天津市青光中学物理新人教版选修3-2《41 划时代的发现》学案

第四章电磁感应
一、划时代的发现
［要点导学］
1、不同自然现象之间是有相互联系的，而这种联系可以通过我们的观察与思考来发现。

例如摩擦生热则表明了机械运动与热运动是互相联系的，奥斯特之所以能够发现电流产生磁场，就是因为他相信不同自然现象之间是互相联系和互相转化的。

2、机遇总是青睐那些有准备的头脑，奥斯特的发现是必然中的偶然。

发现中子的历史过程（在选修3-5中学习）也说明了这一点。

小居里夫妇首先发现这种不带电的未知射线，他们误认为这是能量很高的射线，一项划时代的伟大发现就与小居里夫妇擦肩而过了。

当查德威克遇到这种未知射线时，查德威克很快就想到这种不带电的射线可能是高速运动的中子流，因为查德威克的老师卢瑟神福早已预言中子的存在，所以查德威克的头脑是一个有准备的头脑，查德威克就首先发现了中子，并因此获得诺贝尔物理学奖。

所以学会用联系的眼光看待世界，比记住奥斯特实验重要得多。

3、法拉第就是用联系的眼光看待世界的人，他坚信既然电流能够产生磁场，那么利用磁场应该可以产生电流。

信念是一种力量，但信念不能代替事实。

探索“磁生电”的道路非常艰苦，法拉第为此寻找了10年之久，我们要学习的就是这种百折不挠的探索精神。

4、法拉第为什么走了10年弯路，这个问题值得我们研究。

原来自然界的联系不是简单的联系，自然界的对称不是简单的对称，“磁生电”不象“电生磁”那样简单，“磁生电”必须在变化、运动的过程中才能出现。

法拉第的弯路应该使我们对自然界的联系和对称的认识更加深刻、更加全面。

［范例精析］
例1奥斯特的实验证实了电流的周围存在磁场，法拉第经过10年的努力终于发现了利用磁场产生电流的途径，法拉第认识到必须在变化、运动的过程中才能利用磁场产生电流。

法拉第当时归纳出五种情形，请说出这五种情形各是什么。

解析法拉第把能引起感应电流的实验现象归纳为五类：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。

它们都与变化和运动有关。

拓展法国物理学家安培也曾将恒定电流或磁铁放在导体线圈的附近，希望在线圈中看到被“感应”出来的电流，可是这种努力均无收获。

因为“磁生电”是在变化或运动中产生的物理现象。

例2 自然界的确存在对称美，质点间的万有引力F=Gm
1m
2
/r2和电荷间的库仑力
F=kq
1q
2
/r2就是一个对称美的例子。

电荷间的相互作用是通过电场传递的，质点
间的相互作用则是通过引力场传递的。

点电荷q的在相距为r处的电场强度是E=kq/r2，那么质点m在相距为r处的引力场强度是多少呢？如果两质点间距离变小，引力一定做正功，两质点的引力势能一定减少。

如果两电荷间距离变小，库仑力一定做正功吗？两电荷的电势能一定减少吗？请简述理由。

解析可以应用点电荷电场的定义方法定义质点的引力场强度,E
G =F
G
/m
1
=Gm/r2如
果两电荷间距离变小，库仑力不一定做正功，因为库仑力可能是吸引力，也可能是排斥力。

如果库仑力是吸引力，两电荷间距离变小则电势能减少；如果库仑力是排斥力，则两电荷间距离变小电势能增大。

拓展由以上分析可见，万有引力和库仑力虽然有对称性，但是因为电荷有正负两种，而质点只有一种，所以库仑力做功的情况就要比万有引力做功复杂一些。

［能力训练］
1．史料记载“1831年8月29日这一天，法拉第在接通电池的一刹那，偶然看到检流计指针动了一下，接着便回到了原位，然后就一直停住不动。

……”法拉第因此发现了电磁感应现象，图4-1-1是这个实验的示意图。

又有史料记载“瑞士物理学家科拉顿设计了一个利用磁铁在闭合线圈中获取电流的实验：将一块磁铁在螺线管中移动，使导线中产生感应电流。

为了排除磁铁移动对检流计指针偏转的影响，他把检流计放到隔壁房间中去，用长导线把检流计和螺线管连接起来。

实验开始了，科拉顿把磁铁插到线圈中去以后，就跑到隔壁房间中去，但他十分痛心地看到检流计的小磁针静止在原位。

”科拉顿没能发现电磁感应现象，他的实验示意图见图4-1-2。

请你分析一下，科拉顿没能看到电磁感应现象的原因是什么？
科拉顿没能看到电磁感应现象的原因是因为电磁感应现象是在变化或运动的过程中出现的，当科拉顿赶到隔壁房间去时，检流小磁针已经动过了，所以他没能看到电磁感应现象。

2．科学家对自然现象和自然规律的某些信念在科学发现中起着重要的作用。

结合具体例子说说这种作用。

牛顿相信使苹果下落的力和“使月亮下落的力”是同一种力，导致万有引力定律的发现（牛顿认为如果月亮不下落，应该是沿轨道圆的切线运动，现在月亮沿圆周运动，所以月亮实际上是下落了）；奥斯特、法拉第相信电与磁是相互联系的，导致他们分别发现了电流的磁效应和电磁感应现象。

3．设有两个物体，一个是热的，另一个是冷的，或更确切他说：一个物体的温度比另一个高些。

我们使它们进行接触，并使它们不受到任何外界影响，我们知道，最后它们会达到同样的温度。

但是这个情况是怎样发生的呢？从它们开始接触起到它们达到同样温度的时间里，究竟发生了什么呢？有人的脑海中想象这么一个图景：热从一个物体流向另一个物体，正如水由较高的水位流向较低的水位一样。

于是这些人因此提出这样的类比：“水——热水”，“较高的水位——较高的温度”，“较低的水位——较低的温度”，水的流动一直要继续到两个水位相同，热的流动也要到温度相等时才停止。

这些人的观点是：“热是一种物质，就像物体的质量一样。

它的量可以改变，也可以不改变，正如钱一样，可以储存在保险柜里，也可以花掉。

只要保险柜始终锁着，柜里面钱的总数就始终保持不变，和这一样，一个被隔离的物体中的质量的总数和热的总数也是不变的。

”
请你对上述观点作些点评，如果同意就说说论据，如果反对就说说理由。

这种类比的思想方法不能否定，但得出的结论不能苟同。

例如我们用一砂轮打摩一铁块，铁块和铁屑的总质量是不改变的，但是只要打摩不停，热就可以源源不断地增加。

可见热是一种能量，它可以从其它形式的能量转化而来。

这一例子也告诉我们，对自然现象的联系与对称要深刻研究，全面理解。

4．请你说说教科书把科学发现中经历的失败和挫折表达出来有什么意义？
失败和挫折能够起到警示作用，使我们更加聪明，少走弯路。