浅谈磁场基本物理量及电磁感应的难点教学

【摘要】磁场的基本物理量与电磁感应是《电工学》章节教学中的难点，课堂教学中，学生往往难以理解和掌握，笔者就个人的教学实践摸索，谈谈如何提高教学效果。

【关键词】磁场 物理量 电磁感应 教学

【中图分类号】G712 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）04-0170-02

在技工学校《电工学》课程第二章磁场与电磁感应的教学中，对于磁场的四个基本物理量及电磁感应的教学难度较大。因为在这些内容中，涉及概念性的东西多，定律多，需动手根据不同定则判断的多，学生不太容易理解和接受。教师为了能较好讲解这些内容，尽管精心备了课，但一旦讲授，往往就会陷入那枯燥无味的叙述泥潭中去。学生似听非听，似懂非懂，课堂很难驾驭。考试时，只要涉及磁通、磁感应强度、磁场强度、导磁率这四基本物理量，答案不是张冠李戴就是东拉西扯，根据定律定则进行电磁感应的相关判断，也往往是相互混淆，摸不清头脑。在实际教学实践的摸索中，我通过以下的做法，较好地提高了教学的效果。

一、磁場的基本物理量

磁场的基本物理量，涉及十分抽象的概念，在实际教学中，我利用形象的比喻，来增进学生的理解，为此设计的简要教学提纲如下：

（一）定量描述磁场的四个基本物理量

1.定性描述磁场的强弱和方向用磁力线进行。

2.定量描述磁场，进行分析、计算用四个基本物理量。

（1）磁通（φ）

（2）磁感应强度（B）

（3）磁场强度（H）

（4）磁导系率（μ）

（二）四个基本物理量之一——磁通（φ）

1.磁通的物理意义：

从总体上描述磁场强弱的物理量。意义是：磁场中与磁场方向垂直的某一截面所穿过的磁力线数。

2.形象比喻：

当要衡量一个家庭的经济状况时，该家庭的总收入可与磁通相比喻。家庭的经济总收入包括家庭成员的工资、奖金、补帖和额外收入等。它从总体上描述这一家庭的富裕程度。

（三）四个基本物理量之二——磁感应强度（B）

1.磁感应强度的物理意义：

垂直穿过单位面积的磁力线条数。磁通从宏观方面描述分析磁场，而磁感应强度从微观着手，精确分析、计算磁场。从这个意义来说，磁感应强度又称磁通密度。

2.形象比喻：

磁感应强度可比喻为某一家庭的人均收入。它能更精确地描述该家庭的富裕程度。

（四）四个基本物理量之三——磁场强度（H）

1.磁场强度概念的提出：

磁场与电场有许多相似之处。从电场强度与磁感应强度的定义式来看，电场强度E= F/Q，其中F为点电荷在磁场中所受的电场力，Q为点电荷的电荷量。磁感应强度B=F/IL，F为通电导体在磁场中所受的电磁力，I为导体中通过的电流，L为磁场中导体的有效长度。I与L的乘积IL也称为“电流元”。

为什么不把磁感应强度定义为磁场强度呢？其原因是磁场与电场虽然有许多相似的地方，但也存在着很大的差异。主要差异表现在，磁场的强弱受磁场中介质影响很大，特别是铁磁性介质，在原磁场作用下，产生与原磁场方向一致的附加磁场，可使原磁场增强几百倍、几千倍甚至几万倍。而电场则不存在这种因介质作用而引起的增值现象。为了计算方便，消除介质对磁场计算的影响，便引出一个只与线圈几何形状及所通过的电流大小有关，而与磁场中介质无关的物理量，这便是磁场强度。它并不能全面、正确地撕碎磁场中某点的大小和方向，而只是把电与磁沟通起来的一个辅助物理量。

2.形象比喻：

磁场强度可比喻为某一家庭除去额外收入（如存款利息、证券买卖、理财产品等非正常工作范围内的收入）的那部分正常劳动工作范围内所得的人均收入。这个参量，在收入来源方面说明该家庭的富裕程度。

（五）四个基本物理量之四——磁导率（μ）

1.磁导率的物理意义：

磁导率用来表达物质的导磁能力。根据导磁能力的大小不同，物质大致可分为铁磁物质和非铁磁物质两大类。铁磁物质的导磁能力对磁场影响很大。这类物质置于磁场中，类似于会产生附加磁场，可使原磁场增值很大；而非铁磁材料对磁场几乎没有增值的影响。这种磁介质对磁场的影响程度就用磁导率（μ）来表示。

