磁通量是物理學(xué)中非常重要的概念之一,是高考經(jīng)??疾榈膬?nèi)容。本人認(rèn)為在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)該從以下幾個步驟加以引導(dǎo),才能取得較好的教學(xué)效果。
一、磁通量的概念
1.磁通量概念的定義和物理意義。普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)物理3-1對磁通量定義如下:設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,有一個與磁場方向垂直的平面,面積為S,把B與S的乘積叫做穿過這個面積的磁通量,簡稱“磁通”,用字母Φ表示,則Φ=BS。
磁通量的物理意義是指穿過某一面的磁感線的凈條數(shù)。對于某一確定的平面,可以通過數(shù)磁感線條數(shù)來比較磁通量的大小,與磁場是否是勻強(qiáng)磁場以及B與S是否垂直無關(guān),此外,B與S只要恒定,線圈的磁通量就不變,而與線圈的匝數(shù)無關(guān),這是學(xué)生經(jīng)常犯錯誤的地方,一定要讓學(xué)生理解透徹。
2.磁通量的標(biāo)矢性。磁通量有正負(fù)之分,容易被誤解為矢量,但其實(shí)是標(biāo)量。任何一個面都有正反兩面,若規(guī)定磁感線從正面穿入為正磁通量,則磁感線從反面穿入為負(fù)磁通量;若磁感線沿相反方向穿過同一平面,且正向磁通量為Φ1,反向磁通量為Φ2,則穿過該平面的磁通量Φ=Φ1-Φ2,如圖1穿過該平面有4條磁感線,而圖2中不是4條,而應(yīng)該為0。
因?yàn)榇鸥芯€是閉合曲線,因此穿過一閉合曲線的磁通量為0,理解透徹之后就不會得出“面積大,磁通量大”的錯誤結(jié)論。例如:如圖3兩個同心圓形線圈a、b在同一平面內(nèi),圓半徑Ra
3.磁通量的單位:韋伯;符號:Wb。
二、磁通量的計(jì)算
1.利用公式Φ=BS計(jì)算時B必須與S垂直,若不垂直如圖4,則將面積S在垂直磁場方向投影Φ=BScosθ或?qū)垂直S方向分解Φ=BSsinθ如圖5。
2.如果導(dǎo)體線圈一部分在磁場內(nèi),另一部分在磁場外,則公式Φ=BS中的S要用在磁場內(nèi)的那部分線圈面積代入計(jì)算,而與磁場外的線圈面積大小無關(guān)。
3.導(dǎo)體線圈的磁通量大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)。
4.穿過線圈的磁感線若有正反兩個方向,則應(yīng)該用代數(shù)和求解。
5.通過數(shù)磁感線條數(shù)來比較磁通量的大小。
三、相關(guān)物理量的比較
磁通量Φ,磁通量變化量ΔΦ,磁通量變化率ΔΦ/Δt,這三個物理量學(xué)生很容易混淆,這三個物理量可以類比速度v,速度變化量Δv,速度變化率Δv/Δt來順利突破。
磁通量是指穿過某一回路的磁感線條數(shù);磁通量的變化量則是磁感線條數(shù)是否改變及改變了多少,與時間無關(guān),磁通量發(fā)生變化一般有以下情況:
1.回路面積不變,而磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化(如ΔΦ=ΔBS)。
2.磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變,而回路面積變化(如ΔΦ=BΔS)。
3.回路面積S與磁感應(yīng)強(qiáng)度B均不變,但回路平面在磁場中轉(zhuǎn)動(產(chǎn)生交變電動勢時ΔΦ=BSsinα)。
4.產(chǎn)生磁場的電流變化,如自感現(xiàn)象中因?qū)w本身的電流變化而引起磁通量變化的;磁通量變化率是描述磁通量變化快慢的物理量,由磁通量的變化量和發(fā)生這一變化所用的時間決定,而與ΔΦ和Φ之間無大小上的必然關(guān)系,磁通量的變化率可分兩種情況:一是由于導(dǎo)體的運(yùn)動切割磁感線而產(chǎn)生磁通量的變化率,二是由于磁場變化而產(chǎn)生的磁通量的變化率。
這種注重過程的教學(xué),不但可以加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解與應(yīng)用,延長記憶時間,還可以極大地鼓舞和調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣,提高學(xué)生分析問題的能力。
(作者單位 安徽靈璧縣漁溝中學(xué))