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      淺談對磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的認(rèn)識

      2015-01-12 17:11周復(fù)忠
      物理教學(xué)探討 2014年7期
      關(guān)鍵詞:磁化強(qiáng)度磁場強(qiáng)度

      周復(fù)忠

      摘 要:新課程背景下的物理教學(xué),要培養(yǎng)學(xué)生的問題意識,質(zhì)疑能力和創(chuàng)新精神,面對學(xué)生的各種問題,教師要在高中范圍內(nèi)為學(xué)生尋求盡可能清晰的解答,不能一味敷衍了事。本文從三個(gè)方面簡單介紹了磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B兩個(gè)物理量的相關(guān)內(nèi)容,同時(shí)介紹了高中物理教材對兩個(gè)量的不同處理及其原因,以期為一些同學(xué)答疑解惑,給一線教師以啟發(fā)。

      關(guān)鍵詞:磁荷;磁場強(qiáng)度;磁感應(yīng)強(qiáng)度;磁化強(qiáng)度;粒子模型

      中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2014)7(S)-0040-2

      筆者在進(jìn)行人教版新教材選修3-1第三章《磁場》第2節(jié)《磁感應(yīng)強(qiáng)度》的教學(xué)時(shí),通過演示實(shí)驗(yàn)和與電場強(qiáng)度的定義類比來突破難點(diǎn),形成磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念。在教學(xué)過程中,有學(xué)生當(dāng)堂提問,既然把磁場和電場進(jìn)行類比,為什么不把磁感應(yīng)強(qiáng)度叫做磁場強(qiáng)度呢?這個(gè)問題大概每屆學(xué)生都會問,筆者自然答道,歷史上“磁場強(qiáng)度”這一名稱已用來描述其他物理量了。誰知該學(xué)生又追問道,“磁場強(qiáng)度”到底是什么物理量呢,這個(gè)量也是用來描述磁場性質(zhì)的嗎,如果是,它和“磁感應(yīng)強(qiáng)度”又有什么區(qū)別和聯(lián)系呢,高中物理為什么不對其進(jìn)行詳細(xì)介紹呢?縱觀教材和教師教學(xué)用書對這些問題都沒有詳細(xì)說明,筆者覺得欠這個(gè)學(xué)生一個(gè)簡單易懂的回答,于是就有了以下文字。(以下討論僅限高中范圍)

      1 磁場強(qiáng)度H到底是什么

      磁場強(qiáng)度是通過類比磁場和電場,基于磁荷的觀點(diǎn),是由庫倫提出的用于描述磁場強(qiáng)弱的物理量。1785年庫侖仿照研究電場的方法,確立了磁庫侖定律:兩磁荷間引力和斥力大小與它們的磁荷強(qiáng)度乘積成正比,與它們之間的距離平方成反比,即F=Kqm1·qm2/r2。由此定義磁場中某一點(diǎn)的磁場強(qiáng)度為:H=F/qm,F(xiàn)為試驗(yàn)磁荷qm在磁場中某點(diǎn)所受的磁場力。因而,磁場中某一點(diǎn)的磁場強(qiáng)度,數(shù)值上就等于單位正磁荷在該點(diǎn)所受到磁場力。顯然,磁場強(qiáng)度的這種定義方法完全是建立在“磁荷”觀點(diǎn)基礎(chǔ)上的,“磁荷”觀點(diǎn)是一個(gè)古老的觀點(diǎn),事實(shí)上真正的磁荷并不存在。在磁庫侖定律確立三十五年以后,奧斯特發(fā)現(xiàn)電流對磁針也有磁力作用,從此,人們就揭開了磁的本質(zhì)。磁的本質(zhì)是運(yùn)動著的電荷,運(yùn)動電荷(電流)會在其周圍激發(fā)磁場。于是,在認(rèn)識了磁的本質(zhì)之后,人們再次去描述磁場強(qiáng)弱時(shí)就采用磁感應(yīng)強(qiáng)度B這個(gè)物理量了。

