2020-2021學(xué)年高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 1 劃時代的發(fā)現(xiàn)（1）教案 新人教版選修3-2

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 1 劃時代的發(fā)現(xiàn)（1）教案 新人教版選修3-22020-2021學(xué)年高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 1 劃時代的發(fā)現(xiàn)（1）教案 新人教版選修3-2年級：姓名：- 6 -劃時代的發(fā)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)：知識與技能目標(biāo) 了解奧斯特實驗、電磁感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)時的知識和認(rèn)識背景； 了解奧斯特實驗、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程 感知自然現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化過程與方法目標(biāo) “經(jīng)歷”探索的主要過程，回顧前輩科學(xué)家的思考、研究時的迷失與最后成功，體驗前輩科學(xué)家研究的思路與方法 了解其他科學(xué)家在探究過程中的失敗和貢獻(xiàn) 情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo) 感悟人類探究自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精

2、神，培養(yǎng)不怕失敗、勇敢面對挫折的堅強(qiáng)意志 滲透科學(xué)美、物理學(xué)之美的教育教學(xué)重點、難點 探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象的歷史背景； 感悟人類探究自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神教學(xué)方法：運(yùn)用科學(xué)史情景的探究教學(xué)方法教學(xué)過程：（一） 引入新課愛因斯坦未完成的“統(tǒng)一場理論”竟發(fā)端于一個破線圈的實驗，也就是來源于電磁學(xué)對稱統(tǒng)一性的發(fā)現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)，不僅把人們帶進(jìn)電氣化時代，也讓我們的自然觀、科學(xué)觀產(chǎn)生了巨大的影響。現(xiàn)在就讓我們一起回溯這段劃時代的發(fā)現(xiàn)吧?。ǘ?進(jìn)行新課一、 奧斯特夢圓“電生磁電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是與電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)密切相連的。（）電與磁間究有關(guān)在19世紀(jì)20年代之前的漫長歲月里，電和磁的研究始終獨(dú)立地發(fā)展

3、著，包括庫侖在內(nèi)的眾多物理學(xué)家，仍然認(rèn)為電與磁是互不相關(guān)的。但同時人們也發(fā)現(xiàn)了電與磁有相似性和關(guān)聯(lián)。兩種觀點針鋒相對，引起了一場著名的爭論“巴伐利亞征文”（）轉(zhuǎn)化思想生猜想到了18世紀(jì)末，人們開始思考不同自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系，一些獨(dú)具慧眼的哲學(xué)家如康德等，提出了各種自然現(xiàn)象之間相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化的思想。深受其影響的丹麥科學(xué)家奧斯特相信電與磁之間可能存在著某種聯(lián)系。1803年奧斯特指出：“物理學(xué)將不再是關(guān)于運(yùn)動、熱、空氣、光、電、磁以及我們所知道的各種其他現(xiàn)象的零散的羅列，我們將把整個宇宙納在一個體系中”。然而，奧斯特尋找電與磁相互聯(lián)系的實驗研究并未很快成功。（）幾經(jīng)研究仍未果（）機(jī)遇青睞局限破機(jī)

4、遇總是青睞那些有準(zhǔn)確的頭腦。在1820年4月的一次講演中，奧斯特碰巧在南北方向的導(dǎo)線下面放置了一枚小磁針。當(dāng)電源接通時，小磁針居然轉(zhuǎn)動了。隨后的實驗證明，載流導(dǎo)線的確能使磁針偏轉(zhuǎn)，這種作用稱為電流的磁效應(yīng)。實驗重做奧斯特實驗電流的磁效應(yīng)顯示了載流導(dǎo)體對磁針的作用力，揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間存在的某種聯(lián)系。（）設(shè)問奧斯特為什么能成功呢？奧斯特的成功秘訣一是堅定的信念（堅信“自然力之統(tǒng)一”），思想上的有準(zhǔn)備使他抓住了機(jī)遇，小磁針放在南北導(dǎo)線下方才會偏轉(zhuǎn)，偶然發(fā)現(xiàn)中存在著必然。二是創(chuàng)新思維和實踐，在奧斯特之前，人們見到的是慣常的“縱向力”，這種思維給實驗研究造成了極大的誤導(dǎo)，以前的實驗設(shè)計，導(dǎo)線和小

5、磁針都是擺在同一水平面上，并排或在一條線上，奧斯特把小磁針放在南北導(dǎo)線下方才會第一次認(rèn)識到橫向作用的“旋轉(zhuǎn)力”。（）奧斯特的創(chuàng)新思維和實踐引發(fā)了大量的“電生磁”實驗如雨后春筍般涌現(xiàn)。在短短兩個月時間內(nèi)，被稱為“電學(xué)中的牛頓”安培發(fā)現(xiàn)了大量電流的磁效應(yīng)；阿拉果制作了第一個電磁鐵；施魏格制作了第一個電流計。二、法拉第心系“磁生電（）對稱思想創(chuàng)新路1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，震動了整個科學(xué)界，它不僅引發(fā)了同向思維的遷移，還引發(fā)了對稱性的逆向思考：既然電流能夠引起磁針的運(yùn)動，那么為什么不能用磁鐵使導(dǎo)線中產(chǎn)生電流呢？有關(guān)電與磁關(guān)系的嶄新研究領(lǐng)域突然洞開在人們面前，激發(fā)了科學(xué)家們的探索熱情。許多科學(xué)

