李亭亭

摘 要：很多教師對(duì)輻向磁場(chǎng)的理解和教學(xué)僅限于物理模型，未能聯(lián)系其實(shí)際應(yīng)用及工程結(jié)構(gòu)，這不利于學(xué)生對(duì)輻向磁場(chǎng)的理解及科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)，也不利于教師專業(yè)素質(zhì)的提高。讓學(xué)生分組拆解揚(yáng)聲器，能讓學(xué)生進(jìn)一步理解鐵芯的作用，并真正理解揚(yáng)聲器內(nèi)輻向磁場(chǎng)的形成及特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：輻向磁場(chǎng); T形鐵芯; 揚(yáng)聲器

中圖分類號(hào)：G633.7? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-3315（2021）3-013-002

動(dòng)圈式揚(yáng)聲器內(nèi)部的輻向磁場(chǎng)，不少老師認(rèn)為只要用微元法分析推導(dǎo)出單匝線圈在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度是周長(zhǎng)[1]，學(xué)生就能很好理解了，如圖1所示。但在學(xué)期初的一次市級(jí)教研活動(dòng)中，一個(gè)學(xué)生提出的問(wèn)題，卻讓開(kāi)課老師當(dāng)場(chǎng)卡殼，甚至無(wú)言以對(duì)！

該學(xué)生的問(wèn)題是：老師，磁感線都是閉合曲線，那圓心處磁極射向外環(huán)磁極的磁感線，為什么不會(huì)再返回到圓心處磁極？這不就變成了猜想中的磁單極子了嗎？還有，任何磁鐵都有南北兩極，那圓心處的那個(gè)N極磁鐵，它的S極在哪里？

這個(gè)問(wèn)題，不僅開(kāi)課老師被難住了，在課后的評(píng)課環(huán)節(jié)，很多聽(tīng)課老師也不能給出讓學(xué)生信服的解釋。

“要給學(xué)生一杯水，自己要有一桶水”，我們教師對(duì)輻向磁場(chǎng)的理解，不能僅僅止步于理想化的物理模型，也需要了解其現(xiàn)實(shí)應(yīng)用和工程學(xué)結(jié)構(gòu)。

“千言萬(wàn)語(yǔ)說(shuō)不清，一做實(shí)驗(yàn)就分明?！薄聦?shí)上，只要讓學(xué)生拆解一個(gè)揚(yáng)聲器，不僅以上教學(xué)難點(diǎn)會(huì)迎刃而解，還能讓學(xué)生真正理解揚(yáng)聲器中的輻向磁場(chǎng)。

1.讓學(xué)生拆解揚(yáng)聲器了解其磁鐵的工程結(jié)構(gòu)

在市場(chǎng)上買十幾個(gè)普通小型揚(yáng)聲器（例如2寸1W的揚(yáng)聲器，價(jià)格不到5元），因?yàn)閾P(yáng)聲器上的磁鐵和鐵支架是用膠水牢牢粘合的，故教師需要事先分離磁鐵。用大號(hào)美工刀卡入磁鐵和鐵支架的隙縫，用錘子輕輕敲擊美工刀背面，就能分離出磁鐵部件，用同樣的方法，還能把T形鐵芯和環(huán)形磁鐵分離，如圖3所示。

教師分離出磁鐵后，再重新把磁鐵吸附在鐵支架上還原為揚(yáng)聲器，這樣學(xué)生只要稍稍用力，就能拆開(kāi)揚(yáng)聲器了。

學(xué)生拆開(kāi)揚(yáng)聲器后，能親眼觀察到線圈的確是放置在磁鐵部件中央的環(huán)形隙縫中的，也會(huì)發(fā)現(xiàn)磁鐵拆開(kāi)后的正視圖和學(xué)過(guò)的輻向磁場(chǎng)類似[2]。但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)，為什么需要環(huán)形磁鐵和圓形T形鐵芯組合在一起構(gòu)成輻向磁場(chǎng)，而不是直接在圓心放一塊磁鐵？

2.讓學(xué)生理解輻向磁場(chǎng)的磁路結(jié)構(gòu)

揚(yáng)聲器磁鐵上的T形鐵芯，又稱導(dǎo)磁鐵片，和螺線管、變壓器上的鐵芯作用一樣，可以讓絕大部分磁感線被集中約束在鐵芯內(nèi)部，從而可以在指定區(qū)域獲得更均勻、更強(qiáng)的磁場(chǎng)。

首先向?qū)W生展示沒(méi)有T形鐵芯時(shí)環(huán)形磁鐵的剖面圖和磁感線分布，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)磁感線四處發(fā)散，浪費(fèi)嚴(yán)重，如圖4所示。

然后讓學(xué)生觀察其手中的帶有T形鐵芯的環(huán)形磁鐵，投影展示其剖面圖，并分析其磁感線分布?？梢园l(fā)現(xiàn)，因?yàn)榄h(huán)形磁鐵N極出來(lái)磁感線被約束在鐵芯內(nèi)部，所以幾乎所有的磁感線，都只能從圓心處鐵芯出來(lái)，再沿輻向返回環(huán)形磁鐵，如圖5所示。

至此，學(xué)生終于明白了揚(yáng)聲器上鐵芯的作用，就是把原先環(huán)形磁鐵N極出來(lái)的磁感線，集中約束在鐵芯中并讓其從環(huán)形磁鐵圓心處的T形鐵芯凸起處導(dǎo)出。

如果把環(huán)形磁鐵和T型鐵芯看成一個(gè)整體的話，圓心處的鐵芯凸起，就是N極，環(huán)形磁鐵無(wú)鐵芯的一面，就是S極。

由圖5學(xué)生還可以發(fā)現(xiàn)，輻向磁場(chǎng)的確構(gòu)成了閉合回路，但揚(yáng)聲器線圈所在的位置，只有向外發(fā)出的輻向磁場(chǎng)，故分析線圈的所受安培力情況時(shí)，只需參考圖1所示的輻向磁場(chǎng)磁感線分布即可。

教師還可以進(jìn)一步拆解一個(gè)動(dòng)圈式話筒展示給學(xué)生看，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的磁鐵部件雖然很小，但結(jié)構(gòu)和動(dòng)圈式揚(yáng)聲器類似，內(nèi)部仍然是輻向磁場(chǎng)，進(jìn)而可以發(fā)現(xiàn)動(dòng)圈式話筒（磁生電）其實(shí)就是動(dòng)圈式揚(yáng)聲器（電生磁）的逆向應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]章亞琴.電磁感應(yīng)背景下兩類輻向磁場(chǎng)難點(diǎn)問(wèn)題探討[J]物理之友，2018，34（05）：40-42

[2]何忠燕.STEM教育理念下動(dòng)圈式揚(yáng)聲器原理教學(xué)及制作[J]物理通報(bào)，2019（06）：52-55