对“磁感应强度”的一点想法

钟云杰

摘 要： “磁感应强度”是电磁学重要并且抽象的概念。教材在展开此概念的同时引用了类比法和比值定义法，但由于磁单极子是否存在影响了磁感应强度概念的细化，因此在概念的建立上未免欠妥。本文从建立磁感应强度大小和方向两个方面谈谈对教材编排的理解，并提出相关的改进建议。

关键词： 磁感应强度 类比法 比值定义法

一、引言

“磁感应强度”这一节课是典型的概念课，这一概念非常抽象。怎样上这一节课，让学生理解并且掌握这个概念，需要我们仔细斟酌。

课本教材为我们提供了一个上课的思路，相关研究指出人教版是众多教材中最容易让学生理解的，然而众口难调，持反对意见的也很多，所以我们在参考教材的时候要注意思考，教材的思路是不是完全正确，说法是不是完全合理。下面笔者谈谈对教材编排的看法和理解，并提出一些建议。

二、对教材的理解和建议

1.类比法建立磁场强度方向

高中生的抽象逻辑思维仍然比较薄弱，学生对于抽象概念的理解需要找到类似的相通的概念，利用已经了解的事物类比未知的事物也是物理学习的重要方法。课本的编排对于学生的发展有一定的指导意义。教材还指出研究电场是利用检验电荷的受力情况确定电场强度的，研究磁场可以效仿，如图1：

（ ）荷在（ ）场中会受到（ ）场力的作用，通过不同性质的（ ）荷受到不同方向的（）场力可以反映场的特性。

这种类比法可以很好地定义磁场的方向。在电场中，电场的方向规定为与正电荷的受力方向相同，而在磁场中，磁场的方向也就可以规定为与小磁针N极的受力方向相同。

2.类比法描述磁场的强弱曲折重重

类比法可以很好地解决磁场的方向，然而本节课的重点和难点都是磁场的强弱，类比法是不是能继续应用呢？答案其实是肯定的，但是教材却以“N极不能单独存在”草草了事，其实在2014年，科学家在自旋冰材料中发现磁单极子的有力证据，这个消息对于教材的修改和编排提供了有力证据。

笔者认为教材其实可以适当加一小段物理学史，类比电荷在电场中受力的研究方法，人们利用磁荷在磁场中的受力情况研究磁场，然而当时的人们未能在实验中找到磁单极子，所以磁荷研究的方法仅停留在理论层次，描述磁场强弱的物理量也就不叫磁场强度。有了这样一小段插曲，既能提高学生的质疑精神，又满足了学生的好奇心，从而对物理学习有一定的积极作用。

事实上，为了弥补这样的缺憾，教材引入了电流元的概念，在类比法的大方向上，抛开了无法在中学物理研究的磁荷，用电流元代替。教材在编写过程中有很好的铺垫，在选修3-1第四章磁场第一节已经提到：自奥斯特实验之后，安培等人又做了很多实验研究。他们发现，不仅通电导线对磁体有作用力，磁体对通电导线也有作用力。例如，把一段直导线悬挂在蹄形磁体两极间，通以电流，导线就会移动。

这样就自然而然让正在困惑的学生想到，没有了磁荷，可以有通电导线，由于不能影响原磁场，应该需要很小的一段电流，即电流元，采用这种理想化的模型，降低学生思维障碍的台阶，使学生仍然处于类比法的整体思路中，符合“最近发展区”的教育理论。这样得出描述磁场强弱的物理量叫磁感应强度也就合情合理，不会觉得突兀。

3.比值定义法建立磁感应强度的概念

比值定义法，是用两个或多个物理量的比值定义物理概念的方法，其核心意义在比较，选取相同的标准，把彼此有一定联系的事物进行对照，从而确定其相同或相异之点。

教材以一段演示实验进行这种比较的思路：利用控制变量法使得在均匀磁场中分别保持电流强度和导线长度不变，而改变导线长度和电流强度，从而分析受力情况与导线长度或电流强度的关系。这种比较的思路完全正确，然而教材的编写是F=ILB，不得不使我们想到，在处理电场时，我们曾经有这样的一个概念，同一电荷在强电场中的受力比弱电场的受力大，所以，可以用同一电荷在不同电场或电场中的不同位置的受力大小推知电场的强弱，可是在磁场中是否也应该这样呢？

电流元的概念没法在中学物理中量化，所以只能将电流元IL当做单位长度的1安培电流的受力情况来处理，那么在不同磁场中，同样的IL在不同磁场中的受力是什么情况呢？显然，教材并没有提及要做这样的实验，只说“在不同磁场中，B值是不相同的，即使是同样的I和L，导线的受力也是不同的”。而这恰恰是不够的，因为我们不知道这些物理量是正比还是反比关系，所以我们需要换更强的磁体进行这样的实验才可以定性说明，然而怎样叫更强？在我们没有磁感应强度这样的计算式时，该如何量化磁场的强弱？所以用F=IL存在这样一个逻辑问题。笔者建议直接采用分析F/IL值，比较不同磁场中相同的IL受力情况，并定义这个比值为磁场的强弱，即磁感应强度，而不是机械地进行数学表达式的转变。

4.对本节实验的一些想法

教材提到的实验，如图2，是利用水平悬挂在磁体间的直导线的摆动幅度代替磁场力，

这种说法无可厚非，因为直导线受到水平方向的磁场力，明显是力越大，摆动幅度越大。那么能否计算出这个力的大小呢？如果能计算是不是也对式子F/IL是个不变的值有更好的作用呢？其实这不就是一个简单的悬挂重物受到水平方向力的问题吗？先画出它的模型图，画出它的侧视图，如图3。分别测出绳长l、直导线受力稳定后距离悬点的高度h及直导线的质量（不同长度的直导线质量不同），通过受力分析和平行四边形定则可以求出磁场力

确定了磁场力的求法，那么就可以代入数据定量求出磁场力的大小，这样就可以比较不同的电流或者不同的导线长度在磁场中的受力F与IL的比值是否相同，相同的话则更有力地说明了式子F/IL的值可以反映磁场本身的性质，表征磁场的强弱。

三、结语

如果没有教材，教师摸黑探索可能需要碰壁无数次，而有了教材的引领就可以少走很多弯路。教师在教学过程中加深对教材的分析和研究，合理处理教材内容，真正实现“教教科书”向“用教科书教”的教材功能观的转变，不仅提高教师个人专业水平，而且在一定程度上对学生学习的热情起到一定的积极作用，增长学生见识，真正落实新课程理念。

参考文献：

[1]马亚鹏.不同版本教材“磁感应强度”定义方式的比较研究[J].宁夏：陕西师范大学出版社，2010，5.

[2]邢红军.按照比值定义法的本质改进高中物理概念的编写[J].北京：苏州大学出版社，2004，4.

[3]石尧.以科学方法的逻辑展开“磁感应强度”概念教学的高端备课[J].北京：湖南中学物理杂志社，2013，4.

[4]朱建廉.物理教学中的概念精准与逻辑严密[J].江苏南京：陕西师范大学出版社，2010，10.