金屬探測器在電磁學教學過程中應用

金玉 張雅潔

摘 要：由于物理學中電磁學部分內容抽象復雜，為了更好的激發(fā)學生學習的興趣。以手持金屬作為物理教學課堂的引入事例，而后以探雷器作為具體事例來拓展此部分學習內容。主要原因是依據(jù)學員的年齡特征和心理需求，通過具體事例把難懂的電磁學定律形象化的展示在學員面前，加深了學員對電磁學部分知識的理解。

關鍵詞：電磁學;金屬探測器;探雷器;學習興趣

物理學是一門基礎自然學科，是許多新技術的基礎。物理學是探索物質結構及其運動的基本規(guī)律的科學，電磁學是研究電、磁和電磁的相互左右的現(xiàn)象，及其規(guī)律和應用的物理學分支的學科[1]。它是物理的一個分支。它研究的主要是電磁現(xiàn)象，主要是微觀的現(xiàn)象，與我們生活周圍的現(xiàn)象很多不太一樣，為了直觀的講述電磁學抽象的內容，以具體事例引入講解，想法設法吸引學生的注意力，激發(fā)學生的學習興趣。

1 金屬探測器應用到電磁學教學過程中的原因

許多學員反映物理學難，難就難在物理基本概念、基本規(guī)律太抽象、太深奧，物理知識點之間橫向、縱向聯(lián)系十分緊密[2]。要解決“物理學難”這一課題，有效提高學員們物理學的學習效果，首要的問題必須想辦法提高學員們物理學的學習興趣，激發(fā)學員們物理學的學習動力[3]。在課堂中適當舉一些生活中的事例和軍事中的事例，讓學員們覺得物理與周圍的生活息息相關。同時注意積極引導學生，進行專業(yè)知識與科學前沿知識的滲透，因材施教地培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新思維能力。

研究與實踐證明，學生積極參與教學的程度是影響教學的內在動力的重要因素，教學若能激發(fā)學生的動機就能改善學生的學習成果。用一個金屬探測器，帶領學員探索整個課堂內容，學生對整個課堂會有全新的認識[4]。因為這與他們的生活息息相關，他們就能夠開始與先前的知識建立聯(lián)系，而后更加加深理解?；趩栴}的學習方式是以現(xiàn)實生活中的問題為基礎的經驗學習，即學生參與發(fā)現(xiàn)問題的過程[5]。

2 金屬探測器

1）金屬探測器的定義。金屬探測器是一款高性能專為安防設計的金屬探測器。主要有三大類：電磁感應性，X射線檢測性，微博檢測性，適用于探測金屬的電子儀器，可應用于多個領域。

2）金屬探測器的應用范圍。在軍事上，金屬探測器可用于探測金屬地雷;在安全領域，可以探測隨身攜帶或隱藏的武器于作案工具;在考古方面，可以探測埋藏金屬物品的古墓，找到古墓中的金銀菜包與首飾或其他金屬制品;在工程中，可用于探測地下金屬埋設物，例如管道，管線等;在礦產勘探中，可用于在線監(jiān)測，如去掉棉花，煤炭，食品中的金屬雜物等。

3 如何把金屬探測器應用到電磁學部分內容教學中

把軍事事例和生活事例引入課堂，在培養(yǎng)軍事人才的知識結構和素質能力方面發(fā)揮著不可替代的作用。以下從把金屬探測器與電磁學部分課程教學結合起來：

1）課堂引入。在物理課程教學中，用恰當?shù)?、學生熟悉的事例與物理問題形異質似的生活事例類比，營造物理情景，就可使抽象問題具體化、深奧道理淺顯化。在前文中，我們介紹了金屬探測器，其中隨處可見的金屬探測器有手持金屬探測器（圖1）。以它來進行電磁感應這部分內容的課程引出。用貼近學生生活的事例引出此部分內容，可以激發(fā)學生學習興趣，也喚起了學生學習動機。心理學研究表明，學習內容和學生熟悉的生活情境越貼近學生自覺接納知識的程度就越高。

