摘 要: 电磁学是高中物理学习中的重点和难点，其电磁学公式的理解又在学习过程中起到至关重要的作用，它是打好物理基础、学懂物理知识、灵活应用物理公式解题的根本。本文从认识公式到理解公式，最后到应用公式表述做了相关分析。
关键词: 电磁学; 公式表述; 焦耳定律
众所周知，公式是物理的灵魂。在物理学描述世界的过程中，公式是不可或缺的语言。而在物理学习过程中，公式也是我们理解定理、规律的最佳路径。在学习中，对一个物理意义的阐述几乎都是围绕相关的公式而进行的。
一、认识公式成立条件
公式成立条件看似是很无意义的问题，比如库仑定律 F = k q1 q2 R2 的成立条件:真空、点电荷，几乎是不需要思考的问题。但其实认识高中的电磁学公式后，会发现对成立条件的思考是对公式理解、运用的前提。例如焦耳定律 Q = I 2 RT 。使用焦耳定律求电流的热效应是对一切电路成立的，但使用焦耳定律求功则仅限于纯电阻电路中，即当且仅当电路为纯电阻电路时 W = Q = I 2 RT 成立，当电路中有电动机时 W > Q = I 2 RT 。这一点被广泛应用于高中各类考试、测验中。相较于焦耳定律，对其推论成立条件的探索就更为重要。日常学习中，我们对 Q = UIT 或 Q = U2 R T 的使用也很多。但这两式也是仅在纯电阻电路中适用的。但很多同学却常常在含电动机的电路中误用，应予以注意。
二、理解公式成立条件
我们对于公式成立条件的探究不应局限于记忆，这样的学习方式只会令物理变得呆板无趣，极大地戳伤了学生的学习热情。我们更应该去推论公式成立条件的原因。以焦耳定律的推论来举例，我们知道焦耳定律是普适的，但其推论却不是，为解决这个现象，我们从焦耳定律的推论的来源入手，其初始是焦耳定律 Q = I 2 RT 结合欧姆定律 U = IR 便得到了它的推论 Q = UIT 与 Q = U2 R T 。我们发现欧姆定律的适用条件是纯电阻电路，如此便找到了焦耳定律推论仅在纯电阻电路中成立的原因。
三、应用公式表述问题
公式的表述绝不是个物理量、运算的拼凑问题，公式的表述不同是对物理学规律的不同理解与阐述而非形式主义的改变。虽说同一公式的根本都是核心的物理规律，这是不能更改的，但公式的表述不同，其意义也会有较大差异。简单来说 U = IR 与 R = U I 的表述就代表着所求是电势还是电阻的问题，除此之外，我们知道 U 是会随着式中的 I、R 变化而变化的，但后式中的 U/I 仅仅只是计算 R 大小的运算，R 的大小并不会随 U、I 而变化。(对于可变电阻，如小灯泡，其电阻随 U、I 变化的根本原因不是电学问题，而是热学与材料学的问题，并且其电阻的变化规律远比 U/I 要复杂的多)这是决定式与定义式之间的区别，这二者对于数学而言可以讲完全等价，但在物理中，其意义的区别就很大，理解好这一类公式的表述，对于更好地理解物理规律有很大帮助。
在高中课本中，有些公式相对其原式而言进行了一定的简化，譬如法拉第电磁感应定律的表达式 ε = - d dt ，在高中教学中使用的则是 ε =Δ Δt ，微分算符 d 在高中物理中的使用基本都由取极小变化量的 Δ 所取代，这二者在使用上对高中生而言几乎没有差别，值得注意的是法拉第电磁感应定律原式中是有“—” 号的，其原因在于当年冯诺依曼先生将该定律的数学形式写出是 ε = k d dt ，此 k 为普适常量，最后实验求得在国际单位制(SI) 下为—1，这个负号，是对于 ε、 的定义方向而言的。其解释会牵扯到很多对于高中而言超纲的知识点，所以将其简化为了 ε =Δ Δt 。但如果我们换个角度考虑一下，不要求掌握旋度、梯度这些麻烦的条件，只是单纯的学习 ε、 使用右手定则的方向定义的话，难度并不大，并且能使我们对法拉第电磁感应定律有更好的理解与更好的方向判断方法。与此同理的还有洛伦兹力的公式等等，笔者于此再对洛伦兹力的表述进行一定的“还原”:高中学到的洛伦兹力公式为 F = qVBsinθ ，但书上也说明，此式仅用于计算大小，其方向还需再判断。而我们找到洛伦兹力的原式表述为: F → = q V → × B → ，在此式中，V、B 都是矢量形式，而力 F 的方向为其矢量积，即叉乘，再由 q 的正负决定叉乘结果的指向。对公式的新表述，能在一定程度上强化我们对公式的应用能力与理解水平，也能提升我们对物理学的兴趣，更重要的是，习惯了其非简化版表述后对我们在高等教育中学习物理甚至是数学的帮助是将会是巨大的，毕竟新表述能让我们更习惯于使用真正的物理语言。
四、结语
高中电磁学反映的是电场与磁场的相互作用关系，揭示的是物理宏观世界的本质规律，抽象的概念与规律缺乏表象基础，注重外部表面特征和非本质联系的高中学生对于可见度不高的电磁现象及电磁规律显得很茫然。只有认识公式、理解公式，准确应用公式表述问题，才能避免乱套公式、混淆公式的现象。
参考文献:
[1]孟昭乾.物理课程与教学论[M].长春: 东北师范大学出版化，2005.143.
[2]徐德军.高中物理公式的分析与甄别[J].理科考试研究，2012，19( 15) : 23-25.
[3]陆书红.高中物理公式教学法的三点尝试[J].新课程导学，2018( 02) : 84.
相关推荐：高中物理教学文章在哪些期刊发表
