高中物理人教版2第四章電磁感應1劃時代的發(fā)現(xiàn) 微課

課題第一節(jié)劃時代的發(fā)現(xiàn)課型新授課主備人授課人授課班級授課時間2023.教學目標知識與技能：（1）知道奧斯特實驗、電磁感應現(xiàn)象，（2）了解電生磁和磁生電的發(fā)現(xiàn)過程，（3）知道電磁感應和感應電流的定義。過程與方法（1）通過閱讀使學生掌握自然現(xiàn)象之間是相互聯(lián)系和相互轉化的；（2）通過學習了解科學家們在探究過程中的失敗和貢獻，從中學習科學探究的方法和思想。（3）領悟科學探究中提出問題、觀察實驗、分析論證、歸納總結等要素在研究物理問題時的重要性情感態(tài)度與價值觀（1）通過學習閱讀培養(yǎng)學生正確的探究自然規(guī)律的科學態(tài)度和科學精神；（2）領會科學家對自然現(xiàn)象、自然規(guī)律的某些猜想在科學發(fā)現(xiàn)中的重要性。（3）以科學家不怕失敗、勇敢面對挫折的堅強意志激勵自己。教學重點探索電磁感應現(xiàn)象的歷史背景教學難點體會人類探究自然規(guī)律的科學態(tài)度和科學精神教學方法講授教學過程（一）奧斯特夢圓“電生磁”到18世紀末，人們開始思考不同自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系，例如：摩擦生熱表明了機械運動向熱運動轉化，而蒸汽機則實現(xiàn)了熱運動向機械運動的轉化，于是，一些獨具慧眼的哲學家如康德等提出了各種自然現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系和轉化的思想。由于受康德哲學與謝林等自然哲學家的哲學思想的影響，堅信自然力是可以相互轉化的，長期探索電與磁之間的聯(lián)系。1803年奧斯特指出：“物理學將不再是關于運動、熱、空氣、光、電、磁以及我們所知道的各種現(xiàn)象的零散的羅列，我們將把整個宇宙納在一個體系中”。在此思想的指導下，1820年4月奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流對磁針的作用，即電流的磁效應。同年7月21日奧斯特又以《關于磁針上電沖突作用的實驗》為題發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)。這篇短短的論文使歐洲物理學界產(chǎn)生了極大震動，導致了大批實驗成果的出現(xiàn)，由此開辟了物理學的新領域──電磁學。1820年因電流磁效應這一杰出發(fā)現(xiàn)獲英國皇家學會科普利獎章。1829年起任哥本哈根工學院院長。（二）法拉第心系“磁生電”1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應，受到科學界的關注，促進了科學的發(fā)展。1821年英國《哲學年鑒》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，并開始轉向電磁學的研究。他仔細地分析了電流的磁效應等現(xiàn)象，認為既然電流能產(chǎn)生磁，磁能否產(chǎn)生電呢?1822年他在日記中寫下了自己的思想：“磁能轉化成電”。他在這方面進行了系統(tǒng)的研究。起初，他試圖用強磁鐵靠近閉合導線或用強電流使另一閉合導線中產(chǎn)生電流，做了大量的實驗，都失敗了。經(jīng)過歷時十年的失敗、再試驗，直到1831年8月29日才取得成功。他接連又做了幾十個這類實驗。1831年11月24日的論文中，他把產(chǎn)生感應電流的情況概括成五類：變化著的電流；變化著的磁場；運動的恒定電流；運動的磁場；在磁場中運動的導體。他指出：感應電流與原電流的變化有關，而不是與原電流本身有關。