高二物理(統(tǒng)編版)-對(duì)電與磁關(guān)系認(rèn)識(shí)的歷史回顧學(xué)習(xí)任務(wù)單

1、對(duì)電與磁關(guān)系認(rèn)識(shí)的歷史回顧學(xué)習(xí)任務(wù)單【學(xué)習(xí)目標(biāo)】通過(guò)對(duì)電與磁關(guān)系認(rèn)識(shí)的歷史回顧，了解電磁學(xué)發(fā)展的整體歷史脈絡(luò)及其研究方法，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、類比、對(duì)稱性思維、數(shù)學(xué)在物理學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用。通過(guò)對(duì)庫(kù)侖、伏打、奧斯特、安培、法拉第、麥克斯韋、赫茲等物理學(xué)家對(duì)電磁學(xué)發(fā)展貢獻(xiàn)的介紹，進(jìn)一步了解超距作用與近距作用、實(shí)物粒子與場(chǎng)、靜電場(chǎng)與渦旋場(chǎng)等物理觀念的形成與發(fā)展過(guò)程，形成辯證發(fā)展的自然觀。3. 通過(guò)對(duì)科學(xué)家生平事跡的了解，認(rèn)識(shí)科學(xué)信念對(duì)科研工作的指導(dǎo)作用，學(xué)習(xí)科學(xué)家對(duì)自然現(xiàn)象執(zhí)著的探究精神4.通過(guò)電磁實(shí)驗(yàn)儀器的發(fā)明與應(yīng)用，了解科學(xué)理論與技術(shù)進(jìn)步的辯證關(guān)系。【課前預(yù)習(xí)任務(wù)】1.上網(wǎng)查閱摩擦起電機(jī)、萊頓瓶、伏打電

2、堆的發(fā)明及其對(duì)電磁學(xué)研究的貢獻(xiàn)。2上網(wǎng)查閱庫(kù)侖、奧斯特、安培、法拉第、麥克斯韋等物理學(xué)家的生平事跡，了解他們對(duì)電磁學(xué)發(fā)展所作出的巨大貢獻(xiàn)?！菊n上學(xué)習(xí)任務(wù)】判斷感應(yīng)電流的方向。先用你以前學(xué)過(guò)的熟悉的方法，再用“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)法”判斷，比較哪一種方法判斷更方便。 【課后作業(yè)】圖11. 1824年，法國(guó)科學(xué)家阿拉果完成了著名的“阿拉果圓盤實(shí)驗(yàn)”，實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖1所示，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場(chǎng)中繞過(guò)圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，但略有滯后，下列說(shuō)法正確的是（ 圖1A. 圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B. 圓盤內(nèi)的感應(yīng)電流

3、產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)C. 在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，磁針的磁場(chǎng)穿過(guò)整個(gè)圓盤的磁通量發(fā)生了變化D. 圓盤中的自由電子隨圓盤一起運(yùn)動(dòng)形成了電流，此電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)RBba圖32.法拉第發(fā)明了世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)法拉第圓盤發(fā)電機(jī)。如圖所示是法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的原理示意圖。銅質(zhì)圓盤豎直放置在水平向左的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，圓盤圓心處固定一個(gè)搖柄，邊緣和圓心處各有一個(gè)銅電刷與其緊貼，用導(dǎo)線將電刷與電阻RRBba圖3（1）圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，穿過(guò)整個(gè)圓盤的磁通量并沒(méi)有發(fā)生變化，為什么還有感應(yīng)電流產(chǎn)生，這是否違背了法拉第電磁感應(yīng)定律？如何解釋這個(gè)現(xiàn)象？（2）試判斷流過(guò)電阻R的感應(yīng)電流方向（3）若已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

