[电磁场的本质.doc

电 磁 场 的 本 质 Xxx （xx学院 xx学院 物理学） 摘要：关于场的本质问题，哲学界自上世纪50年代以来一直争论不休，占主导地位的观点认为，场是物质的一种特殊形态。电磁场的物质性是整个电动力学和电磁学的基本 问题为了更清晰地了解电磁场的客观本质，从电磁场满足一般物质的定义、电磁场同实物一样具有质量、能量、动量、角动量以及电磁场同实物的统一来讨论电磁场的物质性 。 关键词:电磁场；电磁波；电磁力；电磁能量；物质性 1、电磁场物质性的引入 物质的定义是：独立存在于人的意识之外的客观实在。把电磁场，特别是变化电磁场（即电磁波）的广泛引用作为其客观实在的依据，而定义电磁场为物质，是满足物质定义的。但作为专门研究电磁现象和电磁场运动规律的学科——电磁学和电动力学，是不能简单地用这个定义来定义电磁场物质性的，应从教学研究的角度出发，根据电磁现象和电磁场的对外表现，探讨它的客观属性，进而阐明它的物质性，才能正确建立电磁场的物质性概念。 现行的教材中电磁场的物质性，是从特例静电场入手的：根据两个静止点电荷之间存在相互作用的现象，认为电荷周围存在着电场，引入电场中的带电体都要受到力的作用，说明电场力的存在，带电梯在电场中移动时，电场力对带电体做功说明电场具有能量，但这个电场力的传递有“超距作用”之嫌；电场的能量是由电位能： 来说明，这也有“静电能归电荷和所有之嫌”。同理，教材中磁场的物质性也有“磁力超距作用”和“静磁能归电流所有之嫌”。因此不少学生对电磁场的物质性不易接受，甚至产生怀疑。 我们知道马克思主义哲学是关于自然界人类社会和人的思维本质，运动及其一般规律的理论，这种理论是通过对自然学科知识，思维（认识）科学知识的概括和总结产生，并随着人类的实践和认识的不断发展而发展的。 电磁场本质的两种观点：第一，电磁场是物质，物理学界，电磁场是物质的观点率先形成。法拉第在研究电磁现象是，首先将“场”范畴作为物理理论的一个基本范畴来处理。当时对电磁现象的理解是：电荷周围空间产生一种叫“电场”的介质，而电场又反过来以力作用与电荷物体；电荷或磁体在其周围空间产生一种叫做“磁场”的介质，而磁场也反过来以力作用于电流或磁体。到19世纪60年代，麦克斯韦在法拉第研究的基础上用数学形式解释了电磁现象的联系，并且从理论上预言了电磁波的存在以及电磁波的传播速度接近光速。后来这个预言被赫兹所证实。由于电磁场虽然原则上只存在于虚空空间，但它不仅具有能量，也具有栋梁，因此他被看作是与物质一样的实在；第二，电磁场是空间：在赫兹建立动体电动力学理论后不久，洛伦兹对电磁场的本质有了与前人相反的认识。他同意电磁场原则上只存在于虚空空间的观点，但他不同意物质是电磁场的载体的说法。他认为，物质的基本粒子只能运动，他们之所以用电磁效应，完全在于他们带有电荷。在他看来有原子组成的物质是电荷的唯一基体。物质粒子之间是虚空空间，他是电磁场的基体，电磁场就是有那些位于物质粒子上的点电荷的位置和速度产生的，而场有反过来一有质动力作用在电荷上。电磁场有种物质之间的唯一关系就是：基元电荷是固着在原子论性物质粒子上这一事实。洛伦兹在这一认识的基础上，成功建立起了一个关于当时已知的一切电磁现象完备的理论，而赫兹的动体电动力学理论则成了其中的一部分。 对电磁场物质性的阐述 1.电磁场是独立存车子与人的意识之外的客观实在的物质。因为实物具有波粒二象性，同样电磁波也具有波粒二象性，拿它的波动性来讲也是满足物质性的概念。如变化的电磁场即电磁波，最简单的平面波具有着样的特征： 电磁波为横波，和都与传播方向垂直； 和互相垂直，沿波矢方向； 和同相，振幅比为。 平面电磁波沿传播方向各点上的电场和磁场瞬时值如图所示： 它运动的普遍规律就能告诉我们电磁场离开源（即电荷Q=0和电流=0处）而能独立存在的理论依据，也就是麦克斯韦方程组： 麦克斯韦方程这是磁场对电场作用的基本规律。它不仅告诉我们电荷电流激发电磁场以及电磁场内部运动的一般规律，更重要的是它为我们证明电磁场的物质性提供了理论依据。 2.力作用是物质和物质之间的一种作用，同理电磁场对电荷电流体系的作用，也是满足力的定义的。只不过这种力是洛伦兹在总结了静态场基础上推广到一般情况得到的，所以叫做洛伦兹力。这种场和电荷，电流发生作用也是电磁场具有物质所体现的一方面。电荷电流系统单位体积所受的电磁力密度ρ，下面给出洛伦兹力的表达式： 当然，对于一个电量为q，粒子的运动速度为 ，电磁场对它的作用力为： 物理学实验证实了洛伦兹力公式对以任意速度运动的带电粒子都适用。电磁场本身就具有波粒二象性，这就相当于告诉我们；麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式是揭示电磁场物质性的理论基础和依据。 电磁场同一般物质一样具有质量，惯性。我们之所以说电磁场