桂如勝

【內(nèi)容摘要】本文首先分析了物理概念的成因;其次討論了物理概念的重要性;最后提出在課堂教學(xué)過程中如何進行物理概念教學(xué)的具體實施方法和建議。

【關(guān)鍵詞】物理概念?磁通量?課堂教學(xué)

普通高中新課程標(biāo)準下的物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面。對于中學(xué)生學(xué)習(xí)物理，首先要從物理學(xué)的視角來認識物體運動、能量變化和相互作用等，在學(xué)生的思想中對一些基本的物理概念和規(guī)律有一定的基本認識;然后在生活中體驗和感受相關(guān)的物體運動規(guī)律，最后學(xué)會用物理知識解釋物理現(xiàn)象和規(guī)律。

一、物理概念的形成

物理概念是物理學(xué)知識體系組成的重要內(nèi)容之一，是描述物質(zhì)、運動與相互作用和能量等知識的重要方法。學(xué)會學(xué)好高中物理，最重要的先要了解物理概念的形成。在描述某一物理現(xiàn)象時，需要引用一些基本的物理概念來定義或命名一些物理量。物理概念是為人幫助人們認識和了解事物的本質(zhì)，通過觀察現(xiàn)象、實驗驗證與科學(xué)思維、演繹和推理，經(jīng)過反復(fù)論證其科學(xué)性、合理性和實用性而產(chǎn)生的。

二、物理概念的作用

物理學(xué)內(nèi)容一般可分為物理現(xiàn)象、物理概念、物理規(guī)律和物理理論等幾個主要部分。物理概念是描述物理規(guī)律、解釋物理現(xiàn)象和形成物理理論的基礎(chǔ)。如果對物理概念認識不清，就不能更深刻了解相關(guān)的知識體系。例如：在學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)相關(guān)內(nèi)容時，首先要知道磁感應(yīng)強度是描述磁場強弱物理量，然后要理解磁通量這一重要的物理概念，才能認識閉合回路如何產(chǎn)生感應(yīng)電流這一現(xiàn)象。

物理學(xué)體系是由一系列物理概念為基礎(chǔ)。例如：在學(xué)習(xí)電場知識中，有電場強度、電勢和電勢能等物理概念，如果沒有這些概念，就無法形成靜電學(xué)體系。如果學(xué)生對于物理概念不能理解，或者認識不清，就不能正確對物理現(xiàn)象和物理規(guī)律進行分析，難以進行正確思維、判斷和推理等抽象活動。

三、課堂教學(xué)中提高概念學(xué)習(xí)的方法

物理概念教學(xué)是一個重點，也是一個難點。如何讓學(xué)生認識、理解和掌握物理概念，為接下來分析和理解物理規(guī)律，是物理課堂教學(xué)中的一個重要內(nèi)容。以下以磁通量概念教學(xué)為例，談?wù)勎锢砀拍罱虒W(xué)過程中的感受和體會。

磁通量是電磁感應(yīng)部分的重要內(nèi)容，根據(jù)物理學(xué)相關(guān)史實，磁通量的概念是法拉第在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象過程中，為了定量表述電磁感應(yīng)定律而引入的。

1.抓住本質(zhì)——理解概念

教師在磁通量概念教學(xué)過程中，要想學(xué)生領(lǐng)會到為什么要建立磁通量概念，為什么是用面積和磁感應(yīng)強度的乘積的手段和方法來定義磁通量概念。必須讓學(xué)生經(jīng)歷一次科學(xué)探究思維，為以后在探究電磁感應(yīng)定律打下堅實的基礎(chǔ)。通過下面例題來說明。

例1：將一閉合回路放入磁場中，下列關(guān)于磁通量的說法，哪一個是正確的？

A、穿過閉合回路面積的磁感線條數(shù)，就叫做這個面積的磁通量

B、垂直穿過閉合回路面積的磁感線條數(shù)，就叫做這個面積的磁通量

C、垂直穿過閉合回路單位面積的磁感線條數(shù)，就叫做這個面積的磁通量

D、垂直穿過某一面積的磁感線條數(shù)與該面積的比值，就叫做這個面積的磁通量

對于剛剛接觸磁通量概念的同學(xué)來說，將磁通量定性地理解為垂直穿過某一平面的磁感線條數(shù)更容易掌握。磁場以及電場，確實存在，但是看不到也摸不到，和普通的宏觀物體不一樣，用磁能量來描述能幫助人們對磁場相關(guān)知識的認識和了解。磁通量的意義可以用磁感線形象地加以說明。

2.深挖內(nèi)涵——掌握概念

例2：一個圓形線圈共100匝，半徑為10cm，把它放入磁感應(yīng)強度為0.5T的勻強磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，則穿過這個線圈的磁通量多大？

Φ=nBS=100×0.5×3.14×0.12=1.57wb

這樣的解法是否正確？

解析：通過對這類題型分析，讓學(xué)生更加深刻理解磁通量：

①磁通量有正值和負值，不過正、負值表示的是磁感線穿過繞圈平面的方向。例如磁感線向下穿過水平繞圈的磁通量假設(shè)為正值，那么磁感線從下往上穿過水平繞圈平面的磁通量就是負值。

