摘要：本文将通过笔者在高中所学的物理知识从简单对称带电体、电磁场以及静电场三个方面的对称原理在电磁学中的应用进行探讨。并且以实际操作案例加以分析证明，详细的介绍对称原理在电磁学中应用的思路构架。
关键词：对称原理；电磁学；思路构架
经过高中阶段电磁学的学习实践中，能够发现在物理学科中存在一个比较普遍的现象，就是对称原理，这可能也是物理学中的一个普遍性的规律，也是最为让我着迷的原理之一。正如在奥斯特发现了电生磁后，很多物理学家都用对称思想认为磁也可以生电，百年的努力后是法拉第电流表的匆匆一动，这样电真正与磁统一了。物理学上如此，学习上也如此，物理学上的对称性往往以宏观的视角，而日常学习中往往是一个局部，掌握这一规律可以更快速地解决物理学科中的很多问题。大部分的物理现象中不仅仅存在静态的对称原理，在很多动态的变化中同样存在对称规律，接下来的内容就从各种角度探索对称原理在电磁学中的应用思路。
一、对称原理以及对称体系
（一）对称体系的概念
学习电磁学的过程汇中，通常的分析操作方法是将同一个体系，从当前状态转变为另一个状态的过程。经过这样的操作后，体系的状态并未发生任何变化，那么就意味着，对于这个体系的操作是对称的，并将这样的操作过程称之为对称性操作[1]。
(二）对称性的概念
在电磁学理论中事物之间最基本的关联性质是可以通过电磁学的基本定律进行反应的，这项定律在电磁学中有着至关重要的作用。在众多的因果关系中都有较为直观的表现，大部分的原因当中如果存在对称性，那么结果中也一定存在，这也就意味着，结果与原因的对称性的相互关联的，即对称原因会直接导致对称结果。例如借助对称性原理能够分析长直密绕载流螺线管内磁感应线的形状，很显然长直密绕载流螺线管是对称的，故其磁感线也有明显对称性。
二、对称原则在静电场中的分析应用
高斯定理是对称原则在静电场问题分析中主要应用的原理。在进行电磁学的过程中，同学可以在分析电磁对称性问题的时候充分的利用电荷分布的对称原理进行分析；通过电磁的学习我们能够知道，高斯定理来源于麦克斯韦基本方程组，根据对称原理，选择合适的对称的高斯面是用高斯定理解决问题的核心，通常我们选取一部分与场强方向垂直的闭合曲面作为高斯面，即场强平行于面积矢量来简化对电通量的计算，并且前后两个面一般电通量相等，所以在计算与分析的时候，能够利用电磁的对称原理，选择合适的高斯面进行计算；还有一种方法就是可以选择场强方向与高斯面相互平行的方式，方便与简化计算过程，减少运算量。例如，在已知密度的某个无限大的均匀带电平面电荷，对此平面产生电场强度进行求解一题中，可以按照以下思路进行分析：由于此平面带电较为均匀，在根据平面对称原理内容，可以发现此平面两侧的电场强度与带电平面的电场强度呈互相垂直状态，并且与此平面距离相等的电场强度处处相等[2]。
在此带电平面的中部区域，可以通过作一条垂线的方式与此带电平面保持垂直，并将这条直线作为圆心，建立一个圆柱，使其底面积为S，并假设这个圆柱的两个底面间的距离与到带电平面之间的距离相等，将这两个底面的电场强度设为E，保持电厂方向与圆柱底面方向呈垂直状态，并且方向朝外，因此高斯面的电通量可以用进行表示，高斯面所包含的电荷量可以用进行表示。根据高斯定理可得则，。
三、利用对称原理分析求解对称分布的电磁场问题
例题：如图一在均匀电场E中有一个重力可以忽略不计质量为m的带正电粒子q，经过P点加速之后,在A点进人中间的均匀电磁场B,磁场方向与纸面之间相互垂直、方向向里。在经过中间的电磁场后进人到右侧空间具有强匀强磁场B’中,磁场的方向应与纸面的方向保持垂直状态、并且方向朝外，大小与B等大。然后，让该带电粒子沿着某特定路径不经外力做功前提下返回到从电场出发的原点P,再将上述过程进行不断的重复。所以在已知A点与P点之间距离为时，然后求出该粒子的运动周期以及在中间匀强磁场的宽度d[3]。
对于这道题目可以进行如下分析：题目中所出现的带电粒子粒子可以反反复复的运动,因此可知这个带电粒子粒子一定是具有较强的周期性。在经过A点后,该粒子能够在磁场中沿着特定的路径再返回到出发远点A,也表明该粒子的运动轨迹具有对称性,可以通过对称性原理解决此问题。该粒子在经过A点后进人到该匀强磁场B内做出匀速圆周运动,可以将其运动的半径表示为R,该运动轨迹线由点A到点C,由于该粒子可以从D点做匀速圆周运动至A点。因此,弧线DA与弧线CA对称,且弧线OA与磁场分界线相互垂直。同样,OA也是弧线CFD的对称轴。那么,该粒子的整个运动轨迹是关于直线OA对称的。考虑到速度方向为轨迹方向的切线方向,因此圆弧AC、CD、DA之间也是相互相切的。假设中间匀强磁场的宽度为d,该带电粒子在经过A点时的速度是v,根据圆周运动的对称性以及三
结束语：
综上所述，文章论述的主要过程是以实际例题解析为主的,详细的分析了对称性原理在解决实际问题中的应用。能够引导高中生在不完全了解对称性原理的前提条件下,依然能够利用对称性原理对电磁学中所出现的问题进行分析。所以能够有效的提高高中生在分析物理电磁学问题实际效率,进而提高解决问题的准确程度。
参考文献：
[1]沈晨航.高中物理电磁学的解题方法研究[J].中学生数理化（学研版）,2017,21(11):62.
[2]王寒寒,刘莹.浅谈对称性在电磁学中的应用[J].科技展望,2017,27(15):163.
[3]申迪扬.对称性原理在电磁学当中的运用分析[J].时代教育,2016,11(22):181.
论文作者:李让
论文发表刊物:《科技中国》2017年11期
论文发表时间:2018/5/2
标签：对称论文; 对称性论文; 原理论文; 粒子论文; 电磁学论文; 方向论文; 电磁论文; 《科技中国》2017年11期论文;