他將這一現(xiàn)象與導體上的靜電感應類比，把它取名為“電磁感應”，產(chǎn)生的電流叫做感應電流。為了解釋電磁感應現(xiàn)象，法拉第曾提出過“電張力”的概念。后來在考慮了電磁感應的各種情況后，認為可以把感應電流的產(chǎn)生歸因于導體“切割磁力線”。在電磁感應現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)二十年后，直到1851年才得出了電磁感應定律。經(jīng)過大量實驗后，他終于實現(xiàn)了“磁生電”的夙愿，宣告了電氣時代的到來。作為19世紀偉大實驗物理學家的法拉第。他并不滿足于現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，還力求探索現(xiàn)象后面隱藏著的本質(zhì)；他既十分重視實驗研究，又格外重視理論思維的作用。1832年3月12日他寫給皇家學會一封信，信封上寫有“現(xiàn)在應當收藏在皇家學會檔案館里的一些新觀點”。那時的法拉第已經(jīng)孕育著電磁波的存在以及光是一種電磁振動的杰出思想，盡管還帶有一定的模糊性。為解釋電磁感應現(xiàn)象，他提出“電致緊張態(tài)”與“磁力線”等新概念，同時對當時盛行的超距作用說產(chǎn)生了強烈的懷疑：“一個物體可以穿過真空超距地作用于另一個物體，不要任何一種東西的中間參與，就把作用和力從一個物體傳遞到另一個物體，這種說法對我來說，尤其荒謬。凡是在哲學方面有思考能力的人，決不會陷人這種謬論之中”。他開始向長期盤踞在物理學陣地的超距說宣戰(zhàn)。與此同時，他還向另一種形而上學觀點──流體說進行挑戰(zhàn)。1833年，他總結了前人與自己的大量研究成果，證實當時所知摩擦電、伏打電、電磁感應電、溫差電和動物電等五種不同來源的電的同一性。他力圖解釋電流的本質(zhì)，導致他研究電流通過酸、堿、鹽溶液，結果在1833～1834年發(fā)現(xiàn)電解定律，開創(chuàng)了電化學這一新的學科領域。他所創(chuàng)造的大量術語沿用至今。電解定律除本身的意義外，也是電的分立性的重要論據(jù)。1837年他發(fā)現(xiàn)電介質(zhì)對靜電過程的影響，提出了以近距“鄰接”作用為基礎的靜電感應理論。不久以后，他又發(fā)現(xiàn)了抗磁性。在這些研究工作的基礎上，他形成了“電和磁作用通過中間介質(zhì)、從一個物體傳到另一個物體的思想?！庇谑牵橘|(zhì)成了“場”的場所，場這個概念正是來源于法拉第。正如愛因斯坦所說，引入場的概念，是法拉第的最富有獨創(chuàng)性的思想，是牛頓以來最重要的發(fā)現(xiàn)。牛頓及其他學者的空間，被視作物體與電荷的容器；而法拉第的空間，是現(xiàn)象的容器，它參與了現(xiàn)象。所以說法拉第是電磁場學說的創(chuàng)始人。他的深邃的物理思想，強烈地吸引了年輕的麥克斯韋。麥克斯韋認為，法拉第的電磁場理論比當時流行的超距作用電動力學更為合理，他正是抱著用嚴格的數(shù)學語言來表述法拉第理論的決心闖入電磁學領域的。法拉第堅信：“物質(zhì)的力借以表現(xiàn)出的各種形式，都有一個共同的起源”，這一思想指導著法拉第探尋光與電磁之間的聯(lián)系。1822年，他曾使光沿電流方向通過電解波，試圖發(fā)現(xiàn)偏振面的變化，沒有成功。這種思想是如此強烈，執(zhí)著的追求使他終于在1845年發(fā)現(xiàn)強磁場使偏振光的偏振面發(fā)生旋轉。他的晚年，盡管健康狀況惡化，仍從事廣泛的研究。他曾分析研究電纜中電報信號遲滯的原因，研制照明燈與航標燈。他的成就來源于勤奮，他的主要著作《日記》由16041則匯編而成；《電學實驗研究》有3362節(jié)之多。他生活簡樸，不尚華貴，以致有人到皇家學院實驗室作實驗時錯把他當作守門的老頭。