②磁通量與繞圈的匝數(shù)無關(guān)。匝數(shù)越多，線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。也就是磁通量大小與繞圈匝數(shù)的多少無關(guān)。

3.強化訓(xùn)練——鞏固概念

例3：如圖所示，正方形線圈abcO邊長為0.8 m，勻強磁場沿x軸正向，B=0.2

T，線圈在圖示位置繞Oz軸轉(zhuǎn)過60°的過程中，穿過線圈的磁通量變化了多少？

當(dāng)磁感應(yīng)強度B與其中面積為S的平面垂直時，把B與S的乘積稱為穿過這個面積的磁通量。如果磁感應(yīng)強度B不與平面S垂直時，就用這個平面在垂直于磁場B的方向的投影面與B

乘積表示磁通量。

解析：由題意，初磁通量

Φ1=BS sin0°=0

末磁通量

Φ2=BSsin60°=0.2×0.82×32Wb=0.0643Wb=0.11Wb

所以

△Φ=Φ2-Φ1=0.11Wb，答案：0.11Wb

4.突破難點——強化概念

例4：如圖所示，有一通電長直導(dǎo)線MN，通入向右的電流I，另有一閉合線圈P位于導(dǎo)線正下方，并豎直向上運動，則在線圈P到達MN上方的過程中，穿過P的磁通量是如何變化的？

解析：根據(jù)直線電流磁場特點，靠近導(dǎo)線處磁場強，遠離導(dǎo)線處磁場弱，把線圈P從MN下方運動到上方的過程中的幾個特殊位置畫出，如圖所示（為畫清楚，把線圈錯開了）.分析磁通量變化時可以通過穿過線圈的磁感線的條數(shù)（注意應(yīng)是凈條數(shù)）的變化來分析.

Ⅰ→Ⅱ 磁通量增加

Ⅱ→Ⅲ 磁通量減小

（Ⅲ位置時Φ=0）

Ⅲ→Ⅳ 磁通量增加

Ⅳ→Ⅴ 磁通量減小

所以整個過程磁通量的變化經(jīng)歷了：增加→減小→增加→減小

通過一個平面若有方向相反的兩個磁通量，這時的合磁通量為相反方向磁通量的代數(shù)和（即相反的磁通抵消以后剩余的磁通量）。在同一磁場中，磁感線越密的地方，也就是穿過單位面積的磁感線條數(shù)越多的地方，磁感應(yīng)強度B越大。B越大，S越大，穿過這個面的磁感線條數(shù)就越多，磁通量就越大。

5.拓展外延——深化概念

磁通量作為物理概念第一次出現(xiàn)在同學(xué)們面前，學(xué)生大都理解起來比較困難，如果和生活中的實例結(jié)合起來，比如自來水，讓學(xué)生形成“水流通量”這一形象的類比，能大大幫助同學(xué)們理解和掌握“磁通量”。在學(xué)生對“磁通量”有一定的理解后，可以再提出一些相關(guān)的物理“通量”的概念，例如在學(xué)習(xí)電場中，如圖：電場強度穿過某一平面時的有沒有“電通量”的物理概念呢？由于人們的慣性思維習(xí)慣，自然而然會想到物理學(xué)中是否還有其他的物理“通量”存在呢？從而還會形成相類似的一系列的物理“通量”。讓學(xué)生認識到物理概念是相互聯(lián)系的，更加深刻理解物理概念的實用性、目的性和統(tǒng)一性。

從一個概念入手，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會實學(xué)，以求得概念在自己的頭腦中的映射，并起到鏡像的作用;引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會融通擴展知識。如“通量”的概念通過實學(xué)得其定義，在物理學(xué)中也有其形象的表述，針對具體某物理量的通量該是什么樣，就要求學(xué)生自己看書完成對“通量”概念的擴展。

在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象時，給出磁感應(yīng)強度這一物理概念，用來表示磁場的強弱。再引入磁能量這一物理概念，形象、直觀和準確描述了磁場的大小、方向和分布規(guī)律等。深層次的揭示了電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)，即由穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化所產(chǎn)生;對于用楞次定律判斷感應(yīng)電流的大小方向提供了可行性，也為學(xué)生理解變壓器的工作原理提供理論依據(jù)等。

總之，在學(xué)習(xí)物理概念時，我們首先要了解物理概念產(chǎn)生的歷史背景和物理概念提出的意義和作用，以及對物理學(xué)發(fā)展所提供的幫助及其意義;然后對物理概念本質(zhì)分析、理解和掌握，最后在物理學(xué)習(xí)中把物理概念運用到實際問題中，去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。這樣才能真正回歸到物理學(xué)習(xí)的本源。

【參考文獻】

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[2]錢華.磁通量概念探究式教學(xué)的嘗試[J].科技資訊，2015（13）.

（作者單位：江蘇省蘇州市田家炳實驗高級中學(xué)）