如何巧用類比法開展磁感應(yīng)強(qiáng)度教學(xué)

王金貴

電磁學(xué)是高中物理的重難點(diǎn)，許多學(xué)生感覺該部分內(nèi)容比較抽象，很難直觀感受電磁學(xué)中某些中的概念或原理，而類比教學(xué)法作為高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的基本要求，在探究物理規(guī)律的教學(xué)中時(shí)常用到。巧用類比法可以幫助學(xué)生借助熟悉的知識(shí)理解快速加深對(duì)新概念、規(guī)律、原理的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用，幫助學(xué)生突破重難點(diǎn)，樹立物理學(xué)習(xí)自信心。

一、類比法在磁感應(yīng)強(qiáng)度概念中的應(yīng)用

在進(jìn)行磁能感應(yīng)強(qiáng)度的教學(xué)中，教師可以引入電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行類比教學(xué)。電場(chǎng)強(qiáng)度教學(xué)學(xué)生掌握的相對(duì)比較牢靠，而且為中學(xué)物理的重點(diǎn)知識(shí)，而且學(xué)生接觸的比較早，印象比較深刻，和電磁感應(yīng)強(qiáng)度有許多類似的物理性質(zhì)，學(xué)生類比學(xué)習(xí)，會(huì)建立高效課堂。

開始引入電磁感應(yīng)強(qiáng)度教學(xué)時(shí)，教師首先拋出學(xué)生熟悉的問題。首先教師可以舉例生活中具有磁性的物質(zhì)，例如電磁體，普遍存在于電器當(dāng)中，我們用來聽歌的耳機(jī)會(huì)吸引到一起。家中門后有一門吸，防止風(fēng)采吹動(dòng)門帶來噪音和破壞。實(shí)驗(yàn)室經(jīng)?？吹降母鞣N形狀的磁鐵，這也一特殊的物質(zhì)可以吸引其他物質(zhì)。教師進(jìn)行演示，在桌面放置一枚鐵釘，在磁鐵沒有接觸到鐵釘?shù)那闆r下，鐵定被吸引到磁鐵上。他們之間是靠什么進(jìn)行傳遞的，借此引入磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的基本特性是對(duì)放入其中的磁性物質(zhì)或者通電導(dǎo)線有力的作用，引入磁感應(yīng)強(qiáng)度概念。這和之前學(xué)習(xí)的電場(chǎng)有很多相似之處。我們就可以進(jìn)行電場(chǎng)和磁場(chǎng)的類比學(xué)習(xí)。

電場(chǎng)的基本特性是電場(chǎng)中的電荷對(duì)電場(chǎng)產(chǎn)生力的作用。對(duì)電場(chǎng)力的概念進(jìn)行詳細(xì)引入，在空間中存在點(diǎn)電場(chǎng)Q，在電場(chǎng)Q中的固定一點(diǎn)放入一個(gè)電荷，讀數(shù)為q1，受到的電場(chǎng)力為F1，此時(shí)，移走q1，再在剛才的固定點(diǎn)放入一個(gè)電荷，讀數(shù)為q2，此時(shí)受到的電場(chǎng)力為F2，分別計(jì)算F1與q1比值和F2和q2之間的比值，發(fā)現(xiàn)二者比值為恒定數(shù)值，該恒量就反映了電場(chǎng)的性質(zhì)，物理學(xué)中稱為電場(chǎng)強(qiáng)度。

同樣的物理學(xué)中還存在一種磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的基本特征是什么？對(duì)磁場(chǎng)的特性又該如何描述？這就是接下來要學(xué)習(xí)的新概念，磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁場(chǎng)的基本特性就是對(duì)其中的電流，就是通電導(dǎo)線存在磁場(chǎng)力的作用。通過類比同學(xué)們可以發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的基本特征都是對(duì)其中的某一要素產(chǎn)生力的作用。

二、類比法學(xué)習(xí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向

在引入磁感應(yīng)方向?qū)W習(xí)之前，教師通過地球磁場(chǎng)的分布情況可以使用多媒體進(jìn)行闡述。在實(shí)際生活中，尤其是戶外運(yùn)動(dòng)經(jīng)常會(huì)帶一個(gè)指南針，指南針的作用是什么？基本作用就是指明方向，那么是什么使磁石具有明確方向的作用呢？就是地球產(chǎn)生的磁場(chǎng)定方向，這也恰好說明了磁場(chǎng)具有方向。