1857年，皇家學會學術委員會一致決議聘請他擔任皇家學會會長。對這一榮譽職務他再三拒絕。他說：“我是一個普通人。如果我接受皇家學會希望加在我身上的榮譽，那么我就不能保證自己的誠實和正直，連一年也保證不了。”同樣的理由，他謝絕了皇家學院的院長職務。當英王室準備授予他爵士稱號時，他多次婉言謝絕說：“法拉第出身平民，不想變成貴族”。他的好友對此作了很好的解釋：“在他的眼中看去，宮廷的華麗，和布來屯（Brighton）高原上面的雷雨比較起來，算得什么；皇家的一切器具，和落日比較起來，又算得什么？其所以說雷雨和落日，是因為這些現(xiàn)象在他的心里，都可以挑起一種狂喜。在他這種人的心胸中，那些世俗的榮華快樂，當然沒有價值了”。“一方面可以得到十五萬鎊的財產(chǎn)，一方面是完全沒有報酬的學問，要在這兩者之間去選擇一種。他卻選定了第二種，遂窮困以終?！边@就是這位鐵匠的兒子、訂書匠學徒的鄭重選擇。1867年8月25日逝世，墓碑上照他的遺愿只刻有他的名字和出生年月。后世的人們，選擇了法拉作為電容的國際單位，以紀念這位物理學大師。（三）科拉頓的“失敗”1820年，奧斯特的磁效應發(fā)表后，在科學界引起極大反響，科學家想既然“電能生磁”，反過來“磁也能生電”。可以說，想實現(xiàn)“磁生電”是當時許多科學家的愿望，例如，安培、科拉頓等人都曾為之努力過，但是都失敗了。在這個問題上，最遺憾的莫過于科拉頓。1825年，科拉頓做了這樣一個實驗，他將一個磁鐵插入連有靈敏電流計的螺旋線圈，來觀察在線圈中是否有電流產(chǎn)生。但是在實驗時，科拉頓為了排除磁鐵移動時對靈敏電流計的影響，他通過很長的導線把接在螺旋線圈上的靈敏電流計放到另一間房里他想，反正產(chǎn)生的電流應該是“穩(wěn)定”的（當時科學界都認為利用磁場產(chǎn)生的電應該是“穩(wěn)定”的），插入磁鐵后，如果有電流，跑到另一間房里觀察也來得及就這樣，科拉頓開始了實驗。然而，無論他跑得多快，他看到的電流計指針都是指在“0”刻度的位置?？评D失敗了?？评D的這個失敗，是一個什么樣的失敗呢？后人有各種各樣的議論。有人說這是一次“成功的失敗”。因為科拉頓的實驗裝置設計得完全正確，如果磁鐵磁性足夠強，導線電阻不大，電流計十分靈敏，那么在科拉頓將磁鐵插入螺旋線圈時，電流計的指針確實是擺動了的。也就是說，電磁感應的實驗是成功了，只不過科拉頓沒有看見，他跑得還是“太慢”，連電流計指針往回擺也沒看見，有人說，這是一次“遺憾的失敗”。因為科拉頓如果有個助手在另外那間房里，或者科拉頓就把電流計放在同一間房里看得見的地方，那么成功的桂冠肯定是屬于科拉頓的。有人說，這是一次“真正的失敗”。因為科拉頓沒能轉變思想，沒有從“穩(wěn)態(tài)”的猜想轉變到“暫態(tài)”的考慮上來，所以他想不到請個助手幫一下忙、或者把電流計拿到同一間房里來。事實也正是如此，法拉第總結了別人和他自己以前失敗的教訓，他決定不再固守“穩(wěn)態(tài)”的猜想，終于在1831年8月，觀察到了電磁感應現(xiàn)象?？评D只能留下永遠的遺憾?！菊n堂小結】本節(jié)課我們主要學習了電生磁以及磁生電的發(fā)現(xiàn)艱苦歷程，通過本節(jié)課的學習，我們要學習科學家們艱苦奮斗、不怕失敗，堅持不懈的努力的精神，同時從這些科學家的身上我們應學習他們探究問題的方法，只要通過自身不懈的努力，我相信你們當中也會有人成為第二個法拉第的?！窘虒W反思】學生對于課外知識很感興趣，有些同學有一定的知識基礎，也能提出一些有建設性的問題，激發(fā)了他們學物理的興趣。通過這節(jié)課的學習我了解到，學生對物理學的發(fā)展非常感興趣，所以在以后的教學中我們應該多介紹一些這樣的知識，來豐富學生的知識面，擴寬學生的視野。課后習題基礎達標：1、奧斯特實驗要有明顯的效果，通電導線必須____________放置。