淺談磁場基本物理量及電磁感應的難點教學

【摘要】磁場的基本物理量與電磁感應是《電工學》章節教學中的難點，課堂教學中，學生往往難以理解和掌握，筆者就個人的教學實踐摸索，談談如何提高教學效果。

【關鍵詞】磁場 物理量 電磁感應 教學

【中圖分類號】G712 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）04-0170-02

在技工學校《電工學》課程第二章磁場與電磁感應的教學中，對于磁場的四個基本物理量及電磁感應的教學難度較大。因為在這些內容中，涉及概念性的東西多，定律多，需動手根據不同定則判斷的多，學生不太容易理解和接受。教師為了能較好講解這些內容，盡管精心備了課，但一旦講授，往往就會陷入那枯燥無味的敘述泥潭中去。學生似聽非聽，似懂非懂，課堂很難駕馭。考試時，只要涉及磁通、磁感應強度、磁場強度、導磁率這四基本物理量，答案不是張冠李戴就是東拉西扯，根據定律定則進行電磁感應的相關判斷，也往往是相互混淆，摸不清頭腦。在實際教學實踐的摸索中，我通過以下的做法，較好地提高了教學的效果。

一、磁場的基本物理量

磁場的基本物理量，涉及十分抽象的概念，在實際教學中，我利用形象的比喻，來增進學生的理解，為此設計的簡要教學提綱如下：

（一）定量描述磁場的四個基本物理量

1.定性描述磁場的強弱和方向用磁力線進行。

2.定量描述磁場，進行分析、計算用四個基本物理量。

（1）磁通（φ）

（2）磁感應強度（B）

（3）磁場強度（H）

（4）磁導系率（μ）

（二）四個基本物理量之一——磁通（φ）

1.磁通的物理意義：

從總體上描述磁場強弱的物理量。意義是：磁場中與磁場方向垂直的某一截面所穿過的磁力線數。

2.形象比喻：

當要衡量一個家庭的經濟狀況時，該家庭的總收入可與磁通相比喻。家庭的經濟總收入包括家庭成員的工資、獎金、補帖和額外收入等。它從總體上描述這一家庭的富裕程度。

（三）四個基本物理量之二——磁感應強度（B）

1.磁感應強度的物理意義：

垂直穿過單位面積的磁力線條數。磁通從宏觀方面描述分析磁場，而磁感應強度從微觀著手，精確分析、計算磁場。從這個意義來說，磁感應強度又稱磁通密度。

2.形象比喻：

磁感應強度可比喻為某一家庭的人均收入。它能更精確地描述該家庭的富裕程度。

（四）四個基本物理量之三——磁場強度（H）

1.磁場強度概念的提出：

磁場與電場有許多相似之處。從電場強度與磁感應強度的定義式來看，電場強度E= F/Q，其中F為點電荷在磁場中所受的電場力，Q為點電荷的電荷量。磁感應強度B=F/IL，F為通電導體在磁場中所受的電磁力，I為導體中通過的電流，L為磁場中導體的有效長度。I與L的乘積IL也稱為“電流元”。

為什么不把磁感應強度定義為磁場強度呢？其原因是磁場與電場雖然有許多相似的地方，但也存在著很大的差異。主要差異表現在，磁場的強弱受磁場中介質影響很大，特別是鐵磁性介質，在原磁場作用下，產生與原磁場方向一致的附加磁場，可使原磁場增強幾百倍、幾千倍甚至幾萬倍。而電場則不存在這種因介質作用而引起的增值現象。為了計算方便，消除介質對磁場計算的影響，便引出一個只與線圈幾何形狀及所通過的電流大小有關，而與磁場中介質無關的物理量，這便是磁場強度。它并不能全面、正確地撕碎磁場中某點的大小和方向，而只是把電與磁溝通起來的一個輔助物理量。

2.形象比喻：

磁場強度可比喻為某一家庭除去額外收入（如存款利息、證券買賣、理財產品等非正常工作范圍內的收入）的那部分正常勞動工作范圍內所得的人均收入。這個參量，在收入來源方面說明該家庭的富裕程度。

（五）四個基本物理量之四——磁導率（μ）

1.磁導率的物理意義：

磁導率用來表達物質的導磁能力。根據導磁能力的大小不同，物質大致可分為鐵磁物質和非鐵磁物質兩大類。鐵磁物質的導磁能力對磁場影響很大。這類物質置于磁場中，類似于會產生附加磁場，可使原磁場增值很大；而非鐵磁材料對磁場幾乎沒有增值的影響。這種磁介質對磁場的影響程度就用磁導率（μ）來表示。