教師可以給學(xué)生展示一個(gè)簡單的物理實(shí)驗(yàn)。一般在物理實(shí)驗(yàn)室會(huì)經(jīng)常見到磁鐵和小磁針。在實(shí)驗(yàn)室資源充足的情況下，教師可以引導(dǎo)學(xué)生一起探究。讓學(xué)生進(jìn)行小組分工，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)中間方一塊磁鐵，然后在磁鐵周圍拜一圈小磁針儀4-8枚為宜，同學(xué)們對(duì)不同位置的小磁針北極的指向進(jìn)行觀察并記錄，主要觀察小磁針的指向是否相同。然后再讓同學(xué)們依次在同樣的方位擺放一枚磁針，觀察和剛才的磁針指向是否一致。然后學(xué)生回答并進(jìn)行展示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行總結(jié)，磁場(chǎng)中不同位置的小磁針北極指向的方向不同，說明磁場(chǎng)中存在力。而且同樣磁場(chǎng)中同一位置的小磁針指向的方向是固定的，這正和我們生活中利用指南針辨別方向是同樣的道理，地球是一個(gè)偌大的磁場(chǎng)，我們處于不同的位置，但受到同樣來自于地球磁場(chǎng)的作用，磁針的北極一直指向北方，也就是地球磁場(chǎng)的北極是固定不變的。

三、類比法學(xué)習(xí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小

在進(jìn)行磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的檢驗(yàn)中，由于磁針無法分離南北極，所以我們不能用磁針對(duì)磁感應(yīng)力的大小進(jìn)行檢驗(yàn)。但之前學(xué)生學(xué)習(xí)過磁場(chǎng)對(duì)通電的導(dǎo)線有作用了，于是就可以利用通電導(dǎo)向感受磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。

我們用來檢驗(yàn)的方法是檢驗(yàn)電流元，要使導(dǎo)線中存在電流，需要接入電源。由于孤立的電流源并不存在，需要借助相當(dāng)長的導(dǎo)線接入。同學(xué)們可以猜想影響磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的因素是什么？電路電流？導(dǎo)線長度？或者是磁場(chǎng)強(qiáng)度？

實(shí)驗(yàn)中采用控制變量法，設(shè)置實(shí)驗(yàn)裝置，由釹鐵硼強(qiáng)磁體提供強(qiáng)磁場(chǎng)，通電線圈放入磁場(chǎng)中，使用彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)安培力施測(cè)。學(xué)生可以和教師一起完成實(shí)驗(yàn)。借助電源、強(qiáng)磁體、彈簧秤、安培表、滑動(dòng)變阻器、線圈等實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先保持實(shí)驗(yàn)中的磁場(chǎng)和導(dǎo)線長度不變，改變電流。然后保證磁場(chǎng)和電流不變，改變導(dǎo)線長度。實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生們會(huì)意識(shí)到，在導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，受力大小與電流、導(dǎo)線長度和二者乘積無限趨近。

其實(shí)物理學(xué)家做過許多精確的試驗(yàn)，表明將通電直導(dǎo)線垂直放置在具有一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)中，導(dǎo)線所受的力與電流強(qiáng)度I和導(dǎo)線長度L成正比，也可以說是磁場(chǎng)力和電流強(qiáng)度和導(dǎo)線長度的乘積成正比。實(shí)驗(yàn)過程中，無論怎樣改變電流強(qiáng)度或者導(dǎo)線長度，I·L的乘積擴(kuò)大多少倍，磁場(chǎng)強(qiáng)度值也就改變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦?。在某一磁?chǎng)下，F(xiàn)/IL的比值為恒定的。但若改變導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的位置，那么在垂直磁場(chǎng)中放置的通電導(dǎo)線磁場(chǎng)力和強(qiáng)度與導(dǎo)線長度的比值會(huì)改變，但仍就是恒量，這就反映了磁場(chǎng)的性質(zhì)。就如電場(chǎng)的特性用電場(chǎng)強(qiáng)度表示一樣，磁場(chǎng)特性用磁感應(yīng)強(qiáng)度表示。而且二者性類比如下：電場(chǎng)強(qiáng)度E和電荷、電場(chǎng)力無關(guān)，與電場(chǎng)本身的性質(zhì)有關(guān)。磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流、導(dǎo)線長度無關(guān)，和磁場(chǎng)本身的性質(zhì)有關(guān)。

結(jié)束語

在教學(xué)中使用類比法不僅僅是物理教師獨(dú)有的專利，引入到物理課堂中，類比教學(xué)法又重新構(gòu)建一種全新的教學(xué)模式，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉思維能力，在物理學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)新的學(xué)習(xí)規(guī)律，體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的快樂，更加深對(duì)物理學(xué)科的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)靈活的思維習(xí)慣和創(chuàng)新精神。恰當(dāng)?shù)氖褂妙惐冉虒W(xué)法，需要學(xué)生和教師之間的配合教師需要，對(duì)教師的素質(zhì)要求比較高，清楚掌握教學(xué)目標(biāo)，理解課程標(biāo)準(zhǔn)和培養(yǎng)目標(biāo)，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和方法的創(chuàng)新，提出的問題要合理、漸進(jìn)并具有啟發(fā)性，才能使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)熱情，幫助學(xué)生加深知識(shí)理解，讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)的方法，能夠做到觸類旁通，實(shí)現(xiàn)自主探究學(xué)習(xí)。

（作者單位：寧夏育才中學(xué)）