细说磁通量

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在中学物理概念“磁通量”的学习中,学生绝大部分只记得公式Φ=BS,至于什么是磁通量,以及磁通量的具体含义,学生不甚理解,以致于在应用时盲目地乱套公式,出现了很多错误。

现行人教版普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3―1中对磁通量是这样定义的:设在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面,磁感应强度B与面积S的乘积,叫做穿过这个平面的磁通量,简称磁通。

公式:Φ=BS,适用条件是B与S平面垂直。当B与S存在夹角θ时,Φ=BSsinθ。在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯,符号是Wb,1Wb=1T•m2。

在2006年停止使用的全日制普通中学教科书(必修加选修)《物理》第二册中对磁通量的定义与现行教材大致相同,不过在定义之后加了磁通量的意义说明:磁通量的意义可以用磁感线形象地加以说明。我们知道在同一磁场的图示中,磁感线越密的地方,也就是穿过单位面积的磁感线条数越多的地方,磁感应强度B越大。因此,B越大,S越大,穿过这个面的磁感线条数就越多,磁通量就越大。

高等学校教材《普通物理学》(程守洙编)书中是这样定义的:通过一给定曲面的总磁感线数,称为通过该曲目的磁通量。即Φ= 。

通过以上的定义分析,教师在实际教学中有几个问题必须要向学生讲解清楚。

一、磁通量到底是由什么决定的

通过定义可知:穿过某一面积的磁通量由穿过该面积的磁感线条数多少来决定。在垂直磁场方向的1m2面积上磁感线的条数与那里的磁感应强度的数值相等。若匀强磁场的磁感应强度为B,则在匀强磁场中穿过垂直于磁场方向的1m2面积上磁感线的条数为B条,那么穿过面积S的磁感线条数为BS,则磁通量为BS,即Φ=BS。

据此,学生知道磁通量仅与穿过研究面积的磁感线条数有关,而与所放置的线圈面积的大小并无绝对的关系。如图:通过分析可知,穿过两个线圈的磁感线条数相等,因此通过两个线圈的磁通量相等,与两个线圈各自的面积大小并无绝对关系,而且还可以知道与这两个线圈的匝数也无关。

二、磁通量为什么是标量

磁通量是标量,没有方向,只是磁场通过一个面的磁感线的多少。但为了研究磁场是从哪个面穿过,会设正负。比如把线圈的一个面叫做正面,另一个面就是反面。如果磁场从正面穿过为正,则从反面穿过为负。也就是说这儿的方向与矢量的方向意思是不同的。这里的正负是规定的,两个方向都可以为正,因此有的教辅资料称磁通量为“双向标量”。这和电流相同,电流是标量,但导体中电流的方向却可能有两个方向。

关于磁通量的计算,教师要向学生强调,磁场必须是匀强磁场,磁感线与线圈平面需垂直,如果不垂直要去投影面积,计算磁通量与线圈的匝数无关等。只要学生正确理解了磁通量的含义,应该是可以正确求解磁通量的。

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