二次方成反比。
3.点电荷类比质点
物体的运动是复杂的，根据研究的需要，建立一个与实际情况差距不大的“理想模型”是非常必要的，点电荷和质点均是为研究问题方便而引入的抽象的物理模型。如果物体的形状和大小对研究问题影响不大时，可以忽略其大小和形状，用一个有质量的点来代替该物体，将这样的抽象物理模型定义为质点；点电荷概念的引入可以类比质点，点电荷也是一种抽象的物理模型，当带电体的几何形状对研究问题影响不大时，可以忽略其大小形状及电荷分布情况，认为所有电荷都集中在一个点上，将这样的一个抽象物理模型定义为点电荷。
4.刚体转动类比质点平动
为研究问题方便在《力学》中引入了两个抽象的物理模型――质点和刚体，由于质点和刚体分别研究的是平动和转动问题，因此，看似没有紧密联系，但二者的运动规律却有及其相似之处，加以比较进行应用学生接收效果会更好。
平动和转动运动规律对比一览表（详见表2）。
通过以上列表可以发现二者在形式上极其相似，找到二者异同就可以更好的加以运用，在处理刚体转动问题时类比质点平动的运动规律，就可以准确快速处理相关问题，起到事半功倍的效果。
5.磁感线类比电场线，磁通量类比电通量
磁感线和电场线都不是实际存在的曲线，均是为研究问题方便而引入的假象曲线，二者的疏密均代表相应场的强弱，曲线在某点的切线方向代表相应场在该点的强弱；磁通量和电通量也有着非常相似的地方，分别代表穿过某一个面的磁感线条数和电场线条数。
三、运用类比法教学，建立树形网络知识图
在教学中，要特别重视在讲授新概念时联系旧知识，建立新旧知识网络，在新旧知识类比中加深理解，开拓思路，对知识网络及时进行梳理，使知识条理化。随着教学的深入学生掌握的知识逐渐形成网络，这里有知识的横向的拓展，也有纵向的知识深入，学生的知识和能力就产生了质的飞跃，学生的创造性思维的发展也就寓于其中了。
四、结语
以上几个例子是类比法在教学中的简单应用举例，在其他学科中也可尝试使用此法，会起到事半功倍的效果。因此教学要适应时展的需要，就要重视学生学习方法的培养，要采取恰当的教学模式和手段，多角度、多层次地来培养学生的学习能力和创新能力。
参考文献
[1]程守诛，江之永.普通物理学[M].高等教育出版社，1997.
大学物理静电场总结范文3
关键词 教学的层次性 数学的立体性 物理教学
中图分类号：G424 文献标识码：A
大学物理是工科类大学生主要科学课程之一，对于提高学生的科学素质、培养学生的创新精神和实践能力具有重要的作用。该课程不仅是对学生进行严格的、系统的基本技能、科学方法、基础的知识及技巧的训练，更重要的是培养学生严谨的科学思维能力和创新精神，培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的综合能力。随着科技进步的新趋势和新挑战，大学物理教学应该面对时代的发展，针对学生的不同特点，在教学内容、教学方法等方面不断有所改革和创新。
大学物理教学的过程应引导学生从自然的现象发现其变化发展的规律，及其规律的实践应用。其过程需要不同的认识过程、逻辑的思考、科学方法及创新精神。蕴涵着“立体感”、“层次性”。发掘出其中的内涵去激励学生，影响他们对物理情感的体验。这种情感的影响有可能改变他们对物理的态度与兴趣，成为他们的“知己”，受用一生。
1 教学内容的层次性
从教学内容研究入手，根据认识过程的层次性，教学内容的联系层次性，从易到难、由浅入深、由高到低、循序渐进对大学物理中各部分内容进行有机结合。根据不同的专业需求，教学内容的设置有两种不同的体系：
分层次教学，把大学物理实验课的教学分成实验预备知识教学阶段；基础实验教学阶段；综合性实验教学阶段；设计性实验教学阶段四个层次，按着每个层次教学内容的要求，采用适当的教学方法和手段。