2、1831年8月29日，____________發(fā)現(xiàn)了電磁現(xiàn)象；把兩個線圈繞在同一個鐵環(huán)上，一個繞圈接到____________，另一個線圈接入____________，在給一個線圈____________或____________的瞬間，發(fā)現(xiàn)了另一個線圈中也出現(xiàn)了____________.3、如圖4-1-4所示，虛線框內(nèi)有勻強磁場，大環(huán)和小環(huán)是垂直于磁場放置的兩個圓環(huán)，分別用Φ1和Φ2表示穿過大小兩環(huán)的磁通量，則有（）圖4-1-4A.Φ1>Φ2B.Φ1<Φ2C.Φ1=Φ2D.無法確定4、恒定的勻強磁場中有一個圓形閉合線圈，線圈平面垂直于磁場方向，當線圈在此磁場中做下列哪種運動時，穿過線圈的磁通量發(fā)生了變化（）A.線圈沿自身所在的平面做勻速運動B.線圈沿自身所在的平面做加速運動C.線圈繞任一直徑做勻速轉動D.線圈繞任一直徑做變速轉動5、兩個圓環(huán)A、B，如圖4-2-7所示放置，且RA>RB.一條形磁鐵軸線過兩個圓環(huán)的圓心處，且與圓環(huán)平面垂直，則穿過A、B環(huán)的磁通量ΦA和ΦB的關系是……（）A、ΦA>ΦBB、ΦA=ΦBC、ΦA<ΦBD、無法確定能力提升：圖4-2-76、磁通量是研究電磁感應現(xiàn)象的重要物理量，如圖4-1-5所示，通過恒定電流的導線MN與閉合線框共面，第一次將線框由1平移到2，第二次將線框繞cd邊翻轉到2，設先后兩次通過線框的磁通量變化分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則（）圖圖4-1-5A、ΔΦ1>ΔΦ2B、ΔΦ1=ΔΦ2C、ΔΦ1<ΔΦ2D、無法確定7、如圖4-2-8所示，六根導線互相絕緣通入等值電流，甲、乙、丙、丁四個區(qū)域是面積相等的正方形，則方向垂直指向紙內(nèi)的磁通量最大的區(qū)域是（）圖4-2-8A.甲B.乙C.丙D.丁8、如圖4-2-9所示，大圓導線環(huán)A中通有電流，方向如圖所示，另在導線環(huán)所在的平面畫一個圓B，它的一半面積在A環(huán)內(nèi)，另一半面積在A環(huán)外.則B圓內(nèi)的磁通量（）圖4-2-9A.為零B.是進去的C.是出來的D.條件不足，無法判別9、如圖4-2-10所示，AB是水平面上一個圓的直徑，在過AB的豎直面內(nèi)有一根通電直導線CD，已知CD∥AB.當CD豎直向上平移時，電流的磁場穿過圓面積的磁通量將（）圖4-2-10A.逐漸增大B.逐漸減小C.始終為零D.不為零，但保持不變10、彈簧上端固定，下端掛一只條形磁鐵，使磁鐵上下做簡諧運動.若在振動過程中把線圈靠近磁鐵，如圖4-2-11所示，觀察磁鐵的振幅，將會發(fā)現(xiàn)…（）圖4-2-11閉合時振幅減小，S斷開時振幅不變閉合時振幅逐漸增大，S斷開時振幅不變閉合或斷開時，振幅的變化相同閉合或斷開時，振幅不會改變11、水平放置的光滑絕緣桿上掛有兩個銅環(huán)M和N，通電密繞長螺線管穿過兩環(huán)，如圖4-2-13所示，螺線管中部區(qū)域的管外磁場可以忽略.當變阻器滑動觸頭向左移動時，兩環(huán)將（）圖4-2-13A.一起向左移動B.一起向右移動C.相互靠攏D.相互分離12、如圖4-2-15所示，一通電螺線管b放在閉合金屬線圈a內(nèi)，螺線管的中心線正好和線圈的一條直徑MN重合.要使線圈a中產(chǎn)生感應電流，可采用的方法有（）圖4-2-15A.將螺線管在線圈a所在平面內(nèi)轉動B.使螺線管上的電流發(fā)生變化C.使線圈以MN為軸轉動D.使線圈以與MN垂直的一條直徑為軸轉動13、一球冠處于磁感應強度為B的勻強磁場中，如圖4-2-14所示，若球冠的底面大圓