淺談對磁場強度H和磁感應強度B的認識

周復忠

摘 要：新課程背景下的物理教學，要培養學生的問題意識，質疑能力和創新精神，面對學生的各種問題，教師要在高中范圍內為學生尋求盡可能清晰的解答，不能一味敷衍了事。本文從三個方面簡單介紹了磁場強度H和磁感應強度B兩個物理量的相關內容，同時介紹了高中物理教材對兩個量的不同處理及其原因，以期為一些同學答疑解惑，給一線教師以啟發。

關鍵詞：磁荷；磁場強度；磁感應強度；磁化強度；粒子模型

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

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

1 磁場強度H到底是什么

磁場強度是通過類比磁場和電場，基于磁荷的觀點，是由庫倫提出的用于描述磁場強弱的物理量。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的磁場強度為：H=F/qm，F為試驗磁荷qm在磁場中某點所受的磁場力。因而，磁場中某一點的磁場強度，數值上就等于單位正磁荷在該點所受到磁場力。顯然，磁場強度的這種定義方法完全是建立在“磁荷”觀點基礎上的，“磁荷”觀點是一個古老的觀點，事實上真正的磁荷并不存在。在磁庫侖定律確立三十五年以后，奧斯特發現電流對磁針也有磁力作用，從此，人們就揭開了磁的本質。磁的本質是運動著的電荷，運動電荷（電流）會在其周圍激發磁場。于是，在認識了磁的本質之后，人們再次去描述磁場強弱時就采用磁感應強度B這個物理量了。

2 磁場強度H和磁感應強度B有什么關系

事實上在近代電磁學中把磁場強度H僅作為描述磁場的一個輔助量，且僅在深入討論磁介質中的磁場性質時才出現。在某真空環境中，若有一電流I，則其周圍空間就充滿了磁場，某點的磁場強度可叫H?，F在我們設想該電流I不是存在于真空環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，現在就相當于把磁場H加到某種材料當中，材料受H影響會產生一個附加場，我們把這個過程叫做磁介質的“磁化”，即磁介質有了磁性，也產生了磁場?，F在我們進一步設想在磁場中的該點放一試探電流元，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強度B。綜上所述，可以把磁場強度H和磁感應強度B關系總結如下：

（1）H是電流I產生的磁場，B是試探電流元實際感受到的磁場。

（2）H是外場，B是總場，即磁感應強度B應是電流I產生的磁場H和磁介質被磁化產生的磁場M的矢量和。

（3）磁場強度H和磁感應強度B關系的數學表達可寫成：B（r）=H（r）+M（r）（為了方便高中生理解不引入磁導率），r表示空間處某一點，注意上式對磁場中任何一點都成立。

（4）在空間沒有磁介質存在時，也就是當磁化強度M為零時，磁感應強度B=H。

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

3 為什么把B叫做磁感應強度

B（r）=H（r）+M（r），上式可以進一步解釋，總磁場等于外加磁場和感生的磁場（磁介質磁化產生的附加場）的矢量和，上式中H來源于外場，就叫它磁場強度；M是H磁化感應的，就叫它磁化強度；而B既然表示總場，已經考慮了感應產生的磁化強度M，就稱B為磁感應強度。

4 高中物理為什么不介紹磁場強度H

首先，是因為磁場強度H僅在深入討論磁介質中的磁場性質時才出現，而中學階段所討論的都是真空或空氣中的磁場。

其次，是因為磁感應強度B是一個更基本的描述磁場強弱的物理量。

（1）盡管高中物理教材磁感應強度是通過B=Fmax/Il 定義的，但更本質更嚴謹的定義方法應是B=Fmax/q0v，這是因為電磁學本身就是研究電磁場與電荷間相互作用及運動規律的，其中B的方向為max×的方向，具體可用右手螺旋法判定。

（2）電流的微觀機制告訴我們，電流的本質是載荷受力產生的漂移，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得到的，B是通過粒子在磁場中的運動定義的，由于粒子模型比電流模型更加基本所以磁感應強度B比磁場強度H更加基本。新課程基本理念之一是在課程內容上體現基礎性，所以高中物理教科書選用磁感應強度B這一更基本、更基礎的物理量來描述磁場的性質也就不足為奇了。

參考文獻：

[1]梁燦斌，秦光戎，梁竹健.電磁學[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準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[3]鄒書云.《磁場對運動電荷的作用》教學設計[J].物理教學探討，2009，（11）：22.