2）拓展事例。在學習完電磁感應定律的基本知識，選擇探雷器作為這部分知識的拓展例題，主要是由于探雷器在軍事上有實際應用價值，這樣就加深了學員對物理學的基本概念基本規(guī)律的理解，理清了解決實際問題的思路和方法，培養(yǎng)了觀察問題分析問題和解決問題的能力。具體如下：

低頻電磁感應是基本的探雷技術，它以地雷的金屬外殼或金屬零部件為探測對象。交流電法的基本原理是電磁感應定律。當發(fā)射機以交變電流I1供給發(fā)射線圈時，就在發(fā)射線圈的周圍空間建立了同頻率的交變磁場H1，稱為一次場。如果這個交變磁場穿過地下金屬導體，則由于電磁感應作用使導體內產生與一次場同頻率的二次感應電流I2，這是一種渦流。這個渦流又使周圍空間形成交變磁場H2，稱為二次場或異常場。利用接受線圈接受二次場或一次場與二次場的疊加場，并在接收機上讀出相應的場強數(shù)值，就可以通過對二次場或總疊加場變化規(guī)律的分析，達到探測金屬導體的目的。

當一次場所穿過薄板導體時，每一閉合線圈都產生一個感應電動勢，根據(jù)法拉第電磁感應定律，第n圈的感應電動勢的大小為

式中，φn為通過第n圈的磁通量，它的數(shù)值為一次場H1與第n圈面積Sn的乘積。設一次場為正弦變化的交變磁場，即，則H1=H0sinωt

第n圈的感應電流，Rn為第n圈的電阻，且。

由式可見，每圈感應電流密度的大小與一次場的強度H0、一次場的圓頻率ω、導體的電導率σ和每圈的半徑r成正比，其相位落后一次場90。因此，有各圈感應電流產生的二次場也與H0，ω，σ，r成正比，并且與一次場有90的相位差。

當每圈都有電流通過時，則各圈之間將引起互感作用?？梢?，由互感作用產生的感應電流in與一次場頻率的平方成正比，而相位則與一次場相反，亦即有180的相位差。換言之，所產生的磁場在導體內始終與一次場的方向相反，使激發(fā)場減弱。故增大將使減小，減小使也減小，但減小卻使增大，它們之間相互制約，在某一頻率時，與有平衡點，總疊加場達到穩(wěn)定值，可用于地雷位置的判斷。

此部分內容介紹了探雷器探雷的原理，不僅讓學員對定理定律的內容有了更深的理解，而且也了解了探雷器探測金屬的過程，這樣做讓學員產生了更濃的興趣，不在認為所學的物理知識是鼓勵的一盤散沙，漸漸的萌發(fā)了求知和探索的欲望并產生理智感，從而讓學員更好學習物理知識。

教育的根本任務是立德樹人，高校的天職是教書育人和人才培養(yǎng)，育人才是大學的初心和本質。高等教育應該是“以人為本”，全面提高育人水平。育人水平的提升則直接取決于高校的課堂教學質量。課堂是人才培養(yǎng)的主陣地，只有高質量的課堂教學才能培養(yǎng)出高質量的學生。陶行知說 “生活即教育”。它為我們指明了物理課程教學的方向，即應該把生活事例融入到物理課程教學活動中?？傊?，在教學中，我們應本著教學為生活和軍事活動服務的原則，把物理教學與學員的生活體驗和軍事活動相聯(lián)系，加強物理跟實際運用的聯(lián)系，讓物理真正的走進生活，讓學生喜歡上物理課。

參考文獻

[1]董菊梅.對“物理教學要聯(lián)系生活實際”的幾點看法[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2012（9）：115-115.

[2]郎小亮.淺談如何激發(fā)學生學習物理的興趣[J].教育教學論壇，2011（24）：236-236.

[3]馮佳怡.論物理學在生活中的運用[J].中國科技投資，2017，（29）：365.

[4]佟相玉.物理學習困難成因及對策探討[D].遼寧師范大學，2007.

[5]柏學亮.例談生活事例在初中化學教學導課中的應用——淺議用生活事例導課[J].讀寫算：教師版，2015（26）：92-92.