論“磁通量變化是電磁感應現象的決定條件嗎”

張宣貴

(攀枝花市教育科學研究所 四川 攀枝花 617000)

1 引言

《磁通量變化是電磁感應現象的決定條件嗎》[1]一文針對本校的一單元考試題用兩種方法解答得出了不同的結論，從而對人教版高中《物理·選修3-2》有關電磁感應的相關結論“只要穿過閉合回路的磁通量發生變化，閉合導體回路中就有感應電流”提出質凝，并進一步舉例得出“磁通量變化但無電磁感應現象”和“磁通量不變但有電磁感應現象”兩種情況，從而得出結論：“磁通量變化并不是產生電磁感應現象的充分必要條件”，指出教材通過幾個實驗及事實得出的結論，“只要穿過閉合回路的磁通量發生變化，閉合導體回路中就有感應電流”，不具普遍性，進一步提出“法拉第電磁感應定律也不具普遍性”這個具有挑戰性的問題，并以“圓盤發電機”為例進行進一步分析說明，大有挑戰“法拉第電磁感應定律”權威的味道.

筆者細讀此文后發現，二位作者引述的例題背景根本就不可能存在，對“圓盤發電機”的分析也是錯誤的.現分析于后，供大家參考.

2 問題分析

我們先來看文獻[1]中所舉的例題：

圖1 題圖

文獻[1]的作者用兩種解法，得出兩個不同的結論.

解法2：線圈從圖示位置開始旋轉至53°過程中，線圈所有邊都沒有切割磁感線運動，故電動勢為零.

兩種解法得出了兩個結論，作者進一步分析指出,“電磁感應現象的本質取決于兩種情況：變化的磁場激發感生電場，使得自由電荷受到感生電場力(非靜電力)并對其做功；導體內自由電荷由于運動受到洛倫茲力及分子間作用力共同作用，最終實現非靜電力對其做功”.作者用這一思路對上述例題進行了分析，得出了相同的結論.于是作者進一步提出“磁通量不變但有電磁感應現象”，舉出下面的例子并分析.

如圖2所示，線圈平面與磁場平行，且一部分在勻強磁場外.當整個線圈垂直磁場方向向紙里或向紙外運動時，穿過線圈的磁通量一直為零，即磁通量不變.但是AD邊顯然切割磁感線運動，會產生感應電動勢，最終線圈ABCD產生感應電流.

圖2 磁通量不變但有電磁感應現象圖示

作者進一步分析“圓盤發電機”也是“磁通量不變”而“有電磁感應現象”的結論，進而對法拉第電磁感應定律的普遍性提出質凝.

作者的上述分析看起來好像很有道理，其實用電磁感應的普遍原理去分析，上述例題的背景是完全不存在的.

根據麥克思維方程組

·B=0

可以看出，磁場的散度為零，即不存在磁感線終止的情況.實際上，勻強磁場是一個理想化的模型，它可以在一個通電的無限長直密繞螺線管內部產生，這樣的話，勻強磁場的磁感線應該是無限延長的，任何線圈在磁場中都不會出現文獻[1]中兩個例題的磁場背景，因此該文的結論是完全錯誤的.至于該文中關于“圓盤發電機”問題的分析，是將閉合回路選錯，這里就不再分析了.

上述例題的背景只能是圖3所示的情況，即線圈只能在磁場中，兩例題所描述的線圈運動，不管用“磁通量變化”還是“導體切割磁感線運動”來分析，得出的結論都是一致的.實際上“導體切割磁感線運動”只是電磁感應問題的一個特例，是學生學習磁通量概念前判斷電磁感應的一種方法，自然應該統一到法拉第電磁感應定律中來.

圖3 原題的實際情況

3 啟示

中學物理教學中我們經常會編制一些試題.大多數情況下選取的物理情境都是教師編出來的，有時候就會編出如文獻[1]所出現的錯誤背景，又不用理論物理的知識進行分析，得出錯誤結論，再教給學生，那就誤人子弟了.因此，我們在編制試題時，最好用物理的典型模型，或是典型模型的組合，或實際問題的簡化模型.

教材中物理規律的文字表述，雖然只是在幾個例子后給出的，但規律本身是經過物理學家長期的實驗總結出來的，應該具有普遍性，當然它有適用條件.我們在教學中如果出現與物理基本規律相矛盾的問題，不應該輕易地去否定物理規律，而應該用理論物理的知識去進行正確的分析.因此，作為一位中學教師，教學一段時間后，再去讀讀大學物理是很有必要的，至少應該去讀讀《普通物理》.

1 周恩煜，劉大明.磁通量變化是電磁感應現象的決定條件嗎.教學考試·理論實踐,2017(3):17～19

2 郭碩鴻.電動力學.北京：人民教育出版社,1979.19～23