（1）对于工程类的学生，按照物理内容的基础性，难易程度与学生的知识水平及专业对物理的要求，依照教学内容层次，应将物理划分为两大部分：第一部分的内容：运动学、力对运动的影响（动力学）、自然界中两种常见的运动（振动与波动）。（重点内容：动力学、振动与波动）。第二部分的内容：静电场（电荷与电场）、静磁场（运动电荷与磁场）、电磁感应、光学、热力学（重点内容：热力学、电磁学）。
（2）对于电子信息类的学生，根据其专业对物理的要求， 依照教学内容层次，应将物理划分为两大部分：第一部分的内容：运动学、力对运动的影响（动力学）、静电场（电荷与电场）、静磁场（运动电荷与磁场）、电磁感应（重点内容：电磁学）。第二部分的内容：振动学、波动学、光学、量子力学基础（重点内容：振动与波动、量子力学基础）。
2 教学过程的层次性
教学是教师施展教育的平台，在这个平台上，教师要在教学那种严谨而刻板的“气质”中，“演活”物理深刻内涵与本质，教学不是曲高和寡的“阳春白雪”。爱因斯坦说过，兴趣乃创造之母。没能力激发兴趣，可也千万别“谋杀”了兴趣。根据教学大纲的要求，教学进度的安排，学生的理解与接受的，“我们应该精心设计内容，为学生真正理解或应用这些内容提供丰富的平台”。
分层次教学法，低起点、分层次、目标高、由浅入深、由易到难、循序渐进，按着学生的认知规律进行教学。
子弹以某一速度打入可转动的木棒中，大部分学生认为这一自然现象过程满足动量守恒。教师要善于抓住教学内容承载的素材来展开层次性的思维。帮助学生对物理概念的理解与定律应用；子弹可视为质点，而转动的木棒应视为刚体。刚体可视为质点的刚性组合，这蕴含着一个质点也可组合为刚体（即质点也可视为刚体），但刚体不一定由一个质点组成（即刚体不能视为质点）。动量守恒适用于质点，而角动量守恒适用于质点。
每一章节的教学内容都有着逻辑性、层次性。教师把握内容的关联性，像一个快乐的导游，层层深入，如数家珍，引领学生流连忘返于物理的美丽景观里。教师讲得行云流水，学生听得不急不燥。一堂教学课下来，好似受到（下转第132页）（上接第115页）了一次洗礼，身心俱悦。这应是教师追求的一种讲课的气氛。
3 教学方法与手段的立体化
教学的主要目的是知识的传承，对象是学生，如何使学生在较短的时间内学到较丰富，较系列化的知识、方法和技能，又开拓学生的思维，激发学生的想象力，有利于培养学生的创新精神。这就要求教师在教学上更立体。因此在教学上采用灵活的教学方法，教学方法必须与教学内容相结合。
在刚体的动力学教学中可类比质点的动力学；在磁场的教学进程中可对比电场的教学进程；波动的教学内容与振动的内容密不可分。在知识的传授过程中，建立以学生为主体，以教师为主导，根据厚基础，强能力，高素质的培养目标，由易到难、由浅入深、由高到低、循序渐进，采用灵活的教学方法，使教学简单明了，学生对概念的理解进一步加深，公式及应用得到进一步强化。
在应用类比教学法的同时，对比教学法也是必不可少的。不同的内容，虽有相似之处、互有联系，但毕竟各有特点、各不相同，如不加以严格区别，常由于十分相似而破坏记忆的准确性。为了准确地掌握知识，应该把相似的知识进行对比，找出它们的不同点与相似之处，加深学生的印象，以强化精确的记忆。例如，在探讨矢量场时，学生对旋度、方向旋度及方向旋度的极大值的理解与计算较为吃力。但学生对标量场的梯度、方向导数及方向导数的极大值的理解与计算较好。通过标量场的梯度与矢量场的旋度、方向导数与方向旋度对比，不难发现两者之间在数学的几何意义与的计算形式相类似，而不同之处是物理的意义与计算公式。
