引用格式：佟大珍，邢红军，任红梅。 初中物理“磁悬浮”内容的透视与重构[J]. 中学物理, 2019, 37(20): 19-21.
1. 提出问题
“磁悬浮列车”是初中物理“电与磁”章节中的一个生动案例，并在各版本教材中被引用。 然而，对其原理的理解长期以来一直存在争议，焦点是“磁浮列车悬浮的原理到底是什么？”。 目前普遍的理解是：“列车之所以能够漂浮，是因为轨道对其施加了垂直向上的斥力。因此，磁浮列车漂浮的原理就是同名磁极相互排斥。” 然而细心的读者发现，课本上对磁悬浮列车原理的描述并不是这样的，而是“磁极之间的相互作用”。 这直接引发了关于磁悬浮原理的讨论[1][2]。 尽管如此，却很少有评论者从教材内容呈现的角度去寻找原因，导致这个问题一直持续至今。 笔者认为，这个麻烦的根源在于教科书。 虽然不同版本的初中物理教科书都描述了这个问题，但没有教科书详细解释磁浮列车的工作原理。
2.磁浮列车教材介绍
以人民教育出版社教材为例，对磁浮列车的介绍是：“目前许多国家都在研制高速磁浮列车，使用的磁铁大多是携带强电流的电磁铁。磁浮列车放置在车厢内和车厢内。”磁极相对，由于磁极之间的相互作用，列车可以在轨道上方几厘米的高度飞行，避免了车轮与轨道的摩擦，突破了速度限制。以前的列车，时速可以运行500公里以上，这几乎是短途飞机的速度，噪音低，功率损耗小，稳定性高。2003年，磁浮铁路从上海龙阳路开始，我国至浦东机场成为世界上第一条商业运营的磁浮铁路。” [3]从描述中不难发现，列车漂浮的原理是“磁极之间的相互作用”。
进一步整理现行版本的初中物理教材，对磁浮列车漂浮原理的描述如表1所示。
表1 不同版本教材对磁悬浮原理的描述
教科书版本
原则
人民教育出版社
磁极之间的相互作用
北京师范大学版[4]
磁场相互作用
江苏教育版[5]
磁极之间的相互作用
浙江教育版[6]
同名磁极相互排斥，不同名称磁极相互吸引。
通过对比不同版本教材中对磁浮列车悬浮原理的描述可以看出，教材中对磁浮列车悬浮原理的描述虽然略有差异，但本质上都是“磁极之间的相互作用”，包括“同名磁极相互排斥”和“不同名称磁极相互吸引”。 那么，什么样的磁浮列车利用了“同名磁极互斥”的原理呢？ 什么样的磁浮列车利用了“异名磁极相吸”的原理？ 它们如何工作？ 对于这个关键问题，各个版本的教材并不清楚，影响了初中生对磁浮列车的理解。 因此，研究磁浮列车的悬浮原理是解决磁浮列车困惑的关键。
三、磁浮列车的分类
根据悬浮原理，磁浮列车可分为以日本为代表的超导磁悬浮（EDS）磁浮列车和以德国为代表的常导磁吸（EMS）磁浮列车[7]。 这两列火车采用不同的方法来使火车保持在空中，并且这两种方法都被证明是实用的。
EDS（nsion）磁浮列车悬架系统结构示意图如图1所示。该型列车在车辆底部装有超导磁体，并在车体两侧铺设一系列铝环线圈。追踪。 列车运行时，电流通过列车上的线圈（超导磁体）产生强磁场，被地面上的“U”形线圈（铝环）切割，产生感应电流。铝环中的电流。 感应电流产生的磁场与车辆上超导磁体的磁场方向相反，两个磁场产生排斥力。 当斥力大于车辆的重量时，车辆就会漂浮。 因此，EDS磁浮列车的悬浮原理是“同名磁极互斥”，悬浮原理图如图2所示。
EMS（）型磁浮列车悬架系统结构示意图如图3所示。该类列车在车辆两侧的转向架（“腿”）上装有车身线圈，轨道线圈铺设车体的“两条腿”环绕在“T”形导轨上，车体“两条腿”环绕“T”形轨道。 列车运行时，同时向车体线圈和轨道线圈通入电流，使相对的轨道线圈和车体线圈产生相反的磁极。 在磁场的作用下，产生强大的吸引力，使车辆漂浮起来。 因此，EMS磁浮列车的悬浮原理是“不同磁极相互吸引”，悬浮原理图如图4所示。
2000年6月，中国上海市与德国磁浮国际公司合作，对中国高速磁浮列车示范运营线进行可行性研究。 2003年1月，我国上海龙阳路至浦东机场的磁浮铁路投入使用，成为世界上第一条商业运营的磁浮铁路。 因此，上海的磁悬浮列车属于EMS型列车。 同样，2016年5月开通的我国第一条完全自主知识产权的中低速磁浮铁路——长沙磁浮列车，也是EMS型列车[8]。 它们的悬浮原理是“不同名称的磁极相互吸引”。
4、磁浮列车教材内容重构
通过对磁浮列车进行分类，可以清楚地看出，磁浮列车的悬浮原理不仅是“同名磁极相互排斥”，而且是“异名磁极相互吸引”。 “同名磁极相吸”这一原理长期以来被普遍认为是片面的。 中考中错题或错误答案的出现，就是这种认识的体现：
