4.1划时代的发现

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1、 我们已经知道电荷能够通过我们已经知道电荷能够通过“感应感应”使附近的导体出现电荷使附近的导体出现电荷,电电流能够在其周围流能够在其周围“感应感应”出磁场出磁场,那么磁场能否那么磁场能否“感应感应”出电流呢？出电流呢？能，就是电能，就是电磁感应现象！磁感应现象！导导 入入 新新 课课 从这节课开始，我们就来学习这方面从这节课开始，我们就来学习这方面的知识。的知识。让我们首先来了解科学家们的探究历让我们首先来了解科学家们的探究历程吧。程吧。正确正确1.知识与技能知识与技能知道奥斯特实验、电磁感应现象。知道奥斯特实验、电磁感应现象。了解电生磁和磁生电的发现过程。了解电生磁和磁生电的发现过程。知道电

2、磁感应和感应电流的定义。知道电磁感应和感应电流的定义。教教 学学 目目 标标2.过程与方法过程与方法通过阅读使学生掌握自然现象之间是相互联系通过阅读使学生掌握自然现象之间是相互联系和相互转化的。和相互转化的。通过学习了解科学家们在探究过程中的失败和通过学习了解科学家们在探究过程中的失败和贡献，从中学习科学探究的方法和思想。贡献，从中学习科学探究的方法和思想。领悟科学探究中提出问题、观察实验、分析论领悟科学探究中提出问题、观察实验、分析论证、归纳总结等要素在研究物理问题时的重要证、归纳总结等要素在研究物理问题时的重要性。性。3.情感态度与价值观情感态度与价值观 通过学习阅读培养学生正确的探究自然

3、规通过学习阅读培养学生正确的探究自然规律的科学态度和科学精神。律的科学态度和科学精神。领会科学家对自然现象、自然规律的某些领会科学家对自然现象、自然规律的某些猜想在科学发现中的重要性。猜想在科学发现中的重要性。以科学家不怕失败、勇敢面对挫折的坚强以科学家不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志激励自己。意志激励自己。教学重、难点教学重、难点教学重点教学重点探索电磁感应现象的历史背景。探索电磁感应现象的历史背景。知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。相关的物理学史。教学难点教学难点体会人类探究自然规律的科学态度和科学体会人类探究自然规律的科学态度和科学精

4、神。精神。领悟科学探究的方法和艰难历程。领悟科学探究的方法和艰难历程。培养不怕失败培养不怕失败,勇敢面对挫折的坚强意志。勇敢面对挫折的坚强意志。1.奥斯特梦圆奥斯特梦圆“电生磁电生磁”2.法拉第心系法拉第心系“磁生电磁生电”本本 节节 导导 航航1.奥斯特梦圆奥斯特梦圆“电生磁电生磁”哲学家康德：各种自然现象之间是相互哲学家康德：各种自然现象之间是相互联系和相互转化的。联系和相互转化的。实例：摩擦生热、蒸汽机实例：摩擦生热、蒸汽机 物理学将不再是关于运动、物理学将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及我们热、空气、光、电、磁以及我们所知道的各种其他现象的零散的所知道的各种其他现象的零散的罗列

5、，我们将把整个宇宙纳在一罗列，我们将把整个宇宙纳在一个体系中。个体系中。奥斯特奥斯特（17701851）奥斯特实验奥斯特实验：奥斯特在作报告时，无意中奥斯特在作报告时，无意中发现小磁针偏转发现小磁针偏转奥斯特断言：奥斯特断言：电与磁是有联系的！电与磁是有联系的！解释奥斯特实验解释奥斯特实验 当电源接通时，小磁针发生了转动。说明当电源接通时，小磁针发生了转动。说明电流对小磁针产生了作用，证明电流在其周围电流对小磁针产生了作用，证明电流在其周围产生了磁场，这就是发现电流磁效应的过程。产生了磁场，这就是发现电流磁效应的过程。通过前面的学习，我们知道，地磁场是南北通过前面的学习，我们知道，地磁场是南北

