麦克斯韦方程组是怎样的?怎么从麦克斯韦方程组推导出光波方程?电荷守恒是麦克斯韦方程组的推论?7月29日12时,《张朝阳的物理课》第七十五期开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,先给网友们分享了一种碎片化学习法以及如何将这个方法与这一系列直播课程结合起来使用,然后带着网友们复习了最近两次直播课推导L4拉格朗日点位置时用到的一个关键的运动学结论,最后回到电磁学领域,介绍了麦克斯韦方程组的形式以及对麦克斯韦方程组的理解,并使用麦克斯韦方程组推导了光的波动方程。
直播一开始,张朝阳给学习物理有困难的网友们分享了一种学习方法:一个人应该充分利用自己的兴奋点,不要恐惧未知的东西,也不必要求自己百分之百弄明白,而是想到什么问题,就去集中解决什么问题。如果中途需要使用什么工具、新的知识,也不必深究这些工具或者知识背后的原理,只需要了解其中的大概,集中精力放在解决当前的问题之上即可。这样获取的知识虽然是碎片化的,但是久而久之必然能够形成严密的知识脉络。
说回物理,张朝阳强调了前两次直播课程时用到的一个“关键点”:虽然地球实际上是绕着日地质心在公转的,但是计算地球公转角速度时使用的是约化质量与日地距离。同时,计算L4点的公转加速度时用的又是这一点到日地质心的距离。这里边究竟使用哪个距离来计算,是很关键的,因此需要大家特别注意。
接着,张朝阳开始介绍麦克斯韦方程组。他先从引力场的散度公式开始,类比得到电场的散度结果,也就是第一个麦克斯韦方程。然后通过法拉第电磁感应定律,通过矢量微积分,成功得到第二个麦克斯韦方程,也就是描述电场旋度的一个方程。处理完电场的散度与旋度之后,张朝阳开始介绍磁感应强度的散度与旋度,并分析为什么磁感应强度的散度为零,以及如何从磁感应强度的旋度方程得到电荷守恒定律。
最后,张朝阳利用刚刚介绍的麦克斯韦方程组在真空无源的特殊情况下推导得到电磁波的(电场分量的)波动方程,并借助以前直播课程所介绍的一维波动方程性质得到了光速与真空介电常数、真空磁导率之间的关系。
截至目前,《张朝阳的物理课》已直播七十余期,内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。此后逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程等理论内容,到氢原子波函数,再到气体定容比热的温度阶梯,并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理,推导出飞船运行轨迹,估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度,随后讲解了陀螺的进动,还计算出月球的潮汐高度。而现在开始讲解一些数学工具,准备进军广义相对论。
《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:注重推导,通过一步一步详尽的数学计算,推导出相关的物理公式,把每个公式从头到尾拆解得十分清晰。
据了解,《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在搜狐视频直播,网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”,观看直播及往期完整视频回放;关注“张朝阳的物理课”账号,查看课程中的“知识点”短视频;此外,还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上,阅览每期物理课程的详细文章。
除了《张朝阳的物理课》外,在直播方面,搜狐视频正持续打造知识直播平台,邀请各个科学领域的头部播主入驻,进行科普知识直播。包括中国运载火箭技术研究院专家钱航,直播讲述航空航天事业发展史;北京交通大学理学院教师陈征博士线上开课——“奇趣的科学实验”;中国科学院基因组学博士、元码基因创始人田埂讲解基因组学与生活的紧密联系;天体物理博士刘博洋科普“日全食是怎么产生的”等。未来还将有更多知识播主入驻搜狐视频,一起互动玩转科学。