2.形象比喻：

磁导率可比喻为家庭成员挣取额外收入的能力。我们都知道除了正常工作所得外，额外收入多了，家庭经济状况的改善效果十分的明显，更加富裕。

二、电磁感应

电磁感应这一节是本章的难点，同时也是学习第三章正弦交流电路的理论准备和基础知识。本节课的目的，主要是让学生通过课堂演示实验，获得由磁场产生电流的感性认识，在此基础上，由具体到抽象，概括出电磁感应现象，得出实验结论。这节课不全是为了让学生知道实验结论及知识内容，重点在于让学生知道结论是如何得出的，在得出结论时用了什么样的科学方法和手段，在实验过程中如何控制实验条件。

为了便于学生进入课堂环境，集中注意力，提高学习兴趣，以演示实验为主的启发式综合教学，是一个非常重要的手段。教师必须课前作好充分的准备，先做一遍乃至数遍，做到心中有数，演示有序，操作熟练，以眼神示意配合好手上动作，让学生抓住观察时刻与观察对象，为口述和板书教材内容准备好“素材”。利用这些“素材”，讲课中边演示、边提问，让学生边观察、边思考，最大限度地调动学生积极参与教学活动，经过分析、判断、归纳、概括后，得出楞次定律：感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。到此绝不能认为大功告成，而应立即了抓住这个机会，再重复做数次上面做过的演示，使学生巩固这个结论，形成一个概念，产生一个确真如此的科学真实性的认识上的飞跃，收到一个永驻不逝的记忆效果。

作为定性分析电磁感应现象的楞次定律起着提纲挈领的作用，是讲好讲透这节课的关键。学生在学习中最容易犯的错误，是将楞次定律误解为“感应电流产生的磁通总是与原磁通方向相反”。这里就要求我们教师必须使学生弄清楚“阻碍”和“变化”这四个字的实质意义，要带领学生充分体味“动磁生电”的内涵，重点强调恒定磁场不会产生电磁感应的现象，为后续内容变压器的讲解及课后习题处理开通道路。对于利用楞次定律进行感应电流方向的判断，给学生们总结出一个十分简捷的概括“增反减同”。为了使同学们更好的理解和利用这个结论，我们不妨用能量守恒定律让同学们去思考一下这个结论的正确性。如果不是“增反”与“减同”，而是“增同”与“减反”，那么在同方向上磁通一直增加，能量就会“溢出”，无中生有，这些能量从何而来呢？反之，在反方向上磁通一直减小，能量就会“萎缩”，就会“不翼而飞”，这些能量又向何而去呢？这样一来就充分证明了“增反减同”这个结论的正确性，利用这个简单实用的结论，使学生对感应电流方向的判断变得十分的迅速和准确。另外，对于感应电动势方向的判断，学生们也很容易搞糊涂。常常把线圈或导体中的感应电流的方向看成是负载中电流的方向，以此去判断感应电动势的方向，标出的电源极性一定是个错误的结果。所以在讲解时一定要重复强调，线圈或导体一旦产生了电磁感应现象，那么这个线圈或导体实际上就相当于一个电源，是向外送电的，在电源内部，电流方向是由负极到正极。让学生牢固掌握住这一点，对于后面学习对自感电动势方向的判断就没有多大的难度。

至于法拉第电磁感应定律，是用来定量计算电磁感应现象所产生感应电动势的大小的。在课堂教学中有两点必须注意给学生充分讲解清楚。一是在感应电动势大小的计算公式e=ΔΦ/Δt中，Δt是一段时间间隔，而不是一瞬时时刻，故所求电动势e的值是Δt时间间隔内感应电动势的平均值。二是磁通变化量和磁通变化率绝对不能混淆。磁通变化率与磁通的变化量是两个完全不同的概念，可以用运动学中的速度与位移去进行类比，这样学生们就可以有清晰的认識，达到较好的教学效果。

参考文献：

[1]邵展图，电工学[M]，中国劳动和社会保障出版社，2007.

[2]陈惠群，电工基础[M]，中国劳动和社会保障出版社，2009.

作者简介：

田卫东（1970—），男，河南郑州人，郑州市技师学院讲师，主要从事电工电子专业理论课教学。