（欄目編輯 羅琬華）

摘 要：新課程背景下的物理教學，要培養學生的問題意識，質疑能力和創新精神，面對學生的各種問題，教師要在高中范圍內為學生尋求盡可能清晰的解答，不能一味敷衍了事。本文從三個方面簡單介紹了磁場強度H和磁感應強度B兩個物理量的相關內容，同時介紹了高中物理教材對兩個量的不同處理及其原因，以期為一些同學答疑解惑，給一線教師以啟發。

關鍵詞：磁荷；磁場強度；磁感應強度；磁化強度；粒子模型

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

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

1 磁場強度H到底是什么

磁場強度是通過類比磁場和電場，基于磁荷的觀點，是由庫倫提出的用于描述磁場強弱的物理量。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的磁場強度為：H=F/qm，F為試驗磁荷qm在磁場中某點所受的磁場力。因而，磁場中某一點的磁場強度，數值上就等于單位正磁荷在該點所受到磁場力。顯然，磁場強度的這種定義方法完全是建立在“磁荷”觀點基礎上的，“磁荷”觀點是一個古老的觀點，事實上真正的磁荷并不存在。在磁庫侖定律確立三十五年以后，奧斯特發現電流對磁針也有磁力作用，從此，人們就揭開了磁的本質。磁的本質是運動著的電荷，運動電荷（電流）會在其周圍激發磁場。于是，在認識了磁的本質之后，人們再次去描述磁場強弱時就采用磁感應強度B這個物理量了。

2 磁場強度H和磁感應強度B有什么關系

事實上在近代電磁學中把磁場強度H僅作為描述磁場的一個輔助量，且僅在深入討論磁介質中的磁場性質時才出現。在某真空環境中，若有一電流I，則其周圍空間就充滿了磁場，某點的磁場強度可叫H?，F在我們設想該電流I不是存在于真空環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，現在就相當于把磁場H加到某種材料當中，材料受H影響會產生一個附加場，我們把這個過程叫做磁介質的“磁化”，即磁介質有了磁性，也產生了磁場?，F在我們進一步設想在磁場中的該點放一試探電流元，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強度B。綜上所述，可以把磁場強度H和磁感應強度B關系總結如下：

（1）H是電流I產生的磁場，B是試探電流元實際感受到的磁場。

（2）H是外場，B是總場，即磁感應強度B應是電流I產生的磁場H和磁介質被磁化產生的磁場M的矢量和。

（3）磁場強度H和磁感應強度B關系的數學表達可寫成：B（r）=H（r）+M（r）（為了方便高中生理解不引入磁導率），r表示空間處某一點，注意上式對磁場中任何一點都成立。

（4）在空間沒有磁介質存在時，也就是當磁化強度M為零時，磁感應強度B=H。

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

3 為什么把B叫做磁感應強度

B（r）=H（r）+M（r），上式可以進一步解釋，總磁場等于外加磁場和感生的磁場（磁介質磁化產生的附加場）的矢量和，上式中H來源于外場，就叫它磁場強度；M是H磁化感應的，就叫它磁化強度；而B既然表示總場，已經考慮了感應產生的磁化強度M，就稱B為磁感應強度。

4 高中物理為什么不介紹磁場強度H

首先，是因為磁場強度H僅在深入討論磁介質中的磁場性質時才出現，而中學階段所討論的都是真空或空氣中的磁場。

其次，是因為磁感應強度B是一個更基本的描述磁場強弱的物理量。

（1）盡管高中物理教材磁感應強度是通過B=Fmax/Il 定義的，但更本質更嚴謹的定義方法應是B=Fmax/q0v，這是因為電磁學本身就是研究電磁場與電荷間相互作用及運動規律的，其中B的方向為max×的方向，具體可用右手螺旋法判定。

（2）電流的微觀機制告訴我們，電流的本質是載荷受力產生的漂移，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得到的，B是通過粒子在磁場中的運動定義的，由于粒子模型比電流模型更加基本所以磁感應強度B比磁場強度H更加基本。新課程基本理念之一是在課程內容上體現基礎性，所以高中物理教科書選用磁感應強度B這一更基本、更基礎的物理量來描述磁場的性質也就不足為奇了。

參考文獻：

[1]梁燦斌，秦光戎，梁竹健.電磁學[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準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[3]鄒書云.《磁場對運動電荷的作用》教學設計[J].物理教學探討，2009，（11）：22.