对比法也是物理学中常用的一种教学法，通过比较，找出不同物理规律、物理定律的共同点与差别，进一步加深学生对物理规律、物理定律的理解和掌握，同时也培养了学生分析问题、研究问题、思考问题能力。角动量和转动动能，有的学生就习惯写成线动量和平动动能。因此，必须讲清如何从质点力学发展，推广到刚体力学，使学生理解它们的内在联系，并把最后得到的相似公式进行对比，找出它们本质的区别，又如，电场是有源场，而磁场是涡旋场，正是这本质的区别导致电场的规律-高斯定理和场强环流定律与磁场的规律-磁学中的高斯定理和安培环路定律的不同。
在教学中注重创新，探索研究性教学，发现式教学、问题式教学、讨论式教学等教学方式，在电磁感应的内容中，动生电动势的产生原因是洛仑兹力做功的结果，但在静磁场的内容中，在讨论洛仑兹力的特点是不做功。洛仑兹力是否做功 如何解决该问题。引导学生从不同的角度来探讨。
通过教师的创新教学，来提高学生的创造能力。课堂上，多提为什么？如何做？在总结电磁场的内容时，学生了解电荷可以激发电场，运动电荷产生磁场。两者都是电荷产生的物质，问题是这两种物质有何关系。让学生自己通过实践去寻找正确的、合理的答案，培养其创造能力。
总之，在大学物理教学中，恰当地应用类多种教学方式，使学生学到的科学方法和逻辑思维方法，迅速获得新知识；理解新、旧知识的内在联系；更好地认识新事物的本质与特征；新知识更加鲜明、准确，旧知识更加深刻、牢固。使我们能提高课堂教学效率，取得事半功倍的效果。
参考文献
[1] 万勇，王春华等.物理教育研究方法[M].首都师范大学出版社，2000.12.
[2] 周昌忠.科学研究的方法[M].福建人民出版社，1983.8.
大学物理静电场总结范文4
【关键词】 镜像法 唯一性定理 解题步骤
镜像法是电动力学中一种重要的计算方法，许多复杂问题使用该方法求解都会很简便，所以准确理解该方法对于解决相应问题有着重要的意义。本文就对镜像法的理论基础和解题步骤进行了详细的分析。
1 镜像法的理论基础 ― 唯一性定理
利用镜像法解题的理论基础是唯一性定理[1]，唯一性定理的内容为：它指出了静态场边值问题具有唯一解的条件，在边界面上的任一点只需给定或的值，而不能同时给定两者的值。现简单介绍一下有导体存在时的唯一性定理。
当有导体存在时，由实践经验我们可以知道，为了确定电场，所需要满足的条件有两种类型：一类是给定每个导体上的电势，另一类是给定每个导体上的总电荷。
为了简单，我们只讨论区域内只含一种均匀介质的情形。如图1所示，假设在某区域内有一些导体，我们把除去导体内部后的区域称为，则的边界条件包括界面及每个导体的表面。设内有给定电荷分布，上给定或值，对于上述第一类问题，给定了电势，即给出了所有边界上的或值，因而内的电场唯一的被确定。
对于第二种类型的问题，唯一性定理表述如下[2]：
在某一区域V内有一些导体，各导体的电势=常数（如图所示），V内给定自由电荷分布，且在V的外边界上或给定，则V内电场唯一确定。写成数学表达式便为：
导体外满足泊松方程：，在第i个导体上满足总电荷条件：和等势面条件：，且或，则V内电场唯一的被确定。
由镜像法解静态场问题中，我们可以看出，利用镜像法解题的理论基础是唯一性定理和电势叠加原理。在从中应用唯一性定理，解决场的边值问题，而在求解过程中我们也常用到理想模型。在这里我们要注意几点：（a）镜像法只是对特定的区域才有效，镜像电荷必须放在研究的场域外；（b）放置像电荷后，就认为原来的真实的导体或介质界面不存在，把整个空间看成是无界的均匀空间，并且其介电常数就是我们所研究的场域的介电常数；（c）像电荷是为了便于计算虚构出来的，事实上并不存在像电荷，它具有等效作用，而它的电量也并不一定等于真实的感应或极化电荷的电量；（d）镜像法的适应范围是：①场区域的电荷是点电荷，无限长带电直线；②导体或介质的边界面必须是简单的规则的几何面（球面、柱面、平面）。镜像法不仅可用于静电场，而且也可以用于静磁域或讯变电磁场[3]。
