【摘要】磁場的基本物理量與電磁感應(yīng)是《電工學(xué)》章節(jié)教學(xué)中的難點(diǎn)，課堂教學(xué)中，學(xué)生往往難以理解和掌握，筆者就個(gè)人的教學(xué)實(shí)踐摸索，談?wù)勅绾翁岣呓虒W(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】磁場 物理量 電磁感應(yīng) 教學(xué)

【中圖分類號】G712 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）04-0170-02

在技工學(xué)?！峨姽W(xué)》課程第二章磁場與電磁感應(yīng)的教學(xué)中，對于磁場的四個(gè)基本物理量及電磁感應(yīng)的教學(xué)難度較大。因?yàn)樵谶@些內(nèi)容中，涉及概念性的東西多，定律多，需動(dòng)手根據(jù)不同定則判斷的多，學(xué)生不太容易理解和接受。教師為了能較好講解這些內(nèi)容，盡管精心備了課，但一旦講授，往往就會陷入那枯燥無味的敘述泥潭中去。學(xué)生似聽非聽，似懂非懂，課堂很難駕馭?？荚嚂r(shí)，只要涉及磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度、導(dǎo)磁率這四基本物理量，答案不是張冠李戴就是東拉西扯，根據(jù)定律定則進(jìn)行電磁感應(yīng)的相關(guān)判斷，也往往是相互混淆，摸不清頭腦。在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐的摸索中，我通過以下的做法，較好地提高了教學(xué)的效果。

一、磁場的基本物理量

磁場的基本物理量，涉及十分抽象的概念，在實(shí)際教學(xué)中，我利用形象的比喻，來增進(jìn)學(xué)生的理解，為此設(shè)計(jì)的簡要教學(xué)提綱如下：

（一）定量描述磁場的四個(gè)基本物理量

1.定性描述磁場的強(qiáng)弱和方向用磁力線進(jìn)行。

2.定量描述磁場，進(jìn)行分析、計(jì)算用四個(gè)基本物理量。

（1）磁通（φ）

（2）磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）

（3）磁場強(qiáng)度（H）

（4）磁導(dǎo)系率（μ）

（二）四個(gè)基本物理量之一——磁通（φ）

1.磁通的物理意義：

從總體上描述磁場強(qiáng)弱的物理量。意義是：磁場中與磁場方向垂直的某一截面所穿過的磁力線數(shù)。

2.形象比喻：

當(dāng)要衡量一個(gè)家庭的經(jīng)濟(jì)狀況時(shí)，該家庭的總收入可與磁通相比喻。家庭的經(jīng)濟(jì)總收入包括家庭成員的工資、獎(jiǎng)金、補(bǔ)帖和額外收入等。它從總體上描述這一家庭的富裕程度。

（三）四個(gè)基本物理量之二——磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）

1.磁感應(yīng)強(qiáng)度的物理意義：

垂直穿過單位面積的磁力線條數(shù)。磁通從宏觀方面描述分析磁場，而磁感應(yīng)強(qiáng)度從微觀著手，精確分析、計(jì)算磁場。從這個(gè)意義來說，磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱磁通密度。

2.形象比喻：

磁感應(yīng)強(qiáng)度可比喻為某一家庭的人均收入。它能更精確地描述該家庭的富裕程度。

（四）四個(gè)基本物理量之三——磁場強(qiáng)度（H）

1.磁場強(qiáng)度概念的提出：

磁場與電場有許多相似之處。從電場強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式來看，電場強(qiáng)度E= F/Q，其中F為點(diǎn)電荷在磁場中所受的電場力，Q為點(diǎn)電荷的電荷量。磁感應(yīng)強(qiáng)度B=F/IL，F(xiàn)為通電導(dǎo)體在磁場中所受的電磁力，I為導(dǎo)體中通過的電流，L為磁場中導(dǎo)體的有效長度。I與L的乘積IL也稱為“電流元”。

