《电磁学》课程组召开教学研讨会 [2022-06-06]

2022年6月1日下午，中国科学技术大学《电磁学》课程组召开春季学期教学研讨会，参加会议的有《电磁学》课程组的20多位老师，会议由《电磁学》课程组副组长潘海俊副教授主持。

《电磁学》课程组组长叶邦角教授首先就本学期电磁学课程教学进度做了协调和安排：并安排本学期全校《电磁学》小论文竞赛计划在6月25日前后举行，各教学班级在6月23日之前举办班级小论文竞赛，选出优秀作品参加校级比赛；本学期《电磁学》期末考试安排在6月30日，仍采用公共试卷（50分）+自主试卷（50分）的考试模式。

本次《电磁学》教学研讨会安排了两个内容：一个是《电磁学》思政案例，二是教学研讨。

孙霞副教授作了《电磁学人物：严济慈先生对电磁学的贡献》的思政案例报告。严济慈先生是我国杰出的物理学家、教育家; 中国现代物理学研究的开创人和中国科学技术大学的创建者之一。他在法国读博期间，导师夏尔·法布里（Charles Fabry）给他的研究课题为“精确测定石英在电场下的形变”，即测定居里兄弟发现的压电效应反现象的系数。严济慈先生还向居里夫人借用比埃尔·居里生前用过的石英晶体片用于实验，严济慈提出利用单色光干涉法测量石英晶体在电场中厚薄变化，他独创了一套实验装置，测量了200伏-40万伏不同电势下光轴与电轴垂直方向的压电形变，发现了石英晶体的压电效应及其反效应具有：各向异性；饱和现象；瞬时性特征；双光折射等特性。1927年以《石英在电场下的形变和光学特性变化》为题进行论文答辩，成为第一个获得法国国家博士学位的中国人。1935年严济慈先生系统研究在沿光轴做成的实心与空心两种水晶圆柱体上施加扭力而产生的起电现象，测量了石英圆柱体的长短、内外半径、扭力和所产生电荷量的定量关系，发现水晶扭电定律。严济慈先生又把这项研究推广到扭转压电的振荡现象,实现了无线电广播中的稳频。

1958年参与创建中国科学技术大学，并亲自在大礼堂为700多名学生上《电磁学》课，1961年担任中国科大副校长。1979年底，严济慈先生回顾自己走过的道路，郑重地向党组织递交了《入党申请书》，1980年出任中国科大校长。严济慈先生在《中国青年报》上发表了一篇题为《我为什么在这个时候入党》的文章，他满怀信心地写道：“我的信心更足了，信念更坚定了。我要更好地把自己的有生之年，献给祖国的社会主义现代化建设事业。”

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《电磁学》课程组选择了两个思政案例，另一个案例是上一次电磁学教学研讨会上叶邦角教授做的《电磁学人物：赵忠尧先生对电磁学的贡献》。

徐春凯副教授作了《电磁学概念的思考》的教学报告，报告主要分两部分：一是电磁学定律的隐含条件，二是极化能和磁化能。如磁场的安培环路定理隐含了稳恒电流条件，电磁感应定律隐含了方向的确定（能量守恒），极化能与静电能不同，静电能是电荷从无限处移过来外力所做的功，而极化能中的极化电荷是当地出现，因此体现的是一种能量补偿，这种观点非常有新意。

秦敢副教授作了《电磁学教学中的几点思考》的报告，报告内容主要有：物理概念的客观性和主观性；宏观与微观的衔接；知识点的夯实；近似展开问题。他认为物理概念的出现和定义有主观性，如正负电荷，如洛伦兹力的叉乘，场线的数密度定义等。稳流线与磁场线是否一定闭合？如非理想螺绕环内有环形磁场和绕横截面磁场，叠加后的磁场线一般为无限但

闭合；暂态电路是否满足似稳条件，因为暂态过程的激励源是阶跃函数，需要做Fourier频谱展开分析，发现电源电压主要成分为低频部分，高频部分占比少，可以忽略。最后他介绍了对物理学常用的一阶近似的处理，应该先做二阶近似，计算最终结果后再保留一阶量是合适的，直接做一阶量近似会带来不正确的结果，如顺磁质的磁化强度一阶近似后系数为1/2，这是不正确的，而二阶近似后取一阶结果其系数为1/3是正确的。他认为自然科学是对客观世界的认识，不是客观世界的拷贝，因此会导致一些基本概念存在一定的不确定性。

潘海俊副教授作了《协变电磁场方程的构造》的教学报告。他提出了一个问题：在对电荷之间的作用几乎一无所知的情况下，我们是否有可能给出支配这一相互作用的场的方程呢？潘海俊基于四个假设：1.电荷密度和电流密度构成四维矢量，满足连续性方程；2. 电荷之间的作用是一种长程作用；3. 描述电荷之间作用的方程遵从相对性原理，从而场方程可以写为张量方程的形式（方程是协变的）；4. 简单性原则：方程线性（对场）、符合叠加原理（对源）。通过数学证明发现一阶的场方程不满足相对性原理，即场方程必须是二阶的，此外

能用标量场作为描述电磁作用的场，因为静态情形下，电荷密度必然只能是与时空坐标无关的常数。他遍历了二阶场方程的各种组合，通过一系列的推导，得到了场方程：

并且这个场方程在规范变换下是不变的，即是一种规范场。并且得到了麦克斯韦电磁张量，利用电磁张量的性质，可以改写场方程为：， 即麦克斯韦方程。推导和演绎过程激动人心，基本假设合理，演绎过程有趣。这让人们再一次体味到了自然规律的存在和发现有多种方法。物理学发展初期注重从实验到理论，但数学理论发展到一定阶段也可以演绎和推导出自然规律，当然最终是否正确还需要实验验证或检验。

在这次电磁学教学研讨会上，全体老师还观看了关于严济慈先生的微电影《科学之光》。