2 镜像法的解题步骤
在利用镜像法求解问题时，我们需要按照一定的步骤来逐步的进行分析求解。例如，当点电荷距无限大接地导体平面距离为a时，我们在求空间中的电势时：首先我们就要看看，在点电荷作用下会不会出现感应电荷，当点电荷为正时，则产生的感应电荷为负。那么空间中的电场就是由点电荷和导体板上的感应电荷共同激发的，而在总电场作用下感应电荷分布达到一种平衡，接下来我们就要分析，达到平衡就是导体的静电平衡条件，即导体表面为一等势面，所以我们就要正确写出它的边界条件即。知道了边界条件，我们就要看看像电荷的位置及大小是怎样的？设想在导体板下方与电荷对称的位置上放置一个假想的电荷，然后把导体板抽去。若，则给定电荷与假象电荷共同激发的电场即为所求得电场。取导体的平面研究，则位置为，设镜像电荷位于导体内的位置为，则可写出了电势的解析形式，即在的区域内电势为：；（如图2）
其中，r表示到场点的距离，表示镜像电荷到场点的距离，选到导体板上的投影点为坐标原点，则，。
当时，边界条件为，则，
可化简为：，
即：，
或者可以写成另一种形式：，
在这个式子里，对于任意的恒成立，这个式子的唯一解为，，因为像电荷在导体板下方，所以舍去正号解。这样就可以推出镜像电荷的大小及它的位置了。它的大小及位置为，。
因此，。这样我们就根据镜像法简便的解出了所要求的电势。
从上面对这个例题的分析过程中，我们就可以总结出利用镜像法进行解题时的几个大致步骤：（a）确定是否满足边界条件；（b）正确写出电势应满足的微分方程及给定的边界条件；（c）根据给定的场域边界上的边界条件计算像电荷的电量及所在位置和个数；（d）由已知电荷及像电荷写出势的解析形式；（e）根据需要求出电势[4]。
3 结语
本文在查阅大量资料的基础上详细叙述了镜像法的理论基础，通过例题分析了使用该方法的解题步骤，不仅弥补了教材的不足，同时为同学们熟练掌握镜像法起了重要的辅助作用。
参考文献：
[1]郭硕红.电动力学[M].第二版.北京高等教育出版社，1997.
[2]赵凯华，陈熙谋.电磁学[M].高等教育出版社，2003.
大学物理静电场总结范文5
关键词：电子光学 计算机模拟 SIMION X射线管
中图分类号：O484 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）10-0192-02
1、引言
经典的几何光学中运动粒子是光子，而电子光学是研究电子在电磁场中运动和电子束在电磁场中运动规律的学科。电子在电磁场中的运动也有反射、折射、偏转、聚焦、成像等现象，因而可以将电子束类比成光束，将电磁系统类比成透镜，从而将几何光学中的研究手段用于研究电子光学。
本实验研究对象为X射线管的聚焦系统，该套旋转阳极X射线管通过在阴极头上加-50～-100kV的负高压，与阳极靶之间形成聚焦电场，使电子束聚焦。由于这套系统是该厂通过多年加工经验总结出的，缺乏系统的分析方法，在使用中存在很多局限性。本实验通过使用SIMION 8.0静电透镜分析模拟软件进行模拟，给出不同电压，不同电子能量以及不同发射距离下该系统的聚焦效果，以供厂家进行参照。
2、SIMION分析电场的方法
SIMION是一款静电透镜分析模拟软件，能在给定透镜电压及粒子初始条件的情况下，计算静电场的分布及场中带电离子的运动轨迹。SIMION的应用非常广泛，可以模拟电场和磁场中的离子运动，离子枪等。
使用3D建模软件对X射线管阴、阳极进行建模，并导入SIMION软件。在SIMION软件中对阴、阳极加上相应的电压，并模拟空间中的电场分布。在发射粒子（电子、离子）前可对粒子束发射参数进行设置，尔后可使用SIMION的模拟发射功能观察粒子束在该电场中的运动轨迹。软件可以将粒子打在阳极上的坐标记录并导出，便于分析粒子发射的特性。