6、方向的，小磁针静止时指示南北方向，通电直方向的，小磁针静止时指示南北方向，通电直导线的磁场方向遵守安培定则。当通电导线南导线的磁场方向遵守安培定则。当通电导线南北放置时，导线下方的磁场方向沿东西方向，北放置时，导线下方的磁场方向沿东西方向，小磁针受到电流的磁场作用由原来的南北方向小磁针受到电流的磁场作用由原来的南北方向转向东西方向。转向东西方向。课堂复习课堂复习 奥斯特从小磁针的偏转，确定了电和磁的奥斯特从小磁针的偏转，确定了电和磁的联系，也就是电流的联系，也就是电流的磁效应磁效应。电流磁效应的发现揭示了电现象和磁现象电流磁效应的发现揭示了电现象和磁现象之间存在的某种联系。奥斯特的思维和实践突

7、之间存在的某种联系。奥斯特的思维和实践突破了人类对电与磁认识的局限性。电流磁效应破了人类对电与磁认识的局限性。电流磁效应的发现引发了科学认识领域的思考，推动了电的发现引发了科学认识领域的思考，推动了电磁学的发展。磁学的发展。，（1）是什么信念激励奥斯特寻找电与）是什么信念激励奥斯特寻找电与磁的联系的？在这之前，科学研究领域存磁的联系的？在这之前，科学研究领域存在怎样的历史背景？在怎样的历史背景？（2）奥斯特的研究是一帆风顺的吗？）奥斯特的研究是一帆风顺的吗？奥斯特面对失败是怎样做的？奥斯特面对失败是怎样做的？（3）奥斯特发现电流磁效应的过程是）奥斯特发现电流磁效应的过程是怎样的？用学过的知识如

8、何解释？怎样的？用学过的知识如何解释？（4）电流磁效应的发现有何意义？谈）电流磁效应的发现有何意义？谈谈自己的感受。谈自己的感受。自主学习自主学习 奥斯特发现电流磁效应会引发科学界怎奥斯特发现电流磁效应会引发科学界怎样的哲学思考样的哲学思考？既然电流能够引起磁针的运动，那么用既然电流能够引起磁针的运动，那么用磁能不能使导线中产生电流呢磁能不能使导线中产生电流呢？2.法拉第心系法拉第心系“磁生电磁生电”对称性的思考对称性的思考英国的法拉第认为：英国的法拉第认为：电和磁是一对和谐对称的自电和磁是一对和谐对称的自然现象。然现象。依据：磁化和静电感应现象依据：磁化和静电感应现象猜想：磁铁应该可以感应出

9、猜想：磁铁应该可以感应出电流！电流！信念：一定要转磁为电！信念：一定要转磁为电！初期观点初期观点然而从法拉第的日记中我们知道然而从法拉第的日记中我们知道 科学的道路决不平坦科学的道路决不平坦 法拉第法拉第日记日记未显示作用未显示作用毫无反应毫无反应不行不行 从普通的磁铁中从普通的磁铁中获得电的希望，时时获得电的希望，时时激励着我从实验上探激励着我从实验上探求电流的感应效应求电流的感应效应。不懈的探究不懈的探究古老而繁华的伦敦是古老而繁华的伦敦是法拉第成长、学习和法拉第成长、学习和工作的地方工作的地方法拉第在实验室法拉第在实验室里工作的情景里工作的情景 法拉第于法拉第于1822年到年到1828年

10、间先后做过三次年间先后做过三次集中的实验研究，然而集中的实验研究，然而均以失败告终。均以失败告终。实验实验1.他用两根长约他用两根长约4m的导线平行放置的导线平行放置,相隔约两相隔约两张纸厚的距离张纸厚的距离,先把其中的一根导线接到电池的两先把其中的一根导线接到电池的两端通电端通电,再把另一根与电流计相连。再把另一根与电流计相连。（1822年年12月）月）实验实验2.把一根螺旋线与电池两极联接，直导线穿过把一根螺旋线与电池两极联接，直导线穿过它，后者两端连接电流计。它，后者两端连接电流计。（1825年年11月）月）实验实验3.如图如图41所示，法拉第用一根线把一个铜线所示，法拉第用一根线把一个

