用水流量類比磁通量的教學方法初探

摘要：磁通量這個概念在磁場和電磁感應相關章節中是很重要的，內涵生硬抽象。對于初次接觸磁通量的學生而言理解上存在多處難點。本文通過用水流量和磁通量類比的方法，從多個角度對它們的異同進行了比較，以期望學生快速正確地理解磁通量這個新概念。

關鍵詞：高中物理；磁通量；類比法

人教版普通高中物理教材中首次出現磁通量這個概念是在選修3-1《磁場》章節中，要求學生知道磁通量的概念，掌握磁通量的計算。但是真正需要應用磁通量處理問題的是在選修3-2《電磁感應》中。學生在3-1中學習磁通量，由于不知道它的用途，所以會覺得它只是一個生硬的強加于人的概念，對它的物理意義是很難理解的。磁通量是這一章中一個突兀又難理解的知識。筆者結合多年的教學經驗，覺得此處可以用水流量來類比磁通量進行教學，方便學生對磁通量的準確理解和牢固掌握。

一、 磁通量的學習難點

磁通量是一個表示磁場分布情況的物理量，區別于磁感應強度（磁感應強度是表示磁場強弱的物理量）。設在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一個面積為S且與磁場方向垂直的平面，磁感應強度B與平面面積S的乘積，叫做穿過這個平面的磁通量。公式為φ=BS。高中階段中磁通量的學習主要有以下幾個難點：

1. 公式中的S必須是與磁場垂直的平面的面積，若所取平面與磁場不垂直，則S為這個平面在垂直于磁場方向的投影面積。

2. 磁通量是標量，有正負之分，沒有方向。通常所說的磁通量的方向其實是指相應位置的磁感應強度的方向。若規定磁感線從一個方向穿入另一邊時為正方向，則反向穿過的磁通量為負。如圖1中若規定甲圖磁通量為正，則乙圖和丙圖的磁通量都為負。若過一個平面有方向相反的兩個磁通量，這時的合磁通量為相反方向磁通量的代數和（即相反磁通量抵消以后剩余的磁通量）。若過一個平面的磁通量由正方向的φ1變成同方向的φ2，則磁通量變化量的大小為|φ2-φ1|。若過一個平面的磁通量由正方向的φ1變成反方向的φ2，則磁通量變化量的大小為|

3. 影響磁通量的量是磁感應強度B和有效面積S，與線圈無關。習題中經常出現磁場中有一線圈，要求求解這一線圈位置的磁通量。這些習題會誤導學生，讓學生認為如果某一平面中沒有放置線圈，那么平面中就沒有面積，就沒有磁通量。磁通量表示的是磁場在某一區域的分布情況，只要有磁感線穿過平面，該位置就有磁通量。線圈的有無和線圈的多少都不會對磁通量造成影響。線圈在這里的作用是指出磁場待研究的區域（其實線圈的真正作用是檢驗出感生電場，為感應電流提供自由電荷和回路）。

二、 磁通量和水流量的類比

針對磁通量的以上幾個難點，結合學生比較了解的水流量的性質來做對比和類比，相關難點理解起來就會容易很多。具體比較見下表：

磁通量水流量

概念在均勻磁場中，磁感應強度B和垂直于磁場方向的某一面積S的乘積，稱為通過這個面積的磁通量。單位時間內，通過河、渠或管道某一橫截面的流體的量。一般指體積流量，以每秒立方米來表示。

公式Φ=BS磁感應強度B越大，有效面積S越大，磁通量就越大。Q=Vt=S×vtt=Sv（V為體積，S為橫截面積，v為水流速度，t為時間）水流速度v和橫截面積S越大，水流量就越大

性質1公式中的S指與磁場垂直的平面的面積，若所研究的局域面積與磁場不垂直，應取其有效面積，即其在垂直面上的投影面積。橫截面積S必取與水流方向垂直

性質2磁通量表示磁場在空間上的分布情況，與磁感應強度和研究區域的面積都有關，但是與線圈無關。水流量表示水量的分布情況，計算時與水流速度和水流的粗細有關，但是與管道（或河道）無關。水流粗細不一定等于管道（或河道）的橫截面積。

性質3若過一個平面有方向相反的兩個磁通量，這時的合磁通量為相反方向磁通量的代數和。若過某一管道的水有進有出，那么計算水流量時進水量和出水量是要抵消的。

三、 存在的不足

對比上表可見，水流量和磁通量在很多方面具有可比性。若以這樣類比的方法進行教學，對于初次接觸磁通量的同學對磁通量的理解學習會帶來一些方便。但是還有一些性質是不能類比，畢竟磁通量的物理內涵要比水流量復雜的多，比如磁通量的變化量和變化率這些量在水流量中沒有合適的可比量。本文筆拙，望多多指教。

參考文獻：

[1]趙金麗.磁通量教學與思考[J].中小學教學研究，2013（06）：35-36.

作者簡介：

陳學科，浙江省金華市，浙江省武義第一中學。