3、电场分析的过程
X射线阴极管中形成电场的部件主要是以下4个：①阴极头，②大灯丝，③小灯丝，④阳极靶。使用3D建模软件（本例为pro/E）建立模型并保存为STL格式文件，即可导入SIMION进行分析。
使用SIMION8.0中的SL工具，将4个零件分别加上U1、U2、U3、U4的电压，保存为PA0格式文件。对导入的电极进行定义，接着进行快速调压，在阴极头和大灯丝、小灯丝上加-100kV的电压，阳极靶接地为0V。发射电子之前先定义电子源的性质，设定电子的质量（m），电荷（e），发射源为圆形，沿灯丝螺线一周，电子的发射方向为沿x方向，锥形分布，半角为180度。
打开“数据记录”（Data Recording）对话框，勾选记录粒子碰撞电极Z坐标，则每次模拟飞行之后都会生成一个日志，记录每个电子打在阳极上Z坐标。将数据导入至Excel，进行排序，找出每次飞行模拟后在阳极上坐标的最大值和最小值（去除偏离的离散点），得出聚焦线度d。
在分析中主要考虑电子能量、阴阳极间电压和阴阳极间距离对电子束聚焦效果的影响。
（1）电子能量对聚焦效果的影响。实验中使用阴极电压-130kV，阳极始终接地，电势为0，阳极靶底盘到阴极头中心距离33mm，电子能量从2eV到18eV每2eV发射一次，得出电子聚焦线度与电子能量的关系（图2-A）。电子能量越大，聚焦线度越大，但增长放缓，表明阴极头对电子是有聚焦效果的。（2）电压对聚焦效果的影响。固定电子能量2eV，阳极靶底盘到阴极头中心距离33mm，阳极接地，阴极电势从-50kV～-150kV每20kV变化，结果如图2-B，即随着阴极电压的增大，电子的聚焦线度减小。（3）阴阳极几何性质对聚焦效果的影响。保持电极电压和电子能量为2eV，阳极接地，阴极电压-130kV，阴极到阳极距离从23mm～93mm每10mm增加，记录电子的聚焦效果，如图2-C，可见，随着阴阳极距离的增大，电子的聚焦效果降低。
A聚焦线度与电子能量的关系B聚焦线度与阴极电压的关系C聚焦线度与阴阳极距离的关系
4、电子束聚焦的本质
由以上测试可得出初步结论，即提高本系统电子聚焦效果的方式是降低电子能量，增大阴极电压和减小阴阳极间距。
进一步的分析指出，电子的聚焦效果与空间中的电势梯度（即电场线分布）有关。由于阴极头做成两边突起的形状，电势由两边向中央下降，形成一个电势谷，电子要跑到谷外需要消耗能量，如果电势谷又高又深，切在边缘形成陡峭的“山峰”，则会形成较好的聚焦效果。
图2可以看到，电子初始发射方向是全角度的，但是在经过阴极头的聚焦之后，变成了近似平行的电子束，电子束的宽度与电极电势，电子能量有关，与阴极外部飞行距离关系不大，因为电子在阴极附近已经形成近似平行的电子束。因此，这套系统的聚焦效果体现在将发散的电子聚焦为平行的电子束。
由图12中可看出，发散电子被聚焦成平行电子束之后，在垂直于发射方向上的分布是有疏有密的，大致是两边较密，中间有一段较稀疏。下面是在U=-130kV，kE=2eV，L=33mm的条件下，取距离阴极头10mm处的截面统计电子沿z方向的分布（有效电子数为3883个）。可见电子束在两侧形成了两个峰。
取较少的电子（100个）发射，可以看到这一现象的形成：背对发射方向的电子在电场中反弹回去，偏离发射角较小的电子基本按原方向飞行，偏离发射角较大的电子在电场中被挤到发射通道中，与该通道中原有的电子重合，因而形成了较大的电子数密度。