11、铜线环固定在导线上并把它悬挂起来，象一个扭秤一样，环固定在导线上并把它悬挂起来，象一个扭秤一样，把强磁棒的极放置在环内。把强磁棒的极放置在环内。（1828年年4月月)让让磁磁生生电电的的扭扭秤秤式实验装置式实验装置 请同学们思考一下：请同学们思考一下：法拉第这些实验失败的法拉第这些实验失败的原因在哪？原因在哪？原因分析原因分析 （1）受传统观念的影响，只注意寻找静态）受传统观念的影响，只注意寻找静态的和稳定的感生电流，而忽略了对动态过程的的和稳定的感生电流，而忽略了对动态过程的观察。观察。（2）为了避免电流磁效应的影响，检测感）为了避免电流磁效应的影响，检测感生电流的电流计（当时用是的类似小磁

12、针那样生电流的电流计（当时用是的类似小磁针那样的电流计）一般都用较长的的导线连接，离实的电流计）一般都用较长的的导线连接，离实验装置较远，不利于观察动态过程。验装置较远，不利于观察动态过程。麦克斯韦：科学家麦克斯韦：科学家其实也有许多粗糙的想其实也有许多粗糙的想法和不成功的经验。他法和不成功的经验。他们是伟大的，但并不是们是伟大的，但并不是高不可攀的。高不可攀的。麦克斯韦麦克斯韦（18311879）1831年年8月月29日，法拉第把两个线圈绕到同日，法拉第把两个线圈绕到同一个铁环上，如图一个铁环上，如图42所示。他发现，当把与所示。他发现，当把与电池、开关相连的线圈电池、开关相连的线圈A的开关

13、的开关2接通，使线圈接通，使线圈A中的电流由零增大到某恒定值的瞬间，在闭合中的电流由零增大到某恒定值的瞬间，在闭合线圈线圈B附近的小磁针偏转、振动并且最终停在原附近的小磁针偏转、振动并且最终停在原来的位置上。当把线圈来的位置上。当把线圈A的开关的开关2断开，使线圈断开，使线圈A中的电流由某恒定值减小到零，在此瞬间，闭中的电流由某恒定值减小到零，在此瞬间，闭合线圈合线圈B附近的小磁针反向偏转、振动并且最终附近的小磁针反向偏转、振动并且最终停在原来的位置上。停在原来的位置上。法拉第线圈：与法拉第线圈：与160年后出现的现代变压年后出现的现代变压器出奇的相似，现已成为著名的科学文物。器出奇的相似，现

14、已成为著名的科学文物。开关开关电池组电池组电流计电流计进一步地思考和探索：进一步地思考和探索：铁芯和线圈铁芯和线圈A是产生这一效应的必要条件吗？是产生这一效应的必要条件吗？铁芯铁芯 经过大量的实验研究法拉第把引起电流的原因经过大量的实验研究法拉第把引起电流的原因概括为概括为五类五类：变化的电流、变化的磁场、运动的：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。法拉第将上述他所发现的法拉第将上述他所发现的“前所未有前所未有”现象现象定义为电磁感应现象，请根据你的理解为电磁感定义为电磁感应现象，请根据你的理解为电磁感应下个定义。应

15、下个定义。利用磁场产生电流的现象叫做利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象电磁感应现象。电磁感应现象中产生的电流叫做电磁感应现象中产生的电流叫做感应电流感应电流。电磁感应现象的发现是一个划时代电磁感应现象的发现是一个划时代的发现，它揭开了人类社会迈进电气的发现，它揭开了人类社会迈进电气化时代的序幕。化时代的序幕。1831年年10月月28日法拉第的创新：日法拉第的创新：圆盘发电机，首先向人类圆盘发电机，首先向人类揭开了机械能转化为电能的揭开了机械能转化为电能的序幕。序幕。法拉第圆盘电机法拉第圆盘电机法拉第于法拉第于1832年研制出第一台发年研制出第一台发电机，它能产生少量稳定的电流电机，它能产生

16、少量稳定的电流最早的电动机：电磁旋转器最早的电动机：电磁旋转器法拉第的电磁旋转器法拉第的电磁旋转器电动机的雏形电动机的雏形 法拉第提出了法拉第提出了“电场电场”、“磁场磁场”和和“力线力线”的概念。暗示了电磁波存在的可能性，并预言的概念。暗示了电磁波存在的可能性，并预言了光可能是一种电磁振动的传播。了光可能是一种电磁振动的传播。爱因斯坦爱因斯坦的评价：场的思想是法拉第最富创的评价：场的思想是法拉第最富创造性的思想，是牛顿以来最重要的发现。麦克斯造性的思想，是牛顿以来最重要的发现。麦克斯韦正是继承和发展了场的思想，为之找到了完美韦正是继承和发展了场的思想，为之找到了完美的数学表示形式从而建立了电