4、為B，圓盤半徑為l，圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為，計(jì)算圓盤產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。3.對(duì)稱性思考是物理學(xué)家經(jīng)常運(yùn)用的一種思考方式。愛(ài)因斯坦運(yùn)用對(duì)稱性思考卻發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象的不對(duì)稱性。（1）以磁鐵為參考系，如圖甲所示，金屬圓環(huán)向上運(yùn)動(dòng)，圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電流。請(qǐng)思考，這個(gè)感應(yīng)電流是如何產(chǎn)生的呢？（2）圓環(huán)向上運(yùn)動(dòng)，可以等效為圓環(huán)不動(dòng)，磁鐵向下運(yùn)動(dòng)，如圖乙所示。在這種情況下，圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象，你是如何解釋的呢？（3）兩種情況下，只是參考系選擇的不同，因而對(duì)產(chǎn)生感應(yīng)電流的解釋也不同。第2種情況下，感應(yīng)電流的產(chǎn)生是因?yàn)樵趫A環(huán)周圍產(chǎn)生了渦旋電場(chǎng)，但如果選擇磁鐵為參考系，這個(gè)渦旋電場(chǎng)并不存在。這是否意味

5、著渦旋電場(chǎng)的存在與否不是客觀的，而是人為選擇的結(jié)果呢？你認(rèn)為渦旋電場(chǎng)到底存在不存在呢？【課后作業(yè)參考答案】1.【答案】AB 【解析】將圓盤沿半徑方向分割成許多銅條，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)這些銅條做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以A正確；以圓盤中心為界，兩側(cè)穿過(guò)圓盤的磁感線方向不同，且盤面不同位置磁感應(yīng)強(qiáng)度不同，因此圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)圓盤兩側(cè)局部的磁通量發(fā)生變化，在盤面不同位置產(chǎn)生局部渦流，根據(jù)楞次定律，渦流阻礙圓盤與磁針的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使磁針跟隨圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，但略有滯后，所以B正確；由于對(duì)稱性，磁針的磁場(chǎng)穿過(guò)整個(gè)圓盤的磁通量為零，所以C錯(cuò)；由于圓盤呈中性，銅原子內(nèi)部的電子和原子核都隨圓盤朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，形成的環(huán)形

6、電流相互抵消，對(duì)外不形成電流，所以D錯(cuò)。2. 【解析】（1）可以把銅質(zhì)圓盤沿半徑方向分成許多銅條，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，每個(gè)銅條都切割磁感線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。每個(gè)銅條相當(dāng)于電源，整個(gè)圓盤產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)等于這些電源并聯(lián)的電動(dòng)勢(shì)，數(shù)值上等于單個(gè)銅條產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)用導(dǎo)線把圓心、電阻和圓盤邊緣連成閉合回路以后，就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。的確穿過(guò)圓盤的磁通量為零，但感應(yīng)電流的方向并沒(méi)有沿著圓盤的邊緣流動(dòng)，而是沿徑向流動(dòng)，所以這并不違反法拉第電磁感應(yīng)定律。（2）在圓盤中沿徑向任取一銅條，根據(jù)右手定則，感應(yīng)電流的方向從邊緣流向圓心，因此，流過(guò)電阻R的感應(yīng)電流方向從b到a。（3）銅條切割磁感線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，銅條各點(diǎn)的線

7、速度不等，其中銅條中點(diǎn)的速度代表銅條上各點(diǎn)的平均速度，即，代入公式得3.【解析】（1）以磁鐵為參考系，相當(dāng)于磁鐵不動(dòng)，圓環(huán)向上運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)圓環(huán)的磁通量增加，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。從微觀的角度看，圓環(huán)向上運(yùn)動(dòng)，圓環(huán)內(nèi)的自由電子隨圓環(huán)一起向上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的電子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用做定向運(yùn)動(dòng)形成感應(yīng)電流。（2）若以線圈為參考系，上述過(guò)程相當(dāng)于線圈不動(dòng)，磁鐵向下運(yùn)動(dòng)。從微觀上看，這時(shí)感應(yīng)電流產(chǎn)生的原因可以解釋為：磁鐵向下運(yùn)動(dòng)，圓環(huán)所在處的磁場(chǎng)發(fā)生了變化，變化的磁場(chǎng)在其周圍產(chǎn)生了渦旋電場(chǎng)，圓環(huán)內(nèi)部的電子在這個(gè)渦旋電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng)形成感應(yīng)電流。（3）這個(gè)問(wèn)題很有哲學(xué)意味。根據(jù)辯證唯物主義，物質(zhì)決定意識(shí)，而不是意識(shí)決定物質(zhì)。渦旋電場(chǎng)的存在應(yīng)該不以人的意志為轉(zhuǎn)移，它不應(yīng)該與參考系的