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中电磁场相对论变换的一种讲授方法
[参考文赫】 [1]顾亚男.中ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ效学应用胚命题走势战析【力.初中数学教
与学,20口2,(2). [2]林林.关注社会生活,提高建模能力[J】.初中数学教与
学,2002,(4). [3]王家燕.中学数学思维训练【M】.杭州:杭州大学出版社,
19卯 [责任校对】陈晓雷
万方数据
偏微分,避免了四维张量的运算,适合在普通物理中讲授。
【关键词】偏微分;协变性;电磁场;相对论变换
[中圈分类号】0412.1
(文献标识码】A
[文章编号J 1005—3638佃xB)∞一0018一∞
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的变换。
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3;寻
(…2)
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立~立
氆’~氆
未=鲁言+告未=“鲁+r主)
其逆变换为
鲁=嘉暮+导簧=V(刍一亭妄)
皋:毫
(…3)
ay—ay’
立氆一一氆旦,
【收稿日期】砌一02—28
[作者简介】吴波(1够争一).男,江西丰城人,上侥师范学院副拄授,在读琐士研完生,从事凝聚态物理厦物理教学研究。
了“解直角三角形的应用”后,可让学生走出教室,带着测量 仪器.分成几个小组,分别测马路对面的高楼.测河对岸的大 楼.测学校的旗杆等。这时,学生将全面思考一系列问鼯:首 先是哪些被测量物体可看成几何线段?其次是他们脑海里 构建的三角形在现实面前怎样寻求?再有,哪些量需要通过 测量得到,哪些量是要运用数学方法计算才能得到?是不是 所有测量问题都需要构建两个直角三角形才能解得?这些 问题不亲自做一做,学生是不会清楚明白的,这样的实践能 真正提高学生建模能力。
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[K四wor',s】p枷al dcriv日tive;哪埘ar髓;d喇砷啪乎“c右dd;d血枷e劬舾f砷m60n
社,1985
[2】屠德雍运动系统中的电磁场[M】.北京:高等教育出版 社.1986. [责任校对】谢同根
(上接第15页)们,并能提出问题,解决问题,使他们不仅能 学好“课本中的数学”,也能学到“生产、生活中的数学。” 4.3增强阅读理解能力,过好审题关。
高考、中考应用题都是以现实社会生产、生活为背景的 数学应用题,有一段很长的叙述性文字。只有具备较强的阅 读能力,才能理解题意,顺利解题。教师应注意引导学生,提 高这方面的能力.经常性的抄一些这方面的题目,让学生去 磨炼,使学生在实践中掌握阅读的方法和技巧,不断积累经 验。 4.4提高数学建模能力
万方数据
塑!塑
墨垫!量垩望型!皇壁堑塑堕堡奎垫塑二壁壁堡互鳖
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告=昙暮+未簧=,c妄一V嘉,
2电流密度j和电荷密度的变换
豢+雾+荸=告
csa,
首先,将(3)式、(6b)式代人(7b)式有
警一7(未一亭暑)R=÷一7(善一善)‘+脚j;
凳V。量i+署竺20锥觯为
詈一扣毪一圳:挣,c即叫喇;
将上霎与(盏式比较言立即可茹。
扣+vP)+蔷+毫+知+抄:。
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再将士苎掣皆较立啊得 jI=7(j:+市)
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(耐) 孑一警=÷喀一V扣w“Ⅷ
3电磁场矢量E、B的变换
7拳一,警+字詈=等詈+m拍:+vP|) (9)
