摘 要：新概念的建立一定要有足够的必要性，并且在今后研究的问题中具有实际研究价值。正因为磁通量的变与不变应该是感应电流有无的重要标准，所以本节课设计了磁通量不变的路径以及磁通量变化的路径，反差强烈的对比实验让学生对这个特殊路径不变的量产生了更加直接的重视，从而顺理成章地建立了磁通量的概念。
关键词：磁通量 3D打印 感应电流
在探究感应电流产生条件的实验中，按照人教版编排的顺序首先是“切割”实验，即闭合线路的一部分导体做切割磁感线的运动；然后是“线圈”实验,即线圈和灵敏电流计串联成一个回路，让条形磁铁从线圈中插入、抽出或停止运动；最后是模仿法拉第实验，即通过闭合或断开开关、迅速移动滑动变阻器、让小线圈从大线圈中插入或抽出或停止运动，用这三种方式来改变引起感应电流回路中的电流，观察到的现象是产生感应电流的回路中灵敏电流计有示数。三个实验采用了递进的方式，抽丝剥茧，实破“切割”和“相对运动”的概念，从“特殊”到“一般”到“本质”，建立磁通量的概念。可是即便这样，我们依然会觉得磁通量概念的建立缺少点什么。什么是磁通量？最直观的概念就是穿过闭合回路中磁感线的条数。那么我们能不能从这个角度出发，探寻磁感线究竟是什么样的？怎样才是磁感线条数变了？怎么才不变呢？这需要我们建立一个直观的情境来证明。于是我想到了用3D打印技术“实物化”磁感线，用灵敏的仪器来检验闭合回路的感应电流，通过感应电流的有和无两种对比，凸显出某一物理量变化和不变的两种情境。具体做法如下：
我们选取钕铁硼强磁铁作为研究对象，研究它产生的磁场。为了研究方便，我采用圆柱形磁铁，它的磁场是关于中心轴线360度对称的，方便之后3D打印。产生感应电流的回路依旧很简单：闭合线圈串联微电流传感器。微电流传感器电子屏幕显示的单位是微安，我用的这个传感器测量范围是10微安到-10微安，精确到以微安为单位，小数点后三位。
步骤一：想要了解磁感线是否发生变化，先要“找出”磁感线。我将磁铁固定在桌边，桌上铺一张白纸，然后将铁屑均匀地撒在纸上，这时铁屑就模拟出了磁感线的分布。用笔描绘其中一条较为清晰的磁感线，为了确定它的尺寸，我把它在中心轴线每隔一厘米的“线”与“轴”的距离做好记录。
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步骤二：在repetier host软件中建立这条已知“线”“轴”距离的磁感线，让它绕中心轴旋转360度构成一个曲面。因为磁铁是圆柱形的，磁感线是关于轴对称的，这个类似于漏斗的曲面上正是一组对称磁感线所在的曲面。
步骤三：建模后，将文件导入3D打印机中打印。
步骤四：将磁铁固定在打印好的模型上，保证磁铁依然是绘制磁感线时磁铁的位置。用活扣收紧线圈，使线圈能够紧贴模型曲面自由地上下滑动。线圈串联的微电流传感器能够实时显示感应电流的大小。路径1：手拿线圈竖直上下移动。由于磁铁磁性较强，传感器较为灵敏，可以看到较大的感应电流。路径2：仔细移动线圈，让线圈在面积变化的同时依然可以紧贴曲面。紧贴曲面就意味着在空间中线圈上下移动是沿着一组磁感线滑动的，线圈所包含的磁感线条数自然始终不变，可以明显看出这时微电流传感器的示数为零。
当然，我们也可以认为这是传感器没有检测出感应电流，不难分析出产生误差的原因可能是描绘磁感线时出现误差，或者在移动线圈时没办法做到紧密贴合。但是这样精确的传感器测出没有感应电流，足以让我们相信，只要我们做好上述两点防范，感应电流一定为零。也就直接说明了闭合线圈里的磁感线条数是影响感应电流产生的根本原因，那么我们就定义它为磁通量。定性分析后自然可以给磁通量一个定义式：BScosθ。本节课是楞次定律的基础，是法拉第电磁感应定律的前提，如果磁通量的概念建立不起来，难以想象今后的学习如何进行。高中物理学科核心素养提出的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度和责任在这节课得到了充分的体现。我有幸在2018年参加了广西桂林举办的国培计划——中小学一线优秀教师和教研员研修项目，培训中听到了教育部《物理课程标准》研制核心组成员黄恕伯老师的题为“新课标介绍及提升核心素养的思考”的讲座。黄老师强调物理观念两个要点：第一是形成物质观念、运动与相互作用观念、能量观念；第二是会用这三个观念解释自然现象和解决实际问题。为达成上述目标，教学时应重视强化物理知识与实践情景的关联。磁通量的概念在这一节甚至这一章中都尤为重要，但在建立这一概念时我们能否让学生切身体会到是这节课的重点。在我的试验中，线圈沿曲面移动就是磁感线条数不变的路径，传感器示数为零；反之，其他路径磁感线条数都在变化，也都有明显的感应电流。这样强烈的对比让学生直接感知“线圈的磁感线的条数”，磁感线的条数是关系到感应电流有无的关键。这就把物理知识和实践情景建立关联，让学生考虑这时真的有必要定义一个新的物理量来进行下一步的研究。如果仅仅认为涉及到B和S就要建立两者乘积的新物理量，那么物理研究中岂不是到处都是几个物理量的加减乘除变身的新物理量？
教育不应该是泯灭好奇心，教师应该严肃对待学生的每一个“为什么”。相信这样，我们的教育就一定能在师生源源不断的内动力的驱动下更显生机。
参考文献
[1]郑行军 磁通量概念解读.《中学生数理化（高二数学）》，2017年，第04期。
[2]林辉庆 关于磁通量概念的对话及教学随想.《物理教师》，2011年，第03期。
论文作者:郎长红
论文发表刊物:《教育学》2019年10月总第191期
论文发表时间:2019/9/16
标签：磁通量论文; 感应电流论文; 线圈论文; 曲面论文; 磁铁论文; 概念论文; 物理量论文; 《教育学》2019年10月总第191期论文;