金属探测器在电磁学教学过程中应用

金玉 张雅洁

摘 要：由于物理学中电磁学部分内容抽象复杂，为了更好的激发学生学习的兴趣。以手持金属作为物理教学课堂的引入事例，而后以探雷器作为具体事例来拓展此部分学习内容。主要原因是依据学员的年龄特征和心理需求，通过具体事例把难懂的电磁学定律形象化的展示在学员面前，加深了学员对电磁学部分知识的理解。

关键词：电磁学;金属探测器;探雷器;学习兴趣

物理学是一门基础自然学科，是许多新技术的基础。物理学是探索物质结构及其运动的基本规律的科学，电磁学是研究电、磁和电磁的相互左右的现象，及其规律和应用的物理学分支的学科[1]。它是物理的一个分支。它研究的主要是电磁现象，主要是微观的现象，与我们生活周围的现象很多不太一样，为了直观的讲述电磁学抽象的内容，以具体事例引入讲解，想法设法吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣。

1 金属探测器应用到电磁学教学过程中的原因

许多学员反映物理学难，难就难在物理基本概念、基本规律太抽象、太深奥，物理知识点之间横向、纵向联系十分紧密[2]。要解决“物理学难”这一课题，有效提高学员们物理学的学习效果，首要的问题必须想办法提高学员们物理学的学习兴趣，激发学员们物理学的学习动力[3]。在课堂中适当举一些生活中的事例和军事中的事例，让学员们觉得物理与周围的生活息息相关。同时注意积极引导学生，进行专业知识与科学前沿知识的渗透，因材施教地培养学生实践能力和创新思维能力。

研究与实践证明，学生积极参与教学的程度是影响教学的内在动力的重要因素，教学若能激发学生的动机就能改善学生的学习成果。用一个金属探测器，带领学员探索整个课堂内容，学生对整个课堂会有全新的认识[4]。因为这与他们的生活息息相關，他们就能够开始与先前的知识建立联系，而后更加加深理解。基于问题的学习方式是以现实生活中的问题为基础的经验学习，即学生参与发现问题的过程[5]。

2 金属探测器

1）金属探测器的定义。金属探测器是一款高性能专为安防设计的金属探测器。主要有三大类：电磁感应性，X射线检测性，微博检测性，适用于探测金属的电子仪器，可应用于多个领域。

2）金属探测器的应用范围。在军事上，金属探测器可用于探测金属地雷;在安全领域，可以探测随身携带或隐藏的武器于作案工具;在考古方面，可以探测埋藏金属物品的古墓，找到古墓中的金银菜包与首饰或其他金属制品;在工程中，可用于探测地下金属埋设物，例如管道，管线等;在矿产勘探中，可用于在线监测，如去掉棉花，煤炭，食品中的金属杂物等。

3 如何把金属探测器应用到电磁学部分内容教学中

把军事事例和生活事例引入课堂，在培养军事人才的知识结构和素质能力方面发挥着不可替代的作用。以下从把金属探测器与电磁学部分课程教学结合起来：

1）课堂引入。在物理课程教学中，用恰当的、学生熟悉的事例与物理问题形异质似的生活事例类比，营造物理情景，就可使抽象问题具体化、深奥道理浅显化。在前文中，我们介绍了金属探测器，其中随处可见的金属探测器有手持金属探测器（图1）。以它来进行电磁感应这部分内容的课程引出。用贴近学生生活的事例引出此部分内容，可以激发学生学习兴趣，也唤起了学生学习动机。心理学研究表明，学习内容和学生熟悉的生活情境越贴近学生自觉接纳知识的程度就越高。

2）拓展事例。在学习完电磁感应定律的基本知识，选择探雷器作为这部分知识的拓展例题，主要是由于探雷器在军事上有实际应用价值，这样就加深了学员对物理学的基本概念基本规律的理解，理清了解决实际问题的思路和方法，培养了观察问题分析问题和解决问题的能力。具体如下：

低频电磁感应是基本的探雷技术，它以地雷的金属外壳或金属零部件为探测对象。交流电法的基本原理是电磁感应定律。当发射机以交变电流I1供给发射线圈时，就在发射线圈的周围空间建立了同频率的交变磁场H1，称为一次场。如果这个交变磁场穿过地下金属导体，则由于电磁感应作用使导体内产生与一次场同频率的二次感应电流I2，这是一种涡流。这个涡流又使周围空间形成交变磁场H2，称为二次场或异常场。利用接受线圈接受二次场或一次场与二次场的叠加场，并在接收机上读出相应的场强数值，就可以通过对二次场或总叠加场变化规律的分析，达到探测金属导体的目的。

当一次场所穿过薄板导体时，每一闭合线圈都产生一个感应电动势，根据法拉第电磁感应定律，第n圈的感应电动势的大小为

式中，φn为通过第n圈的磁通量，它的数值为一次场H1与第n圈面积Sn的乘积。设一次场为正弦变化的交变磁场，即，则H1=H0sinωt

第n圈的感应电流，Rn为第n圈的电阻，且。

由式可见，每圈感应电流密度的大小与一次场的强度H0、一次场的圆频率ω、导体的电导率σ和每圈的半径r成正比，其相位落后一次场90。因此，有各圈感应电流产生的二次场也与H0，ω，σ，r成正比，并且与一次场有90的相位差。

当每圈都有电流通过时，则各圈之间将引起互感作用。可见，由互感作用产生的感应电流in与一次场频率的平方成正比，而相位则与一次场相反，亦即有180的相位差。换言之，所产生的磁场在导体内始终与一次场的方向相反，使激发场减弱。故增大将使减小，减小使也减小，但减小却使增大，它们之间相互制约，在某一频率时，与有平衡点，总叠加场达到稳定值，可用于地雷位置的判断。

此部分内容介绍了探雷器探雷的原理，不仅让学员对定理定律的内容有了更深的理解，而且也了解了探雷器探测金属的过程，这样做让学员产生了更浓的兴趣，不在认为所学的物理知识是鼓励的一盘散沙，渐渐的萌发了求知和探索的欲望并产生理智感，从而让学员更好学习物理知识。

教育的根本任务是立德树人，高校的天职是教书育人和人才培养，育人才是大学的初心和本质。高等教育应该是“以人为本”，全面提高育人水平。育人水平的提升则直接取决于高校的课堂教学质量。课堂是人才培养的主阵地，只有高质量的课堂教学才能培养出高质量的学生。陶行知说 “生活即教育”。它为我们指明了物理课程教学的方向，即应该把生活事例融入到物理课程教学活动中。总之，在教学中，我们应本着教学为生活和军事活动服务的原则，把物理教学与学员的生活体验和军事活动相联系，加强物理跟实际运用的联系，让物理真正的走进生活，让学生喜欢上物理课。

参考文献

[1]董菊梅.对“物理教学要联系生活实际”的几点看法[J].中国科教创新导刊，2012（9）：115-115.

[2]郎小亮.浅谈如何激发学生学习物理的兴趣[J].教育教学论坛，2011（24）：236-236.

[3]冯佳怡.论物理学在生活中的运用[J].中国科技投资，2017，（29）：365.

[4]佟相玉.物理学习困难成因及对策探讨[D].辽宁师范大学，2007.

[5]柏学亮.例谈生活事例在初中化学教学导课中的应用——浅议用生活事例导课[J].读写算：教师版，2015（26）：92-92.