按同样方法，分析在阳极附近（距阴极头32mm处），电子束的强度分布，如图4-A所示。可见在阳极附近的电子束强度分布是单峰的，说明，经过一段距离的飞行，原来的两个分立波峰中的电子在电场的作用下被聚集在电子束中心。为了观察由电子束强度分布由双峰到单峰的变化，我们取距阴极头21mm处的界面考察，得到结果如图4-C所示。对比图4-A和图4-B，可看到在电子飞行中段，有一个电子束强度分布由双峰到单峰的变化。
对电子束的聚焦来说，强度分布为双峰或多峰会使能量不集中，达不到聚焦的效果，而单峰的强度分布能将能量集中到一个较小的区域内，起到较好的聚焦效果。因而，如果飞行距离过短，电子束的强度分布为双峰或处在从双峰向单峰转变的过程中，则聚焦效果为不理想。
5、结语
使用SIMION软件能较直观地观察X射线管中的电场分布和电子束的聚焦过程。类比经典光学，灯丝相当于点光源，电子是四处发散的，阴极头聚焦系统相当于一个凸透镜，电子在经过阴极头聚焦之后形成平行光束，相当于凸透镜将焦点附近的发散光汇聚成平行光。在该系统中，灯丝正好处在焦点处，因而得到较好的聚焦效果。
致谢：
感谢上海医疗器械九厂提供的阴极头、灯丝及其图纸，感谢九厂的赵科长在实验中对我们提供的帮助。
感谢复旦大学物理系的王盾同学对我们在pro/E软件使用上的帮助。
参考文献
大学物理静电场总结范文6
关键词：片段法；“微元”法；合作“演出”；引导系统
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）02-0232-02
引言：
试比较“导线的功能是……”和“给你一根导线，你能做什么？”的授课方式有何不同，很显然，前者是“速成法”，后者是“探索法”，其对学生思维的影响度是截然不同的！而教材中有大量的“片段”是涉及这种情况的，如果“导演”们能和“演员”们把这些“分镜头”合演得更加精彩而使其形成相对独立的“微元”部分，那么教学效果就会大不一样，这就是“微课法”。
一、片段法
讲授新课时，有一些知识可以构成相对独立的“知识体系”，而这些知识是与学生的经验知识相近或衔接的，因此，其利于教师的引导、师生的探究和讨论，故称片段法。比如，热力学第一定律，其本质是功能原理，因此，可以由功能原理出发进行引导、探究和讨论。
（一）挖掘教材建构模型
挖掘教材建构模型可按以下流程进行：
1.把教材划分成一个或数个相对独立的“知识体系”模型。
2.分析和研究上述模型与学生已掌握的知识系统有无衔接关系。
3.研究模型内或模型间的逻辑关系并设计相应的引导系统。
例如：电路元件的特性方程[1]一节按上述流程为：
1.把教材按元件可划分为：“电阻”元件、“电容”元件、“电感”元件及“电源”元件等。
2.根据学生已学过的课程，学生掌握了“电阻”元件的知识和电源元件的部分知识，其余部分仅仅是概念性了解。
3.“电阻”元件的逻辑关系是欧姆定律，其余分别为电容器公式、法拉定电磁感应定律及部分含源电路欧姆定律。
把上述逻辑关系作为模型间的引导系统，设计以电阻元件的模式为其余元件引导的类比模式。
（二）合作“演出”完成探究
上述工作完成之后，按逻辑顺序引导，完成探究。
例如：“电感”元件的特性方程的探究过程如下：
11.小结：在学习中，用类比法等方法学习，可以使我们提高学习效率。
二、“微元”法
在授课过程中，有一些“简单”的概念、公式或原理与学生已掌握的知识有相似性或类比性，经教师适当地引导或师生做简单的讨论即可得到结论，故称“微元”法。
（一）研究教材挖掘素材
研究教材挖掘素材可按以下流程进行：
1.研究教材中具有“微元”部分的元素模型，挖掘教材以外的素材，扩展“微元”模型的内涵。
2.研究“微元”模型及素材的逻辑关系，设计“微元”模型及素材的引导系统。
例如：质点运动的参考系[2]一节按上述流程为：（坐标系以直角坐标系为例）
