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如果大学教课书的一个重要内容错了,怎么办?

已有 5375 次阅读 2017-3-18 08:35 |系统分类:观点评述| 如果大学教课书错了


如果大学教课书中某一个重要内容错了,怎么办?

我们知道,学生差不多每天都要做家庭作业。如果做错了,对不起,扣分。高考更加要命,如果题目做错了,很可能改变一个人一生的命运。

一般而言,自然科学教课书上的知识,经过千锤百炼,绝大部分是正确的。可是我在近期研究直流电场和低频交流电传播速度的实验过程中,发现大学电磁学教课书上,对于直流电能的传输机制长期存在一个明显错误。

课题是最简单的直流电路。典型的直流电路具有一个电池,电池二端由金属导线连接一个负载电阻。例如,汽车上启动开关一转,电池二端产生的电流和能量由金属导线连接到了负载(汽车发动机),于是汽车马达转动啦。这是很简单的道理,这个道理讲给中学生会明白,可是大学教授们讲错了。

大学教科书上说,电池向外界空间输出电磁能量,然后电阻从外界空间吸收电磁能量。我在这里晒出中国一本有名的电磁学教课书的图示,作者是我尊敬的一位老教授,赵凯华先生。因为图示的上面一部分需要学习过电磁学中坡印廷能流矢量才能看懂。所以我在这里仅仅显示图示的下半部分,


上图引自:赵凯华, 陈熙谋,《电磁学》(3)(高等教育出版社,2011)825-828页。

这个图示,科学爱好者都能看懂。电磁学教课书的作者由于过分迷信数学方程式,没有注意到它的适用范围,才想象出了这个明显错误的图示(我是对事不对人)电池会向外界空间输出电磁能量吗?电阻是从外界空间吸收电磁能量吗?

电池内的化学能转化成电能,在电池二端集聚了正负电荷,产生了电动势(电压),这个电动势在导线内形成了电流,同时在负载电阻上产生了电压。根据欧姆定律,V=IR, 电阻上消耗的功率是P=IV=I2R,电阻上消耗的功率几乎等同于电池的输出功率。电能完全在导线内部传输给电阻的。

   本来,上述的内容是中学物理的课程,可是一些大学教授一本正经地向学生解释:上面一段的理解是肤浅的。他们从电磁场的麦克斯韦方程出发,推导出了一个玻印亭能流矢量,并且把这个定义量硬套在直流电的能量传输过程中,宣称直流电能是通过导线周围空间从侧面输入导线以及负载电阻的。

我承认赵凯华教授的《电磁学》是大学的优秀教科书,几十年来,对理科大学生影响很大。然而,这本教科书书上给出的上面一个图示,强调直流电能是通过导线周围空间从侧面输入导线以及负载电阻的。我认为,这个学术观点是明显错误的。 长期以来给学生产生了误导。

关于这个问题,我在3年前就在科学网上重点提出了,然而,没有引起科学界的重视。为了说明上述学术观点的错误,我与合作者写过论文,可是无法通过编辑的初审。编辑的回复大多是客气的:您的论文不适合在本期刊发表,请你改投其他期刊。

这里我说明三点。1.我在大学里教过电磁学;2. 这个错误在其他大学教科书里也有;3.这个问题其实涉及到一个非常基础的科学:理论物理学家们扩大了电磁场论的适用范围。他们忘记了:除了场论,还有源论。

大学电磁学教课书中这个重要论点错了。怎么办?

我们需要对学生负责,不能长期地误人子弟啊!






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