      2 磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B有什么關(guān)系

      事實(shí)上在近代電磁學(xué)中把磁場強(qiáng)度H僅作為描述磁場的一個(gè)輔助量,且僅在深入討論磁介質(zhì)中的磁場性質(zhì)時(shí)才出現(xiàn)。在某真空環(huán)境中,若有一電流I,則其周圍空間就充滿了磁場,某點(diǎn)的磁場強(qiáng)度可叫H?,F(xiàn)在我們設(shè)想該電流I不是存在于真空環(huán)境中而存在于充滿某種材料的空間里,我們可以稱材料為磁介質(zhì),現(xiàn)在就相當(dāng)于把磁場H加到某種材料當(dāng)中,材料受H影響會產(chǎn)生一個(gè)附加場,我們把這個(gè)過程叫做磁介質(zhì)的“磁化”,即磁介質(zhì)有了磁性,也產(chǎn)生了磁場。現(xiàn)在我們進(jìn)一步設(shè)想在磁場中的該點(diǎn)放一試探電流元,那么它感受到就是總磁場而不再是H,試探電流元感受到的總磁場即高中物理教材定義的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。綜上所述,可以把磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B關(guān)系總結(jié)如下:

      (1)H是電流I產(chǎn)生的磁場,B是試探電流元實(shí)際感受到的磁場。

      (2)H是外場,B是總場,即磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)是電流I產(chǎn)生的磁場H和磁介質(zhì)被磁化產(chǎn)生的磁場M的矢量和。

      (3)磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)可寫成:B(r)=H(r)+M(r)(為了方便高中生理解不引入磁導(dǎo)率),r表示空間處某一點(diǎn),注意上式對磁場中任何一點(diǎn)都成立。

      (4)在空間沒有磁介質(zhì)存在時(shí),也就是當(dāng)磁化強(qiáng)度M為零時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=H。

      值得一提的是,從上面的分析我們可以看出磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位應(yīng)該是相同的。磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉,1T=1N/A·m,而很多參考書又會告訴我們磁場強(qiáng)度的單位是A/m。 看似H和B單位的不同,其實(shí)僅僅是由于最開始研究力學(xué)用的單位,和開始研究電荷、電流的單位完全獨(dú)立,導(dǎo)致的一種單位換算。既然知道了B和H單位不同只是由于電流和牛頓力學(xué)導(dǎo)致的,近代電磁學(xué)為了簡化,將二者化為相同的單位,這就是電磁學(xué)里常用的高斯制。

      3 為什么把B叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度

      B(r)=H(r)+M(r),上式可以進(jìn)一步解釋,總磁場等于外加磁場和感生的磁場(磁介質(zhì)磁化產(chǎn)生的附加場)的矢量和,上式中H來源于外場,就叫它磁場強(qiáng)度;M是H磁化感應(yīng)的,就叫它磁化強(qiáng)度;而B既然表示總場,已經(jīng)考慮了感應(yīng)產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度M,就稱B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。

      4 高中物理為什么不介紹磁場強(qiáng)度H

      首先,是因?yàn)榇艌鰪?qiáng)度H僅在深入討論磁介質(zhì)中的磁場性質(zhì)時(shí)才出現(xiàn),而中學(xué)階段所討論的都是真空或空氣中的磁場。

      其次,是因?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度B是一個(gè)更基本的描述磁場強(qiáng)弱的物理量。

      (1)盡管高中物理教材磁感應(yīng)強(qiáng)度是通過B=Fmax/Il 定義的,但更本質(zhì)更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x方法應(yīng)是B=Fmax/q0v,這是因?yàn)殡姶艑W(xué)本身就是研究電磁場與電荷間相互作用及運(yùn)動規(guī)律的,其中B的方向?yàn)閙ax×的方向,具體可用右手螺旋法判定。

      (2)電流的微觀機(jī)制告訴我們,電流的本質(zhì)是載荷受力產(chǎn)生的漂移,所以粒子模型比電流模型更加基本。

      (3)H是通過電流的磁效應(yīng)得到的,B是通過粒子在磁場中的運(yùn)動定義的,由于粒子模型比電流模型更加基本所以磁感應(yīng)強(qiáng)度B比磁場強(qiáng)度H更加基本。新課程基本理念之一是在課程內(nèi)容上體現(xiàn)基礎(chǔ)性,所以高中物理教科書選用磁感應(yīng)強(qiáng)度B這一更基本、更基礎(chǔ)的物理量來描述磁場的性質(zhì)也就不足為奇了。

      參考文獻(xiàn):

      [1]梁燦斌,秦光戎,梁竹健.電磁學(xué)[M].北京:高等教出版社,1980.

      [2]中華人名共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))[S].北京:人民教育出版社,2003.