6、家都積極投入到“磁生電”實驗探索中，其中法拉第憑借繞在同一個鐵環(huán)上的兩個線圈第一個實現(xiàn)了“磁生電”的實驗期望。現(xiàn)在讓我們閉上眼睛，幻想自己換身法拉第，穿越回到十九世紀(jì)初期的倫敦，回到法拉第成長、學(xué)習(xí)、工作的地方，重走他的探索道路，重新經(jīng)歷他的思維歷程。（）思維定勢路漫長當(dāng)時，科學(xué)界對電和磁認(rèn)識還很混亂，很多概念還沒建立，甚至認(rèn)為電也是多種多樣的：把摩擦起電叫摩擦電，把伏打電池產(chǎn)生的電叫伏打電。1821年英國哲學(xué)年鑒的主編約請戴維撰寫一篇文章，評述奧斯特發(fā)現(xiàn)以來電磁學(xué)實驗的理論發(fā)展概況。戴維把這一工作交給了法拉第。法拉第在收集資料的過程中，對電磁現(xiàn)象的研究產(chǎn)生了極大的熱情，并開始轉(zhuǎn)向電磁學(xué)的研究

7、。他仔細(xì)地分析了電流的磁效應(yīng)等現(xiàn)象，認(rèn)為既然電流能產(chǎn)生磁，磁能否產(chǎn)生電呢?起初，他試圖用強(qiáng)磁鐵靠近閉合導(dǎo)線或用強(qiáng)電流使另一閉合導(dǎo)線中產(chǎn)生電流，做了大量的實驗，為了提高實驗的靈敏度，他做了許多巧妙的設(shè)計。但由于受到當(dāng)時用不變的磁（伏打電）感應(yīng)出穩(wěn)定的伏打電思想束縛，這些實驗都失敗了。（）偶然發(fā)現(xiàn)猶迷茫直到1831年8月29日，法拉第才有了偶然發(fā)現(xiàn)。他把這一發(fā)現(xiàn)寫信告訴他的朋友：不知道是撈到了一條魚，還是撈到了一團(tuán)水草。這也許是法拉第的謙遜、詼諧，這不僅是條魚，還是條大大的魚，因為這是世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一，但我想這也許說明法拉第當(dāng)時對自己發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象也不很肯定，心中仍存有疑惑。展示法拉第的實驗日記體

8、驗它的清新、親切、清楚、詳實展示法拉第的實驗介紹法拉第的實驗裝置和現(xiàn)象 （4）深入探究得真諦 法拉第在觀察到實驗現(xiàn)象時，并沒有歡呼雀躍，而是感到出乎意料，他有兩個疑惑： 靜電感應(yīng)能感應(yīng)出穩(wěn)定的靜電，穩(wěn)定的伏打電為什么不能感應(yīng)出穩(wěn)定的伏打電呢？ 是a線圈中的伏打電感應(yīng)出b線圈的伏打電，還是a線圈中的伏打電的磁感應(yīng)出b線圈的伏打電呢？ 法拉第又設(shè)計了一系列實驗，繼續(xù)探索實驗的因素1. 改小磁針為弦線電流計，可以定量測量產(chǎn)生的感應(yīng)電流2. 鐵環(huán)是是實驗的必要條件嗎？他改鐵環(huán)為鐵棒，又改為紙板做的芯子，重做實驗。實驗現(xiàn)象說明鐵環(huán)不是實驗的必要條件，但有“聚磁”作用。3. a線圈是必需的嗎？展示法拉第的

9、實驗 實驗說明是變化的磁生電，不是電生電。4. 簡化實驗裝置，增強(qiáng)實驗效果實驗重做1831年10月17日的磁鐵進(jìn)出螺線管實驗十年磨一劍，法拉第終于成功了?。ǎ?法拉第為什么成功？設(shè)問法拉第為什么能成功？是偶然的運(yùn)氣嗎？其他科學(xué)家就沒有發(fā)現(xiàn)的磁生電機(jī)會嗎？ 事實上，安培、阿拉果、亨利、科拉頓都有機(jī)會發(fā)現(xiàn)的機(jī)會，但他們沒有抓住機(jī)會。跑來跑去的科拉頓 介紹1823年科拉頓的實驗顯然科拉頓的實驗設(shè)計是正確的，電流計指針擺動了，但他跑得“太慢”了?？评D的失敗是最正確的失敗，他的裝置就是法拉第最后簡化的裝置；科拉頓的失敗是最遺憾的失敗，科拉頓的遺憾是他沒找個助手在隔壁房間里。是他請不起，請不到助手嗎？顯

10、然不是，是他沒想到要請助手，他認(rèn)為能感應(yīng)出穩(wěn)定的電流使指針一直偏轉(zhuǎn)?？评D的失敗是真正的失敗，失敗在拘泥于傳統(tǒng)觀念的束縛中，認(rèn)為產(chǎn)生的電流一定是穩(wěn)定的，足以讓他觀察到。是思維定勢，傳統(tǒng)經(jīng)驗束縛了他的思想。 法拉第的成功秘訣 一是敏銳的洞察力。二是創(chuàng)新思維和實踐，發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)不是“穩(wěn)態(tài)”，而是“暫態(tài)”。他把產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況概括成五類：變化著的電流；變化著的磁場；運(yùn)動的恒定電流；運(yùn)動的磁場；在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體；即“變中生電”“動中生電” 三、劃時代發(fā)現(xiàn)的巨大意義1.應(yīng)用技術(shù)水平的意義 法拉第制作了第一臺直流發(fā)電機(jī)，使人類社會的應(yīng)用技術(shù)水平發(fā)生了劃時代的變化，帶領(lǐng)人們進(jìn)入了電氣化時代2. 理論意義 正是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，推動了電磁學(xué)理論的發(fā)展。麥克斯韋通過對變化的電場、變化的磁場的研究，建立了對稱統(tǒng)一的電磁學(xué)理論。 電磁統(tǒng)一對稱性的發(fā)現(xiàn)，促使人們