為什么不把磁感應(yīng)強(qiáng)度定義為磁場強(qiáng)度呢？其原因是磁場與電場雖然有許多相似的地方，但也存在著很大的差異。主要差異表現(xiàn)在，磁場的強(qiáng)弱受磁場中介質(zhì)影響很大，特別是鐵磁性介質(zhì)，在原磁場作用下，產(chǎn)生與原磁場方向一致的附加磁場，可使原磁場增強(qiáng)幾百倍、幾千倍甚至幾萬倍。而電場則不存在這種因介質(zhì)作用而引起的增值現(xiàn)象。為了計(jì)算方便，消除介質(zhì)對磁場計(jì)算的影響，便引出一個(gè)只與線圈幾何形狀及所通過的電流大小有關(guān)，而與磁場中介質(zhì)無關(guān)的物理量，這便是磁場強(qiáng)度。它并不能全面、正確地撕碎磁場中某點(diǎn)的大小和方向，而只是把電與磁溝通起來的一個(gè)輔助物理量。

2.形象比喻：

磁場強(qiáng)度可比喻為某一家庭除去額外收入（如存款利息、證券買賣、理財(cái)產(chǎn)品等非正常工作范圍內(nèi)的收入）的那部分正常勞動(dòng)工作范圍內(nèi)所得的人均收入。這個(gè)參量，在收入來源方面說明該家庭的富裕程度。

（五）四個(gè)基本物理量之四——磁導(dǎo)率（μ）

1.磁導(dǎo)率的物理意義：

磁導(dǎo)率用來表達(dá)物質(zhì)的導(dǎo)磁能力。根據(jù)導(dǎo)磁能力的大小不同，物質(zhì)大致可分為鐵磁物質(zhì)和非鐵磁物質(zhì)兩大類。鐵磁物質(zhì)的導(dǎo)磁能力對磁場影響很大。這類物質(zhì)置于磁場中，類似于會產(chǎn)生附加磁場，可使原磁場增值很大；而非鐵磁材料對磁場幾乎沒有增值的影響。這種磁介質(zhì)對磁場的影響程度就用磁導(dǎo)率（μ）來表示。

2.形象比喻：

磁導(dǎo)率可比喻為家庭成員掙取額外收入的能力。我們都知道除了正常工作所得外，額外收入多了，家庭經(jīng)濟(jì)狀況的改善效果十分的明顯，更加富裕。

二、電磁感應(yīng)

電磁感應(yīng)這一節(jié)是本章的難點(diǎn)，同時(shí)也是學(xué)習(xí)第三章正弦交流電路的理論準(zhǔn)備和基礎(chǔ)知識。本節(jié)課的目的，主要是讓學(xué)生通過課堂演示實(shí)驗(yàn)，獲得由磁場產(chǎn)生電流的感性認(rèn)識，在此基礎(chǔ)上，由具體到抽象，概括出電磁感應(yīng)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。這節(jié)課不全是為了讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)結(jié)論及知識內(nèi)容，重點(diǎn)在于讓學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的，在得出結(jié)論時(shí)用了什么樣的科學(xué)方法和手段，在實(shí)驗(yàn)過程中如何控制實(shí)驗(yàn)條件。

為了便于學(xué)生進(jìn)入課堂環(huán)境，集中注意力，提高學(xué)習(xí)興趣，以演示實(shí)驗(yàn)為主的啟發(fā)式綜合教學(xué)，是一個(gè)非常重要的手段。教師必須課前作好充分的準(zhǔn)備，先做一遍乃至數(shù)遍，做到心中有數(shù)，演示有序，操作熟練，以眼神示意配合好手上動(dòng)作，讓學(xué)生抓住觀察時(shí)刻與觀察對象，為口述和板書教材內(nèi)容準(zhǔn)備好“素材”。利用這些“素材”，講課中邊演示、邊提問，讓學(xué)生邊觀察、邊思考，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng)，經(jīng)過分析、判斷、歸納、概括后，得出楞次定律：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。到此絕不能認(rèn)為大功告成，而應(yīng)立即了抓住這個(gè)機(jī)會，再重復(fù)做數(shù)次上面做過的演示，使學(xué)生鞏固這個(gè)結(jié)論，形成一個(gè)概念，產(chǎn)生一個(gè)確真如此的科學(xué)真實(shí)性的認(rèn)識上的飛躍，收到一個(gè)永駐不逝的記憶效果。

