用水流量类比磁通量的教学方法初探

摘要：磁通量这个概念在磁场和电磁感应相关章节中是很重要的，内涵生硬抽象。对于初次接触磁通量的学生而言理解上存在多处难点。本文通过用水流量和磁通量类比的方法，从多个角度对它们的异同进行了比较，以期望学生快速正确地理解磁通量这个新概念。

关键词：高中物理；磁通量；类比法

人教版普通高中物理教材中首次出现磁通量这个概念是在选修3-1《磁场》章节中，要求学生知道磁通量的概念，掌握磁通量的计算。但是真正需要应用磁通量处理问题的是在选修3-2《电磁感应》中。学生在3-1中学习磁通量，由于不知道它的用途，所以会觉得它只是一个生硬的强加于人的概念，对它的物理意义是很难理解的。磁通量是这一章中一个突兀又难理解的知识。笔者结合多年的教学经验，觉得此处可以用水流量来类比磁通量进行教学，方便学生对磁通量的准确理解和牢固掌握。

一、 磁通量的学习难点

磁通量是一个表示磁场分布情况的物理量，区别于磁感应强度（磁感应强度是表示磁场强弱的物理量）。设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面，磁感应强度B与平面面积S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量。公式为φ=BS。高中阶段中磁通量的学习主要有以下几个难点：

1. 公式中的S必须是与磁场垂直的平面的面积，若所取平面与磁场不垂直，则S为这个平面在垂直于磁场方向的投影面积。

2. 磁通量是标量，有正负之分，没有方向。通常所说的磁通量的方向其实是指相应位置的磁感应强度的方向。若规定磁感线从一个方向穿入另一边时为正方向，则反向穿过的磁通量为负。如图1中若规定甲图磁通量为正，则乙图和丙图的磁通量都为负。若过一个平面有方向相反的两个磁通量，这时的合磁通量为相反方向磁通量的代数和（即相反磁通量抵消以后剩余的磁通量）。若過一个平面的磁通量由正方向的φ1变成同方向的φ2，则磁通量变化量的大小为|φ2-φ1|。若过一个平面的磁通量由正方向的φ1变成反方向的φ2，则磁通量变化量的大小为|

3. 影响磁通量的量是磁感应强度B和有效面积S，与线圈无关。习题中经常出现磁场中有一线圈，要求求解这一线圈位置的磁通量。这些习题会误导学生，让学生认为如果某一平面中没有放置线圈，那么平面中就没有面积，就没有磁通量。磁通量表示的是磁场在某一区域的分布情况，只要有磁感线穿过平面，该位置就有磁通量。线圈的有无和线圈的多少都不会对磁通量造成影响。线圈在这里的作用是指出磁场待研究的区域（其实线圈的真正作用是检验出感生电场，为感应电流提供自由电荷和回路）。

二、 磁通量和水流量的类比

针对磁通量的以上几个难点，结合学生比较了解的水流量的性质来做对比和类比，相关难点理解起来就会容易很多。具体比较见下表：

磁通量水流量

概念在均匀磁场中，磁感应强度B和垂直于磁场方向的某一面积S的乘积，称为通过这个面积的磁通量。单位时间内，通过河、渠或管道某一横截面的流体的量。一般指体积流量，以每秒立方米来表示。

公式Φ=BS磁感应强度B越大，有效面积S越大，磁通量就越大。Q=Vt=S×vtt=Sv（V为体积，S为横截面积，v为水流速度，t为时间）水流速度v和横截面积S越大，水流量就越大

性质1公式中的S指与磁场垂直的平面的面积，若所研究的局域面积与磁场不垂直，应取其有效面积，即其在垂直面上的投影面积。横截面积S必取与水流方向垂直

性质2磁通量表示磁场在空间上的分布情况，与磁感应强度和研究区域的面积都有关，但是与线圈无关。水流量表示水量的分布情况，计算时与水流速度和水流的粗细有关，但是与管道（或河道）无关。水流粗细不一定等于管道（或河道）的横截面积。

性质3若过一个平面有方向相反的两个磁通量，这时的合磁通量为相反方向磁通量的代数和。若过某一管道的水有进有出，那么计算水流量时进水量和出水量是要抵消的。

三、 存在的不足

对比上表可见，水流量和磁通量在很多方面具有可比性。若以这样类比的方法进行教学，对于初次接触磁通量的同学对磁通量的理解学习会带来一些方便。但是还有一些性质是不能类比，毕竟磁通量的物理内涵要比水流量复杂的多，比如磁通量的变化量和变化率这些量在水流量中没有合适的可比量。本文笔拙，望多多指教。

参考文献：

[1]赵金丽.磁通量教学与思考[J].中小学教学研究，2013（06）：35-36.

作者简介：

陈学科，浙江省金华市，浙江省武义第一中学。