2.形象比喻：

磁導率可比喻為家庭成員掙取額外收入的能力。我們都知道除了正常工作所得外，額外收入多了，家庭經濟狀況的改善效果十分的明顯，更加富裕。

二、電磁感應

電磁感應這一節是本章的難點，同時也是學習第三章正弦交流電路的理論準備和基礎知識。本節課的目的，主要是讓學生通過課堂演示實驗，獲得由磁場產生電流的感性認識，在此基礎上，由具體到抽象，概括出電磁感應現象，得出實驗結論。這節課不全是為了讓學生知道實驗結論及知識內容，重點在于讓學生知道結論是如何得出的，在得出結論時用了什么樣的科學方法和手段，在實驗過程中如何控制實驗條件。

為了便于學生進入課堂環境，集中注意力，提高學習興趣，以演示實驗為主的啟發式綜合教學，是一個非常重要的手段。教師必須課前作好充分的準備，先做一遍乃至數遍，做到心中有數，演示有序，操作熟練，以眼神示意配合好手上動作，讓學生抓住觀察時刻與觀察對象，為口述和板書教材內容準備好“素材”。利用這些“素材”，講課中邊演示、邊提問，讓學生邊觀察、邊思考，最大限度地調動學生積極參與教學活動，經過分析、判斷、歸納、概括后，得出楞次定律：感應電流產生的磁通總是阻礙原磁通的變化。到此絕不能認為大功告成，而應立即了抓住這個機會，再重復做數次上面做過的演示，使學生鞏固這個結論，形成一個概念，產生一個確真如此的科學真實性的認識上的飛躍，收到一個永駐不逝的記憶效果。

作為定性分析電磁感應現象的楞次定律起著提綱挈領的作用，是講好講透這節課的關鍵。學生在學習中最容易犯的錯誤，是將楞次定律誤解為“感應電流產生的磁通總是與原磁通方向相反”。這里就要求我們教師必須使學生弄清楚“阻礙”和“變化”這四個字的實質意義，要帶領學生充分體味“動磁生電”的內涵，重點強調恒定磁場不會產生電磁感應的現象，為后續內容變壓器的講解及課后習題處理開通道路。對于利用楞次定律進行感應電流方向的判斷，給學生們總結出一個十分簡捷的概括“增反減同”。為了使同學們更好的理解和利用這個結論，我們不妨用能量守恒定律讓同學們去思考一下這個結論的正確性。如果不是“增反”與“減同”，而是“增同”與“減反”，那么在同方向上磁通一直增加，能量就會“溢出”，無中生有，這些能量從何而來呢？反之，在反方向上磁通一直減小，能量就會“萎縮”，就會“不翼而飛”，這些能量又向何而去呢？這樣一來就充分證明了“增反減同”這個結論的正確性，利用這個簡單實用的結論，使學生對感應電流方向的判斷變得十分的迅速和準確。另外，對于感應電動勢方向的判斷，學生們也很容易搞糊涂。常常把線圈或導體中的感應電流的方向看成是負載中電流的方向，以此去判斷感應電動勢的方向，標出的電源極性一定是個錯誤的結果。所以在講解時一定要重復強調，線圈或導體一旦產生了電磁感應現象，那么這個線圈或導體實際上就相當于一個電源，是向外送電的，在電源內部，電流方向是由負極到正極。讓學生牢固掌握住這一點，對于后面學習對自感電動勢方向的判斷就沒有多大的難度。

至于法拉第電磁感應定律，是用來定量計算電磁感應現象所產生感應電動勢的大小的。在課堂教學中有兩點必須注意給學生充分講解清楚。一是在感應電動勢大小的計算公式e=ΔΦ/Δt中，Δt是一段時間間隔，而不是一瞬時時刻，故所求電動勢e的值是Δt時間間隔內感應電動勢的平均值。二是磁通變化量和磁通變化率絕對不能混淆。磁通變化率與磁通的變化量是兩個完全不同的概念，可以用運動學中的速度與位移去進行類比，這樣學生們就可以有清晰的認識，達到較好的教學效果。

參考文獻：

[1]邵展圖，電工學[M]，中國勞動和社會保障出版社，2007.

[2]陳惠群，電工基礎[M]，中國勞動和社會保障出版社，2009.

作者簡介：

田衛東（1970—），男，河南鄭州人，鄭州市技師學院講師，主要從事電工電子專業理論課教學。