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所谓数学建模能力,就是指运用数学知识分析解决实际 向腰的能力。一个人掌握的数学知识禽多,运用得愈熟练, 同时,对实际问题的背景了解得愈深刻,解决问题的能力也 就愈强。教师首先应重视对数学“双基”的教学,引导学生真 正把课本知识学懂学通,正确处理知识、技能、方法和能力的 关系。其次.应通过有关习题,让学生掌握一些常见题型的 建模方法。例如:一些涉及等盈或不等量的问题,可以通过 建立方程式或不等式的模型来解决;一些涉及两个变量相互 关系的实际问胚可以通过建立一次函数或二次函敷的模型 来解决。最后应让学生走出课堂去参与实践。例如:在学习
在s系中,含有j干n P的两个麦克斯韦方程是
V,§=÷警+脚i
V×t=詈
其三维分量形式为
詈一警=÷警+m
(7“
警一警=÷鲁+舢
(7b)
警一詈=÷警+蛐L
(7c’
警“ +錾却+娶如:卫白
(7d)
由于麦克斯韦方程是协变的,即在不同的惯性参考系中麦氏
方程具有相同的形式,光速c、常数勺、№也不随参考系而
变,因此在s’系中也有
200B年
以上推导过程虽然较繁,但数学上并不难,而且思路和
物理意义非常清楚:由于麦氏方程中台有偏微分鲁、电流密
度j和电荷密度p,只要知道了它们的变换,我们就可根据麦
氏方程的协变性导出E、B的变换。而妄的变换不难通过偏
微分的知识和涪伦兹变换导出,至于j和p的变换则可利用
[参考文献】 [1]赵凯华,陈熙谋.电磁学(上册)[M].北京:高等教育出版
1偏微分的变换
洛伦兹逆变换为 x=7(x’+vt’)
y2 y’
z=z’
(1)
州(t’+考x’)
式中带擞号的量是F系中的时空坐标,相应的不带撤号的量
是S系中的时空坐标,v是S’系相对于S系精x轴正向的理 度,c是真空中的光速.7=(1一,店)一m。当}=r=0时,F 系与s系的坐标原点重合。
x’=一(x,t),t’=t。(,,t),根据偏镦分的性质不难算出鑫
-L有
寻[“珥一亭弓)】一善MB一亭E)]:÷詈+础
将上式与(8a)式比较,可得 E:E
耳=7(乌一{E)
Ⅸ=7(H—vE)
至此,我们已完整地得到了电磁场矢量E和B的变换
吱=E
或=H
耳=7(与一咀) 乓=7(B,一号E)
E=7(E—VB,) 鹾=7(R一考弓)
万方数据
4结束语
江西教育学院学报(综台) 电荷守恒定律的协变性导出。
堡 a瓯 1 aE
爿 矗一c2爿 脚JI
(8a)
焦 a哇 l aE
-.
矗 茁一一茁 仲h
(8b)
垫 aBl l a叵
,
^ 哥一一茸 m^
(8c)
7(未一亭未)E+等+詈=詈(一+言曲
两边乘以一T孛并整理得
.
一,亭导一,考詈一f亭≥=一孚警一f麦
(i+{L)
(10)
最后二(9)式+(10)式,并注意到于:t1一善)_l和}:
或警+萼+髦+害=o
(一)
由靠守恒定律的协变性,在s,系中也应具有相同的形
Bl 2巨
琏=7(R一亭马’
式,即
E=7(B—vR)
煞+煞+基+萼;o
将(2盖代炙(5羞并主矗可得 将(2)式代人(5)式并整理后可得
(5)
同理,将(3)式、(6c)式代人(7c)式并整理后可得
未赢MⅥB一n叶亭cE2)…]一雾苟=÷导一瞰atE…—qVB)’]+…~‘~
在普通物理电磁学的教学中,由于受到学生数学水平的 限制,电磁场的相对论变换一般不讲授。文献…提出了一种 很好的讲授方法,但需要作很多的准备工作,涉及过多的力 学量的变换。本文介绍一种仅仅使用偏微分就可导出E和 B的变抉式的方法,虽然推导过程较长,但物理意义是非常 清楚的:电荷守恒定律和麦克斯韦方程组的协变性导致了电 磁场矢量E和B的相对论变换式。该推导方法适合在普通 物理中讲授。
20∞年6月 第24卷第3期
江西教育学院学报(综合) Joumd 0f Jla“乎4 h岱6似e 0f Educ血on(c鲫pIeherIs№)
J帅.2003 vd.24 No.3
普通物理中电磁场相对论变换的一种讲授方法
吴波
(上饶师范学院扮理系,江西上饶3姗1)
【摘要]利用电荷守恒定律和麦克斯韦方程组的协变性,导出了电磁场矢量E和B的相对论变换式,推导中只涉及