一个辐向磁场引发的教学事故

李亭亭

摘 要：很多教师对辐向磁场的理解和教学仅限于物理模型，未能联系其实际应用及工程结构，这不利于学生对辐向磁场的理解及科学素养培养，也不利于教师专业素质的提高。让学生分组拆解扬声器，能让学生进一步理解铁芯的作用，并真正理解扬声器内辐向磁场的形成及特点。

关键词：辐向磁场; T形铁芯; 扬声器

中图分类号：G633.7            文献标识码：A     文章编号：1006-3315（2021）3-013-002

動圈式扬声器内部的辐向磁场，不少老师认为只要用微元法分析推导出单匝线圈在磁场中的有效长度是周长[1]，学生就能很好理解了，如图1所示。但在学期初的一次市级教研活动中，一个学生提出的问题，却让开课老师当场卡壳，甚至无言以对！

该学生的问题是：老师，磁感线都是闭合曲线，那圆心处磁极射向外环磁极的磁感线，为什么不会再返回到圆心处磁极？这不就变成了猜想中的磁单极子了吗？还有，任何磁铁都有南北两极，那圆心处的那个N极磁铁，它的S极在哪里？

这个问题，不仅开课老师被难住了，在课后的评课环节，很多听课老师也不能给出让学生信服的解释。

“要给学生一杯水，自己要有一桶水”，我们教师对辐向磁场的理解，不能仅仅止步于理想化的物理模型，也需要了解其现实应用和工程学结构。

“千言万语说不清，一做实验就分明。”——事实上，只要让学生拆解一个扬声器，不仅以上教学难点会迎刃而解，还能让学生真正理解扬声器中的辐向磁场。

1.让学生拆解扬声器了解其磁铁的工程结构

在市场上买十几个普通小型扬声器（例如2寸1W的扬声器，价格不到5元），因为扬声器上的磁铁和铁支架是用胶水牢牢粘合的，故教师需要事先分离磁铁。用大号美工刀卡入磁铁和铁支架的隙缝，用锤子轻轻敲击美工刀背面，就能分离出磁铁部件，用同样的方法，还能把T形铁芯和环形磁铁分离，如图3所示。

教师分离出磁铁后，再重新把磁铁吸附在铁支架上还原为扬声器，这样学生只要稍稍用力，就能拆开扬声器了。

学生拆开扬声器后，能亲眼观察到线圈的确是放置在磁铁部件中央的环形隙缝中的，也会发现磁铁拆开后的正视图和学过的辐向磁场类似[2]。但同时也会产生疑问，为什么需要环形磁铁和圆形T形铁芯组合在一起构成辐向磁场，而不是直接在圆心放一块磁铁？

2.让学生理解辐向磁场的磁路结构

扬声器磁铁上的T形铁芯，又称导磁铁片，和螺线管、变压器上的铁芯作用一样，可以让绝大部分磁感线被集中约束在铁芯内部，从而可以在指定区域获得更均匀、更强的磁场。

首先向学生展示没有T形铁芯时环形磁铁的剖面图和磁感线分布，学生可以发现磁感线四处发散，浪费严重，如图4所示。

然后让学生观察其手中的带有T形铁芯的环形磁铁，投影展示其剖面图，并分析其磁感线分布。可以发现，因为环形磁铁N极出来磁感线被约束在铁芯内部，所以几乎所有的磁感线，都只能从圆心处铁芯出来，再沿辐向返回环形磁铁，如图5所示。

至此，学生终于明白了扬声器上铁芯的作用，就是把原先环形磁铁N极出来的磁感线，集中约束在铁芯中并让其从环形磁铁圆心处的T形铁芯凸起处导出。

如果把环形磁铁和T型铁芯看成一个整体的话，圆心处的铁芯凸起，就是N极，环形磁铁无铁芯的一面，就是S极。

由图5学生还可以发现，辐向磁场的确构成了闭合回路，但扬声器线圈所在的位置，只有向外发出的辐向磁场，故分析线圈的所受安培力情况时，只需参考图1所示的辐向磁场磁感线分布即可。

教师还可以进一步拆解一个动圈式话筒展示给学生看，学生会发现其内部的磁铁部件虽然很小，但结构和动圈式扬声器类似，内部仍然是辐向磁场，进而可以发现动圈式话筒（磁生电）其实就是动圈式扬声器（电生磁）的逆向应用。

参考文献：

[1]章亚琴.电磁感应背景下两类辐向磁场难点问题探讨[J]物理之友，2018，34（05）：40-42

[2]何忠燕.STEM教育理念下动圈式扬声器原理教学及制作[J]物理通报，2019（06）：52-55