关于新教材中磁通量大小和线圈匝数的关系探讨

摘 要：教科版（2019）高中物理必修第三册关于磁通量的阐述为：如果线框有 n 匝，穿过每匝线框的磁通量为Φ，则穿过整个线框的磁通量为 nΦ。首先，通过比较国内各版本高中物理教材中关于磁通量的定义，找出其中的不同，再追本溯源分析比较各种英语词典中对于磁通量的解释，最后根据大学物理中磁通量的阐述，得到磁通量的本源性定义，磁通量和全磁通是解决此问题的关键，磁通量和线圈匝数无关。

关键词：磁通量；线圈匝数；比较

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2024）8-0071-3

电磁学是高中物理十分重要的一个知识板块，磁场是电场研究方法的深入，也是高中力学研究方法的具体应用，因此电磁学板块具有知识综合性强、研究问题抽象化、难度大的特点。在高考体系中，电磁学的题目一直是作为拉开区分度的题目，十分适合人才选拔。电磁感应产生的条件中，磁通量的变化是该种现象发生的必要条件，磁通量是研究电磁感应问题的基础。磁通量提出之后，可以通过磁通密度的方式定义磁感应强度，帮助学生更好地理解磁感应强度的意义。

在高中物理教材中，磁通量指的是磁感应强度和与磁场方向垂直的线圈面积的乘积，即Φ＝BS，其中，却没有说明计算多匝线圈的磁通量是否需要考虑匝数。但是，用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的时候又需要考虑线圈匝数，即E＝n。那么，计算磁通量是否需要考虑线圈匝数呢？本文通过查阅各种资料，用对比的方法研究磁通量和线圈匝数的具体关系。

1 国内高中各种版本的教材对于磁通量的表述

收集了目前国内各版本的高中物理教材，梳理有关磁通量的内容，如表1所示。

从表1可以看出，各版本的教材都对磁通量的定义做了详细、准确的表述，但是绝大部分版本的教材对于磁通量和线圈匝数的关系没有进行讨论。只有教科版（2019）教材中明确指出“单匝线框的磁通量为 Φ，n 匝线框的磁通量为 nΦ”，说明在教科版（2019）教材的表述中磁通量是需要考虑线圈匝数的。根据磁通量的定义，单匝线圈与多匝线圈面积不应该一样吗？下面从英语专业词汇中找寻磁通量的本源意义。

2 英语专业词汇中关于磁通量的表述

在英语中磁通量叫作magnetic flux，这是一个外来词汇，来源于英国的物理学，因此笔者查阅了英语资料，并对各种英语文献关于磁通量的表述进行了汇总，如表2所示。

由表2可以看出，磁通量中的英语表述并没有过分强调一定要通过线圈，磁通量理解为一个抽象区域（area）中穿过磁感线的条数。这一点和国内教材磁通量的表述有很大区别，即国内教材强调的是磁场的穿过面积仅仅指的是一个线圈，没有对多个叠加线圈的磁通量进行准确表述。但是，英文的说法中强调是穿过区域空间（field），因此在众多的英文表述中主要侧重说明磁感线条数，即英语中的磁通量不需要去看线圈的个数，而只需要看磁感线的数量。纵观物理学史，目前物理课程其实来源于欧洲的科学体系，在考虑物理量的定义时都需要在英语体系下考虑。因此，我们在讨论磁通量和线圈匝数关系的时候应该更加注重磁通量的作用以及它的具体含义，即磁通量指的是穿过某一个区域面积的磁感线的条数，该物理量和线圈的匝数没有关系。

3 大学教材对磁通量的表述

考虑到高中物理教材面对的学习对象是高中生，学生认知水平有限，因此教材没有必要把物理知识讲得过分系统和具体。但是，从教人员需要站在更加严谨的角度去讨论这个物理量和核心概念。因此，笔者查阅大学物理课程中的权威电磁学教材《新概念物理教程电磁学》，其中对于磁通量是通过高斯定理表述的。利用电通量在电场中的研究方法进行类比，在磁场的研究中提出了磁通量的概念，磁通量的表达式为［7］

此外，在教材里电磁感应内容中也专门提到，如果是多匝线圈，相当于是多个单匝线圈串联，整个线圈的总感应电动势等于每个单匝线圈产生的感应电动势的和，也就是说多匝线圈的感应电动势的计算满足

4 结 论

通过对国内高中物理教材对于磁通量表述的比较分析，查阅英语文献中对于磁通量的表述，再对比大学物理课程中关于磁通的探讨可以看出，在高中物理教学过程中的单匝线圈的磁通量和多匝线圈的磁通量其实是两个不同的概念。单匝线圈的磁通量注重的是空间中磁感线的条数，它仅仅讨论的是规定空间内的磁感线的条数。磁感线穿过多匝线圈，从本质上来说其实磁感线的条数并没有变化，因此磁通量和线圈的匝数没有关系。多匝线圈的磁通量主要在电磁感应问题中需要涉及，即在多匝线圈的情况下需要专门考虑多个线圈中磁通量的累积效应，在其中更多注重的是磁通量变化在空间中多个线圈的累积效应，叫作全磁通。

参考文献：

［１］彭前程，秦建云．普通高中教科书物理必修第三册［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０２０：１１1－１１３．

［２］陈熙谋，洪安生．普通高中教科书物理必修第三册［Ｍ］．北京：教育科学出版社，２０２０：１２１－１２３．

［３］熊建文，姚跃涌．普通高中教科书物理必修第三册［Ｍ］．广州：广东教育出版社，２０２０：１36－１３7．

［４］廖伯琴．普通高中教科书物理必修第三册［Ｍ］．济南： 山东科学技术出版社，２０２０：１35－１36．

［５］束炳如，何润伟．普通高中教科书物理必修第三册［Ｍ］．上海：上海科技教育出版社，２０２０：９０－９３．

［６］朱臻．普通高中教科书物理必修第三册［Ｍ］．上海：上海科学技术出版社，２０２０：１２１－１２３．

［7］赵凯华，陈熙谋．新概念物理教程电磁学（第三版）［Ｍ］．北京：高等教育科学出版社，２０２3：１２８－１７９．

（栏目编辑 蒋小平）