      [3]鄒書云.《磁場對運(yùn)動電荷的作用》教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理教學(xué)探討,2009,(11):22.

      (欄目編輯 羅琬華)

      摘 要:新課程背景下的物理教學(xué),要培養(yǎng)學(xué)生的問題意識,質(zhì)疑能力和創(chuàng)新精神,面對學(xué)生的各種問題,教師要在高中范圍內(nèi)為學(xué)生尋求盡可能清晰的解答,不能一味敷衍了事。本文從三個(gè)方面簡單介紹了磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B兩個(gè)物理量的相關(guān)內(nèi)容,同時(shí)介紹了高中物理教材對兩個(gè)量的不同處理及其原因,以期為一些同學(xué)答疑解惑,給一線教師以啟發(fā)。

      關(guān)鍵詞:磁荷;磁場強(qiáng)度;磁感應(yīng)強(qiáng)度;磁化強(qiáng)度;粒子模型

      中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2014)7(S)-0040-2

      筆者在進(jìn)行人教版新教材選修3-1第三章《磁場》第2節(jié)《磁感應(yīng)強(qiáng)度》的教學(xué)時(shí),通過演示實(shí)驗(yàn)和與電場強(qiáng)度的定義類比來突破難點(diǎn),形成磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念。在教學(xué)過程中,有學(xué)生當(dāng)堂提問,既然把磁場和電場進(jìn)行類比,為什么不把磁感應(yīng)強(qiáng)度叫做磁場強(qiáng)度呢?這個(gè)問題大概每屆學(xué)生都會問,筆者自然答道,歷史上“磁場強(qiáng)度”這一名稱已用來描述其他物理量了。誰知該學(xué)生又追問道,“磁場強(qiáng)度”到底是什么物理量呢,這個(gè)量也是用來描述磁場性質(zhì)的嗎,如果是,它和“磁感應(yīng)強(qiáng)度”又有什么區(qū)別和聯(lián)系呢,高中物理為什么不對其進(jìn)行詳細(xì)介紹呢?縱觀教材和教師教學(xué)用書對這些問題都沒有詳細(xì)說明,筆者覺得欠這個(gè)學(xué)生一個(gè)簡單易懂的回答,于是就有了以下文字。(以下討論僅限高中范圍)

      1 磁場強(qiáng)度H到底是什么

      磁場強(qiáng)度是通過類比磁場和電場,基于磁荷的觀點(diǎn),是由庫倫提出的用于描述磁場強(qiáng)弱的物理量。1785年庫侖仿照研究電場的方法,確立了磁庫侖定律:兩磁荷間引力和斥力大小與它們的磁荷強(qiáng)度乘積成正比,與它們之間的距離平方成反比,即F=Kqm1·qm2/r2。由此定義磁場中某一點(diǎn)的磁場強(qiáng)度為:H=F/qm,F(xiàn)為試驗(yàn)磁荷qm在磁場中某點(diǎn)所受的磁場力。因而,磁場中某一點(diǎn)的磁場強(qiáng)度,數(shù)值上就等于單位正磁荷在該點(diǎn)所受到磁場力。顯然,磁場強(qiáng)度的這種定義方法完全是建立在“磁荷”觀點(diǎn)基礎(chǔ)上的,“磁荷”觀點(diǎn)是一個(gè)古老的觀點(diǎn),事實(shí)上真正的磁荷并不存在。在磁庫侖定律確立三十五年以后,奧斯特發(fā)現(xiàn)電流對磁針也有磁力作用,從此,人們就揭開了磁的本質(zhì)。磁的本質(zhì)是運(yùn)動著的電荷,運(yùn)動電荷(電流)會在其周圍激發(fā)磁場。于是,在認(rèn)識了磁的本質(zhì)之后,人們再次去描述磁場強(qiáng)弱時(shí)就采用磁感應(yīng)強(qiáng)度B這個(gè)物理量了。