作為定性分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象的楞次定律起著提綱挈領(lǐng)的作用，是講好講透這節(jié)課的關(guān)鍵。學(xué)生在學(xué)習(xí)中最容易犯的錯(cuò)誤，是將楞次定律誤解為“感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是與原磁通方向相反”。這里就要求我們教師必須使學(xué)生弄清楚“阻礙”和“變化”這四個(gè)字的實(shí)質(zhì)意義，要帶領(lǐng)學(xué)生充分體味“動(dòng)磁生電”的內(nèi)涵，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)恒定磁場不會產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象，為后續(xù)內(nèi)容變壓器的講解及課后習(xí)題處理開通道路。對于利用楞次定律進(jìn)行感應(yīng)電流方向的判斷，給學(xué)生們總結(jié)出一個(gè)十分簡捷的概括“增反減同”。為了使同學(xué)們更好的理解和利用這個(gè)結(jié)論，我們不妨用能量守恒定律讓同學(xué)們?nèi)ニ伎家幌逻@個(gè)結(jié)論的正確性。如果不是“增反”與“減同”，而是“增同”與“減反”，那么在同方向上磁通一直增加，能量就會“溢出”，無中生有，這些能量從何而來呢？反之，在反方向上磁通一直減小，能量就會“萎縮”，就會“不翼而飛”，這些能量又向何而去呢？這樣一來就充分證明了“增反減同”這個(gè)結(jié)論的正確性，利用這個(gè)簡單實(shí)用的結(jié)論，使學(xué)生對感應(yīng)電流方向的判斷變得十分的迅速和準(zhǔn)確。另外，對于感應(yīng)電動(dòng)勢方向的判斷，學(xué)生們也很容易搞糊涂。常常把線圈或?qū)w中的感應(yīng)電流的方向看成是負(fù)載中電流的方向，以此去判斷感應(yīng)電動(dòng)勢的方向，標(biāo)出的電源極性一定是個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)果。所以在講解時(shí)一定要重復(fù)強(qiáng)調(diào)，線圈或?qū)w一旦產(chǎn)生了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，那么這個(gè)線圈或?qū)w實(shí)際上就相當(dāng)于一個(gè)電源，是向外送電的，在電源內(nèi)部，電流方向是由負(fù)極到正極。讓學(xué)生牢固掌握住這一點(diǎn)，對于后面學(xué)習(xí)對自感電動(dòng)勢方向的判斷就沒有多大的難度。

至于法拉第電磁感應(yīng)定律，是用來定量計(jì)算電磁感應(yīng)現(xiàn)象所產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的大小的。在課堂教學(xué)中有兩點(diǎn)必須注意給學(xué)生充分講解清楚。一是在感應(yīng)電動(dòng)勢大小的計(jì)算公式e=ΔΦ/Δt中，Δt是一段時(shí)間間隔，而不是一瞬時(shí)時(shí)刻，故所求電動(dòng)勢e的值是Δt時(shí)間間隔內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值。二是磁通變化量和磁通變化率絕對不能混淆。磁通變化率與磁通的變化量是兩個(gè)完全不同的概念，可以用運(yùn)動(dòng)學(xué)中的速度與位移去進(jìn)行類比，這樣學(xué)生們就可以有清晰的認(rèn)識，達(dá)到較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵展圖，電工學(xué)[M]，中國勞動(dòng)和社會保障出版社，2007.

[2]陳惠群，電工基礎(chǔ)[M]，中國勞動(dòng)和社會保障出版社，2009.

作者簡介：

田衛(wèi)東（1970—），男，河南鄭州人，鄭州市技師學(xué)院講師，主要從事電工電子專業(yè)理論課教學(xué)。