17、磁场理论。的数学表示形式从而建立了电磁场理论。评价评价知识拓展知识拓展 1820年，奥斯特的磁效应发表后，在科学界年，奥斯特的磁效应发表后，在科学界引起极大反响，科学家想既然引起极大反响，科学家想既然“电能生磁电能生磁”，反，反过来过来“磁也能生电磁也能生电”。可以说，想实现。可以说，想实现“磁生电磁生电”是当时许多科学家的愿望，例如，安培、科拉是当时许多科学家的愿望，例如，安培、科拉顿等人都曾为之努力过，但是都失败了。在这个顿等人都曾为之努力过，但是都失败了。在这个问题上，最遗憾的莫过于问题上，最遗憾的莫过于科拉顿科拉顿。1825年，科拉顿将一个磁铁插入连有灵敏电年，科拉顿将一个磁铁插入连有

18、灵敏电流计的螺旋线圈，来观察在线圈中是否有电流产流计的螺旋线圈，来观察在线圈中是否有电流产生。但科拉顿为了排除磁铁移动时对灵敏电流计生。但科拉顿为了排除磁铁移动时对灵敏电流计的影响，他通过很长的导线把接在螺旋线圈上的的影响，他通过很长的导线把接在螺旋线圈上的灵敏电流计放到另一间房里他想，反正产生的电灵敏电流计放到另一间房里他想，反正产生的电流应该是流应该是“稳定稳定”的，插入磁铁后，如果有电流，的，插入磁铁后，如果有电流，跑到另一间房里观察也来得及就这样，科拉顿开跑到另一间房里观察也来得及就这样，科拉顿开始了实验。然而，无论他跑得多快，他看到的电始了实验。然而，无论他跑得多快，他看到的电流计指

19、针都是指在流计指针都是指在“0”刻度的位置。刻度的位置。“跑失良机跑失良机”的科拉顿的科拉顿螺旋管螺旋管电流计电流计跑来跑去的科拉顿跑来跑去的科拉顿动画：奥斯特实验动画：奥斯特实验动画：探究感应电流的产生条件动画：探究感应电流的产生条件动画：探究感应电流的产生条件动画：探究感应电流的产生条件课课 堂堂 小小 结结 1.电和磁存在着关系电和磁存在着关系,电流能使磁针偏转电流能使磁针偏转,这种作这种作用称为电流的磁效应。用称为电流的磁效应。2.电和磁是一对和谐对称的自然现象。电和磁是一对和谐对称的自然现象。3.利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象。利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象。4.电磁

20、感应现象中产生的电流叫做感应电流。电磁感应现象中产生的电流叫做感应电流。课课 堂堂 练练 习习 1.奥斯特实验要有明显的效果，通电导线奥斯特实验要有明显的效果，通电导线必须必须_放置。放置。2.1831年年8月月29日，日，_发现了电磁发现了电磁现象；把两个线圈绕在同一个铁环上，一个绕现象；把两个线圈绕在同一个铁环上，一个绕圈接到圈接到_，另一个线圈接入，另一个线圈接入_，在给一个线圈，在给一个线圈_或或_的瞬间，发现了另一个线圈中的瞬间，发现了另一个线圈中也出现了也出现了_。南北南北 法拉第法拉第电源电源电流表电流表通电通电断电断电电流电流 3.法拉第把引起电流的原因概括为五法拉第把引起电流的原因概括为五类：类：_、_、_、_、_。变化的电流变化的电流变化的磁场变化的磁场运动的恒定电流运动的恒定电流运动的磁铁运动的磁铁在磁场中运动的导体在磁场中运动的导体课后习题答案课后习题答案1.解答：奥斯特实验解答：奥斯特实验,电磁感应等。电磁感应等。2.解答：电路是闭合的解答：电路是闭合的,导体切割磁感线运动。导体切割磁感线运动。