      2 磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B有什么關(guān)系

      事實(shí)上在近代電磁學(xué)中把磁場強(qiáng)度H僅作為描述磁場的一個(gè)輔助量,且僅在深入討論磁介質(zhì)中的磁場性質(zhì)時(shí)才出現(xiàn)。在某真空環(huán)境中,若有一電流I,則其周圍空間就充滿了磁場,某點(diǎn)的磁場強(qiáng)度可叫H?,F(xiàn)在我們設(shè)想該電流I不是存在于真空環(huán)境中而存在于充滿某種材料的空間里,我們可以稱材料為磁介質(zhì),現(xiàn)在就相當(dāng)于把磁場H加到某種材料當(dāng)中,材料受H影響會產(chǎn)生一個(gè)附加場,我們把這個(gè)過程叫做磁介質(zhì)的“磁化”,即磁介質(zhì)有了磁性,也產(chǎn)生了磁場?,F(xiàn)在我們進(jìn)一步設(shè)想在磁場中的該點(diǎn)放一試探電流元,那么它感受到就是總磁場而不再是H,試探電流元感受到的總磁場即高中物理教材定義的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。綜上所述,可以把磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B關(guān)系總結(jié)如下:

      (1)H是電流I產(chǎn)生的磁場,B是試探電流元實(shí)際感受到的磁場。

      (2)H是外場,B是總場,即磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)是電流I產(chǎn)生的磁場H和磁介質(zhì)被磁化產(chǎn)生的磁場M的矢量和。

      (3)磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)可寫成:B(r)=H(r)+M(r)(為了方便高中生理解不引入磁導(dǎo)率),r表示空間處某一點(diǎn),注意上式對磁場中任何一點(diǎn)都成立。

      (4)在空間沒有磁介質(zhì)存在時(shí),也就是當(dāng)磁化強(qiáng)度M為零時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=H。

      值得一提的是,從上面的分析我們可以看出磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位應(yīng)該是相同的。磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉,1T=1N/A·m,而很多參考書又會告訴我們磁場強(qiáng)度的單位是A/m。 看似H和B單位的不同,其實(shí)僅僅是由于最開始研究力學(xué)用的單位,和開始研究電荷、電流的單位完全獨(dú)立,導(dǎo)致的一種單位換算。既然知道了B和H單位不同只是由于電流和牛頓力學(xué)導(dǎo)致的,近代電磁學(xué)為了簡化,將二者化為相同的單位,這就是電磁學(xué)里常用的高斯制。

      3 為什么把B叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度

      B(r)=H(r)+M(r),上式可以進(jìn)一步解釋,總磁場等于外加磁場和感生的磁場(磁介質(zhì)磁化產(chǎn)生的附加場)的矢量和,上式中H來源于外場,就叫它磁場強(qiáng)度;M是H磁化感應(yīng)的,就叫它磁化強(qiáng)度;而B既然表示總場,已經(jīng)考慮了感應(yīng)產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度M,就稱B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。

      4 高中物理為什么不介紹磁場強(qiáng)度H

      首先,是因?yàn)榇艌鰪?qiáng)度H僅在深入討論磁介質(zhì)中的磁場性質(zhì)時(shí)才出現(xiàn),而中學(xué)階段所討論的都是真空或空氣中的磁場。

      其次,是因?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度B是一個(gè)更基本的描述磁場強(qiáng)弱的物理量。

      (1)盡管高中物理教材磁感應(yīng)強(qiáng)度是通過B=Fmax/Il 定義的,但更本質(zhì)更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x方法應(yīng)是B=Fmax/q0v,這是因?yàn)殡姶艑W(xué)本身就是研究電磁場與電荷間相互作用及運(yùn)動規(guī)律的,其中B的方向?yàn)閙ax×的方向,具體可用右手螺旋法判定。

      (2)電流的微觀機(jī)制告訴我們,電流的本質(zhì)是載荷受力產(chǎn)生的漂移,所以粒子模型比電流模型更加基本。

      (3)H是通過電流的磁效應(yīng)得到的,B是通過粒子在磁場中的運(yùn)動定義的,由于粒子模型比電流模型更加基本所以磁感應(yīng)強(qiáng)度B比磁場強(qiáng)度H更加基本。新課程基本理念之一是在課程內(nèi)容上體現(xiàn)基礎(chǔ)性,所以高中物理教科書選用磁感應(yīng)強(qiáng)度B這一更基本、更基礎(chǔ)的物理量來描述磁場的性質(zhì)也就不足為奇了。

      參考文獻(xiàn):

      [1]梁燦斌,秦光戎,梁竹健.電磁學(xué)[M].北京:高等教出版社,1980.

      [2]中華人名共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))[S].北京:人民教育出版社,2003.

      [3]鄒書云.《磁場對運(yùn)動電荷的作用》教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理教學(xué)探討,2009,(11):22.