1.经研究教材中具有“微元”部分的元素模型有：质点、参照系及坐标系等概念；经挖掘教材以外的素材有“垂直”、“相互独立”、“勾股定理”等使直角类坐标系有更丰富的内涵。
2.“垂直”、“相互独立”、“勾股定理”等之间有一定的逻辑关系；以“勾股定理”、“相互独立”、坐标系结构为引导系统。
（二）合作“演出”完成探究
上述工作完成之后，按逻辑顺序引导，完成探究。
例如：质点运动的参考系的探究过程如下：
1.教师问：你们熟悉的坐标系有哪些？答曰：直角坐标系。
2.教师问：直角坐标系的两轴垂直，确定了两轴方向的坐标量有何关系？答曰：无关系或互不影响。
3.教师问：直角坐标系中的任一条“斜线段”（画图）都可以看作那种几何图形的一条边？答曰：直角三角形。
4.教师问：在直角坐标系中，上述直角三角形中的两直角边分别与两轴平行，因此，它们有关联吗？答曰：没有。
5.教师问：他们对斜边都有影响且都有“贡献”吗？答曰：是的。又问：你们觉得类似直角三角形三边的三个（物理）量之间的关系式可以用勾股定理表达式给出吗？学生思考之后答曰：可以。
三、解题思路讨论法
在习题课中，解题思路的讨论常常可以帮助学生解决其在解答习题过程中遇到的实际问题，而在讨论课中，解题思路又是学生很愿意回答的一个“话题”，加之，解题思路的讨论占整节课程的比例又很小，往往是十分钟左右，因此，其仍然属于“微课”范围。
（一）研究题意梳理逻辑关系
其流程为：研究题意并用逻辑关系解读题意并设计解题方案的引导系统。
（二）合作“演出”完成探究
例如：应用高斯定理求静电场（点电荷）场强[4]解题思路的讨论过程如下：
1.教师问：（高斯定理的数学表达式已板书于黑板上）上述解题过程的含义是什么？答曰：通过高斯定理公式求解点电荷电场强度表达式，又问：该题解题过程的逻辑解读是什么？答曰：用某种方法将电场强度 E从高斯定理表达式“提”出来然后求解，再问：从积分规则看，从积分号里提出来的“量”有何要求？答曰：常数或不变量。
2.教师问：对点电荷来说，你们认为，场强在什么闭合曲面上会是常数？答曰：以点电荷为球心的球面上。又问：方向如何？答曰：垂直球面。问：满足上述条件的闭合面有什么特征？答曰：对称。
3.教师问：求解此题的解题思路大体可分几个步骤？答曰：三步。又问：第一步是什么？答曰：设计符合电场对称条件的闭合面。再问：即对称性分析，第二步呢？答曰：闭合面上电场方向与该面垂直。
4.教师问：即cosθ=1，第三步呢？答曰：把高斯定理应用在此闭合面上解题即可。
5.教师问：后续讨论并小结。
四、总结
微课法常常是讲述法中的小插曲，其作用是活跃课堂气氛，激发学生探讨问题的积极性，使讲授新知识的过程中保持良好的课堂氛围。
参考文献：
[1]郭木森.电工学[M].北京：高等教育出版社，2001：8-17.
[2]刘克哲，张承琚.物理学[M].北京：高等教育出版社，2005：12.
[3]吴俊林.大学物理实验[M].北京：科学出版社，2007：36.
[4]张三慧.大学基础物理学[M].北京：清华大学出版社，2009：17.
Talk about the Application of "Micro Teaching Method" in Basic Physics Teaching
NIU Chao-Ying1，LIU Shu-hong2
（1.School of physics and Electronic Engineering，Xianyang Normal University，Xianyang，Shaanxi 712000，China；
2.Basic Course Department，Shaanxi Institute of International Trade&Commerce，Xianyang，Shaanxi 712000，China）