（欄目編輯 羅琬華）

摘 要：新課程背景下的物理教學，要培養學生的問題意識，質疑能力和創新精神，面對學生的各種問題，教師要在高中范圍內為學生尋求盡可能清晰的解答，不能一味敷衍了事。本文從三個方面簡單介紹了磁場強度H和磁感應強度B兩個物理量的相關內容，同時介紹了高中物理教材對兩個量的不同處理及其原因，以期為一些同學答疑解惑，給一線教師以啟發。

關鍵詞：磁荷；磁場強度；磁感應強度；磁化強度；粒子模型

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

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

1 磁場強度H到底是什么

磁場強度是通過類比磁場和電場，基于磁荷的觀點，是由庫倫提出的用于描述磁場強弱的物理量。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的磁場強度為：H=F/qm，F為試驗磁荷qm在磁場中某點所受的磁場力。因而，磁場中某一點的磁場強度，數值上就等于單位正磁荷在該點所受到磁場力。顯然，磁場強度的這種定義方法完全是建立在“磁荷”觀點基礎上的，“磁荷”觀點是一個古老的觀點，事實上真正的磁荷并不存在。在磁庫侖定律確立三十五年以后，奧斯特發現電流對磁針也有磁力作用，從此，人們就揭開了磁的本質。磁的本質是運動著的電荷，運動電荷（電流）會在其周圍激發磁場。于是，在認識了磁的本質之后，人們再次去描述磁場強弱時就采用磁感應強度B這個物理量了。

2 磁場強度H和磁感應強度B有什么關系

事實上在近代電磁學中把磁場強度H僅作為描述磁場的一個輔助量，且僅在深入討論磁介質中的磁場性質時才出現。在某真空環境中，若有一電流I，則其周圍空間就充滿了磁場，某點的磁場強度可叫H?，F在我們設想該電流I不是存在于真空環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，現在就相當于把磁場H加到某種材料當中，材料受H影響會產生一個附加場，我們把這個過程叫做磁介質的“磁化”，即磁介質有了磁性，也產生了磁場?，F在我們進一步設想在磁場中的該點放一試探電流元，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強度B。綜上所述，可以把磁場強度H和磁感應強度B關系總結如下：

（1）H是電流I產生的磁場，B是試探電流元實際感受到的磁場。

（2）H是外場，B是總場，即磁感應強度B應是電流I產生的磁場H和磁介質被磁化產生的磁場M的矢量和。

（3）磁場強度H和磁感應強度B關系的數學表達可寫成：B（r）=H（r）+M（r）（為了方便高中生理解不引入磁導率），r表示空間處某一點，注意上式對磁場中任何一點都成立。

（4）在空間沒有磁介質存在時，也就是當磁化強度M為零時，磁感應強度B=H。

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

3 為什么把B叫做磁感應強度

B（r）=H（r）+M（r），上式可以進一步解釋，總磁場等于外加磁場和感生的磁場（磁介質磁化產生的附加場）的矢量和，上式中H來源于外場，就叫它磁場強度；M是H磁化感應的，就叫它磁化強度；而B既然表示總場，已經考慮了感應產生的磁化強度M，就稱B為磁感應強度。

4 高中物理為什么不介紹磁場強度H

首先，是因為磁場強度H僅在深入討論磁介質中的磁場性質時才出現，而中學階段所討論的都是真空或空氣中的磁場。

其次，是因為磁感應強度B是一個更基本的描述磁場強弱的物理量。

（1）盡管高中物理教材磁感應強度是通過B=Fmax/Il 定義的，但更本質更嚴謹的定義方法應是B=Fmax/q0v，這是因為電磁學本身就是研究電磁場與電荷間相互作用及運動規律的，其中B的方向為max×的方向，具體可用右手螺旋法判定。

（2）電流的微觀機制告訴我們，電流的本質是載荷受力產生的漂移，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得到的，B是通過粒子在磁場中的運動定義的，由于粒子模型比電流模型更加基本所以磁感應強度B比磁場強度H更加基本。新課程基本理念之一是在課程內容上體現基礎性，所以高中物理教科書選用磁感應強度B這一更基本、更基礎的物理量來描述磁場的性質也就不足為奇了。

參考文獻：

[1]梁燦斌，秦光戎，梁竹健.電磁學[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準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[3]鄒書云.《磁場對運動電荷的作用》教學設計[J].物理教學探討，2009，（11）：22.

（欄目編輯 羅琬華）