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教学感悟——电磁波图像
韦显交 发表于 2018-5-8 14:57:00


今天上午上课讲到一道题目,如下,由于感生电场与磁场变化率的关系,很显然答案选了
BC。这样类似的题目,之前学习的电磁感应已经碰到很多了。

 

再看看答案的解析,很显然也是BC

 

但学生却问为什么课本上电磁波的图像却是这个!组里一位老师也发现了这样的问题。如下图所示。

 

 

这里面磁场和电场是没有相位差的,按之前电磁感应的相关知识,二者应该有π/2的相位差呀?难道课本出错了?带着疑惑,重新看了《电磁学》(赵凯华,陈熙谋,第二版)的书。

 

哦哦!还真的是同相位的呢!再查看一下文献,应该也有同行遇到类似的问题。一查,还真的有很多,这里节选其中两篇。注意看红框标注部分!

 

还有一篇!

 

略去一些文字!

 

按麦克斯韦方程组推导出来的结论,教材上电磁波的图像确实没有错,题目应选BD!按我们之前学习的电磁感应知识,开篇那道题的推导,只能哭笑着说,也是没错,应选BC!现在头大,明天怎么跟学生解释那道题?

 

两点感悟:

1. 教学真让人惶恐,教着教着,把错误的知识和方法教给学生,自己浑然不知可能还自以为是!所以对待教学,一定要谦逊,小心!

2. 知识爆炸的时代,把什么教给学生呢?从自己遇到这个问题和解决的过程,我想让学生学会质疑,懂得搜索和分析信息,这些能力可能更重要。

  • 标签:测试 
  • NO.1 Re:教学感悟——电磁波图像
    thisoneperson发表评论于2018-5-8 23:27:42
    thisoneperson


    我对这个问题以前没有太注意,下面写的可能考虑不周。

    我尝试这样描述两种图像的区别:习题图像C涉及的是一段时间内,空间区域A的磁场,在空间区域B产生的电场;而课本图像涉及的是电磁波传播方向上,某一条线段上多个点,某同一时刻的磁场和电场。后者在中学课本上只是作为结论给出,不方便从更基本的理论阐述它。教育科学出版社出版的高中物理教材没有给出这个图像。

    我前面勉强用了空间区域A,空间区域B,这样的字样。本来是需要指出空间区域的。麻烦是,大约出题人也说不出这两个区域是什么。

    区域B如果离开区域A稍微远一点(比如1/360个波长以上),产生的场的相位跟源场的相位之差,跟距离有密切关系,不是确定的数值。(电磁场的传播不管多快,还是需要时间。)

    能不能设区域A和区域B是重合的两个点呢?这样设,也会遇到麻烦:第一,跟电磁波空间传播图像(电场磁场相位相同那个图像)至少有表面的冲突;第二,是否符合真正的麦克斯韦理论。

    这样看来,习题文字+习题图像C,缺乏明确的物理意义。

    物理教师面对这样的坏习题,还不是太难受的。解释“标准答案”不算太麻烦。这个习题的标准答案,跟一般学生的经验、理性思维没有什么冲突。

    图像C,符合LC振荡电路中 电感器磁场跟电容器电场之间的关系,其中磁场跟电场不是彼此直接产生。

    课本论述电磁波的产生,用了麦克斯韦理论的通俗化的说法,这是合理的。实际上,利用通俗的说法,想推出“电磁波定向传播”都做不到。题目的制作者把通俗的说法当真,编出了定量描述的习题,那就不妥了。

    NO.2 Re:教学感悟——电磁波图像
    吴建国发表评论于2018-5-8 23:39:04
    吴建国


    我对这个问题以前没有太注意,下面写的可能考虑不周。

    我尝试这样描述两种图像的区别:习题图像C涉及的是一段时间内,空间区域A的磁场,在空间区域B产生的电场;而课本图像涉及的是电磁波传播方向上,某一条线段上多个点,某同一时刻的磁场和电场。后者在中学课本上只是作为结论给出,不方便从更基本的理论阐述它。教育科学出版社出版的高中物理教材没有给出这个图像。

    我前面勉强用了空间区域A,空间区域B,这样的字样。本来是需要指出空间区域的。麻烦是,大约出题人也说不出这两个区域是什么。

    区域B如果离开区域A稍微远一点(比如1/360个波长以上),产生的场的相位跟源场的相位之差,跟距离有密切关系,不是确定的数值。(电磁场的传播不管多快,还是需要时间。)

    能不能设区域A和区域B是重合的两个点呢?这样设,也会遇到麻烦:第一,跟电磁波空间传播图像(电场磁场相位相同那个图像)至少有表面的冲突;第二,是否符合真正的麦克斯韦理论。

    这样看来,习题文字+习题图像C,缺乏明确的物理意义。

    物理教师面对这样的坏习题,还不是太难受的。解释“标准答案”不算太麻烦。这个习题的标准答案,跟一般学生的经验、理性思维没有什么冲突。

    图像C,符合LC振荡电路中 电感器磁场跟电容器电场之间的关系,其中磁场跟电场不是彼此直接产生。

    课本论述电磁波的产生,用了麦克斯韦理论的通俗化的说法,这是合理的。实际上,利用通俗的说法,想推出“电磁波定向传播”都做不到。题目的制作者把通俗的说法当真,编出了定量描述的习题,那就不妥了。


    NO.3 Re:教学感悟——电磁波图像
    吴建国发表评论于2018-5-9 8:44:36
    吴建国令区域A为通电圆线圈,区域B为圆线圈外紧临的圆周,那么区域A磁场在区域B产生的电场,可能满足图像C。
    区域B各点电场大小相同,相位相同,方向沿圆周的切线。

    如果区域B随意设定,不总是遵循图像C。
    以下为韦显交的回复:

    厉害咯!建国同学从两方面解释图像C产生的原因:一个是LC震荡电路,另一个是通电圆线圈产生的电场;题目用麦克斯韦理论来做前提,确实不太合理,麦克斯韦天才般的用数学模型预测出电磁波,令人致敬,但也不容易理解,到底传播过程是不是这样,也不能用实验验证,赫兹也只是验证了确实有电磁波,但是电磁波具体怎么传播的,似乎还只是停留在数学模型上!

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