      (欄目編輯 羅琬華)

      摘 要:新課程背景下的物理教學(xué),要培養(yǎng)學(xué)生的問題意識,質(zhì)疑能力和創(chuàng)新精神,面對學(xué)生的各種問題,教師要在高中范圍內(nèi)為學(xué)生尋求盡可能清晰的解答,不能一味敷衍了事。本文從三個(gè)方面簡單介紹了磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B兩個(gè)物理量的相關(guān)內(nèi)容,同時(shí)介紹了高中物理教材對兩個(gè)量的不同處理及其原因,以期為一些同學(xué)答疑解惑,給一線教師以啟發(fā)。

      關(guān)鍵詞:磁荷;磁場強(qiáng)度;磁感應(yīng)強(qiáng)度;磁化強(qiáng)度;粒子模型

      中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2014)7(S)-0040-2

      筆者在進(jìn)行人教版新教材選修3-1第三章《磁場》第2節(jié)《磁感應(yīng)強(qiáng)度》的教學(xué)時(shí),通過演示實(shí)驗(yàn)和與電場強(qiáng)度的定義類比來突破難點(diǎn),形成磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念。在教學(xué)過程中,有學(xué)生當(dāng)堂提問,既然把磁場和電場進(jìn)行類比,為什么不把磁感應(yīng)強(qiáng)度叫做磁場強(qiáng)度呢?這個(gè)問題大概每屆學(xué)生都會問,筆者自然答道,歷史上“磁場強(qiáng)度”這一名稱已用來描述其他物理量了。誰知該學(xué)生又追問道,“磁場強(qiáng)度”到底是什么物理量呢,這個(gè)量也是用來描述磁場性質(zhì)的嗎,如果是,它和“磁感應(yīng)強(qiáng)度”又有什么區(qū)別和聯(lián)系呢,高中物理為什么不對其進(jìn)行詳細(xì)介紹呢?縱觀教材和教師教學(xué)用書對這些問題都沒有詳細(xì)說明,筆者覺得欠這個(gè)學(xué)生一個(gè)簡單易懂的回答,于是就有了以下文字。(以下討論僅限高中范圍)

      1 磁場強(qiáng)度H到底是什么

      磁場強(qiáng)度是通過類比磁場和電場,基于磁荷的觀點(diǎn),是由庫倫提出的用于描述磁場強(qiáng)弱的物理量。1785年庫侖仿照研究電場的方法,確立了磁庫侖定律:兩磁荷間引力和斥力大小與它們的磁荷強(qiáng)度乘積成正比,與它們之間的距離平方成反比,即F=Kqm1·qm2/r2。由此定義磁場中某一點(diǎn)的磁場強(qiáng)度為:H=F/qm,F(xiàn)為試驗(yàn)磁荷qm在磁場中某點(diǎn)所受的磁場力。因而,磁場中某一點(diǎn)的磁場強(qiáng)度,數(shù)值上就等于單位正磁荷在該點(diǎn)所受到磁場力。顯然,磁場強(qiáng)度的這種定義方法完全是建立在“磁荷”觀點(diǎn)基礎(chǔ)上的,“磁荷”觀點(diǎn)是一個(gè)古老的觀點(diǎn),事實(shí)上真正的磁荷并不存在。在磁庫侖定律確立三十五年以后,奧斯特發(fā)現(xiàn)電流對磁針也有磁力作用,從此,人們就揭開了磁的本質(zhì)。磁的本質(zhì)是運(yùn)動著的電荷,運(yùn)動電荷(電流)會在其周圍激發(fā)磁場。于是,在認(rèn)識了磁的本質(zhì)之后,人們再次去描述磁場強(qiáng)弱時(shí)就采用磁感應(yīng)強(qiáng)度B這個(gè)物理量了。