例1.（2017吉林延边第12题）磁悬浮列车在车厢和钢轨上分别放置磁铁，使它们的磁极相互吸引（可选“排斥”或“吸引”），使列车从钢轨上“飘”起来，达到目的。 （答案：击退、减少阻力）
例2.（2008湖北向阳第31题）磁浮列车采用的是从轨道上漂浮的原理。现在有一列磁浮列车以150m/s的速度在轨道上匀速行驶。 然后需要
H。 （答案：“同名磁极相互排斥”或“磁极间相互作用”，0.5）
从例1的“答案”中，可以清楚地得出，列车悬浮的原理是“同名磁极相互排斥”。 然而，对于同一个问题，例2却给出了两个“答案”：“同名磁极相互排斥”或“磁极间相互作用”。 显然，“磁极之间的相互作用”包括“同名磁极相互排斥”和“同名磁极相互吸引”。 对于这个答案，有人质疑答案并声称：“如果‘同名磁极相互排斥’是正确的，那么‘同名磁极相互吸引’应该不会错。” 如果“同名磁极相互排斥”和“不同名称磁极相互吸引”都是正确的，那么例一中的“可选”该如何处理呢？ 由此可见，例1中的“可选”缺乏先决条件，是一个错误的问题。 例2的标准答案应该是“同名磁极相互排斥，不同名称磁极相互吸引”或“磁极之间的相互作用”，这样用“或”字连接的两个答案就是相等的。
现行教材中对磁浮列车悬浮原理的“粗线”解释，是师生对悬浮原理认识狭隘、试题不正确的根源。 只有清晰呈现各类磁浮列车的悬浮原理，才能消除学生对磁浮列车悬浮问题的担忧，避免类似错题再次出现。 基于此，作者尝试重构教材中的磁浮列车内容。 重构内容如下：
磁悬浮列车是一种快速、舒适、经济、无污染、低能耗的现代化交通工具。 它是利用磁极之间相互作用的原理设计的。 强电流的电磁铁产生巨大的磁场力使列车悬浮（悬浮气隙10~100mm），从而大大降低了运行阻力，突破了以往列车的速度限制。 ，可以跑每小时500公里以上。 根据悬浮系统的不同，磁浮列车可分为超导磁斥型——EDS（nsion）磁浮列车（如图1所示）和常导磁吸型——EMS（nsion）磁浮列车（如图3所示）。 它们的异同如表2所示：
表2 EDS型列车与EMS型列车对比
类型
EDS型列车
EMS型列车
轨道形状
“U”形
“T”形
悬浮原理
同名磁极相互排斥
不同名称的磁极相互吸引
代表国家
日本
德国、中国
物理性质
电磁铁的应用
重构的内容不仅介绍了磁浮列车的特点，更重要的是对磁浮列车进行了分类，并解释了各类列车悬浮原理的差异。 这种内容呈现不仅横向拓宽了师生对磁悬浮列车类型的认识，纵向也加深了师生对电磁铁应用的理解，从而避免了目前教材中描述模糊而带来的一系列问题。
5. 总结
著名科学史学家托马斯·库恩在《科学革命的结构》中指出：“科学学生接受理论是因为教师和教科书的权威，而不是因为证据”。 [9]因此，必须向学生传授正确的物理知识，教师和教材不能视为权威，而必须有证据。 正是因为缺乏“证据”，自从磁浮列车的教学内容出现在教科书上以来，人们就一直在讨论磁浮列车的悬浮原理。 然而，这些“证据”只是以划痕般的方式指出了问题初中物理电与磁，并不能有效避免由于教科书模糊而带来的许多错误。 鉴于此，笔者对磁浮列车教材内容进行重构，希望从问题的源头杜绝例1命题错误、例2错误答案的现象，为磁浮列车教学提供有益的启示在初中。
参考：
[1]徐定邦. 上海磁悬浮列车的原理是什么[J]. 物理教师，2006，（08）：39。
[2] 潘福海. 磁悬浮列车是如何漂浮的[J]. 数理化学习（初中版），2004（03）：32-33。
[3]人民教育出版社课程教材研究所、物理课程教材研究开发中心。 义务教育课程标准实验教材-物理(九年级一本)[M]． 北京：人民教育出版社，2013：130-131。
[4] 严金铎. 义务教育课程标准实验教材-物理(九年级一本)[M]． 北京：北京师范大学出版社初中物理电与磁，2008：101-102。
[5]刘冰生，李蓉． 义务教育教材物理(九年级第2卷)[M]． 南京：江苏凤凰科学技术出版社，2013：47。
[6]朱庆时. 义务教育课程标准实验教材·科学（八年级第2册）。 [M]杭州：浙江教育出版社，2014：13。
[7] 张金平，张以黄。 磁浮列车原理及现状[J]. 交通科学与技术，2002（06）：81-84。
[8] 肖飞. 中低速磁浮交通技术经济分析[J]. 铁道学报，2017，34(03)：99-105。
[9]托马斯·库恩，金吾伦、胡新和译。 科学革命的结构[M]． 北京：北京大学出版社，2012：69。
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