      2 磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B有什么關(guān)系

      事實(shí)上在近代電磁學(xué)中把磁場強(qiáng)度H僅作為描述磁場的一個(gè)輔助量,且僅在深入討論磁介質(zhì)中的磁場性質(zhì)時(shí)才出現(xiàn)。在某真空環(huán)境中,若有一電流I,則其周圍空間就充滿了磁場,某點(diǎn)的磁場強(qiáng)度可叫H?,F(xiàn)在我們設(shè)想該電流I不是存在于真空環(huán)境中而存在于充滿某種材料的空間里,我們可以稱材料為磁介質(zhì),現(xiàn)在就相當(dāng)于把磁場H加到某種材料當(dāng)中,材料受H影響會產(chǎn)生一個(gè)附加場,我們把這個(gè)過程叫做磁介質(zhì)的“磁化”,即磁介質(zhì)有了磁性,也產(chǎn)生了磁場。現(xiàn)在我們進(jìn)一步設(shè)想在磁場中的該點(diǎn)放一試探電流元,那么它感受到就是總磁場而不再是H,試探電流元感受到的總磁場即高中物理教材定義的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。綜上所述,可以把磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B關(guān)系總結(jié)如下:

      (1)H是電流I產(chǎn)生的磁場,B是試探電流元實(shí)際感受到的磁場。

      (2)H是外場,B是總場,即磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)是電流I產(chǎn)生的磁場H和磁介質(zhì)被磁化產(chǎn)生的磁場M的矢量和。

      (3)磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)可寫成:B(r)=H(r)+M(r)(為了方便高中生理解不引入磁導(dǎo)率),r表示空間處某一點(diǎn),注意上式對磁場中任何一點(diǎn)都成立。

      (4)在空間沒有磁介質(zhì)存在時(shí),也就是當(dāng)磁化強(qiáng)度M為零時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=H。

      值得一提的是,從上面的分析我們可以看出磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位應(yīng)該是相同的。磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉,1T=1N/A·m,而很多參考書又會告訴我們磁場強(qiáng)度的單位是A/m。 看似H和B單位的不同,其實(shí)僅僅是由于最開始研究力學(xué)用的單位,和開始研究電荷、電流的單位完全獨(dú)立,導(dǎo)致的一種單位換算。既然知道了B和H單位不同只是由于電流和牛頓力學(xué)導(dǎo)致的,近代電磁學(xué)為了簡化,將二者化為相同的單位,這就是電磁學(xué)里常用的高斯制。

      3 為什么把B叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度

      B(r)=H(r)+M(r),上式可以進(jìn)一步解釋,總磁場等于外加磁場和感生的磁場(磁介質(zhì)磁化產(chǎn)生的附加場)的矢量和,上式中H來源于外場,就叫它磁場強(qiáng)度;M是H磁化感應(yīng)的,就叫它磁化強(qiáng)度;而B既然表示總場,已經(jīng)考慮了感應(yīng)產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度M,就稱B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。

      4 高中物理為什么不介紹磁場強(qiáng)度H

      首先,是因?yàn)榇艌鰪?qiáng)度H僅在深入討論磁介質(zhì)中的磁場性質(zhì)時(shí)才出現(xiàn),而中學(xué)階段所討論的都是真空或空氣中的磁場。

      其次,是因?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度B是一個(gè)更基本的描述磁場強(qiáng)弱的物理量。

      (1)盡管高中物理教材磁感應(yīng)強(qiáng)度是通過B=Fmax/Il 定義的,但更本質(zhì)更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x方法應(yīng)是B=Fmax/q0v,這是因?yàn)殡姶艑W(xué)本身就是研究電磁場與電荷間相互作用及運(yùn)動規(guī)律的,其中B的方向?yàn)閙ax×的方向,具體可用右手螺旋法判定。

      (2)電流的微觀機(jī)制告訴我們,電流的本質(zhì)是載荷受力產(chǎn)生的漂移,所以粒子模型比電流模型更加基本。

      (3)H是通過電流的磁效應(yīng)得到的,B是通過粒子在磁場中的運(yùn)動定義的,由于粒子模型比電流模型更加基本所以磁感應(yīng)強(qiáng)度B比磁場強(qiáng)度H更加基本。新課程基本理念之一是在課程內(nèi)容上體現(xiàn)基礎(chǔ)性,所以高中物理教科書選用磁感應(yīng)強(qiáng)度B這一更基本、更基礎(chǔ)的物理量來描述磁場的性質(zhì)也就不足為奇了。

      參考文獻(xiàn):

      [1]梁燦斌,秦光戎,梁竹健.電磁學(xué)[M].北京:高等教出版社,1980.

      [2]中華人名共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))[S].北京:人民教育出版社,2003.

      [3]鄒書云.《磁場對運(yùn)動電荷的作用》教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理教學(xué)探討,2009,(11):22.

      (欄目編輯 羅琬華)

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