高中物理 电磁感应现象的发现与归因素材 教科版选修32

电磁感应现象的发现与归因
1、奥斯特电流磁效应的发现与启示
长期以来，人们一直认为电和磁是彼此独立的。

1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，这一惊人发现使当时整个科学界受到很大的震动，从此揭开了研究电磁联系的序幕。

既然电流能在其周围产生磁效应，那么磁体或电流也应能在附近导体中感应出电流来。

但如何从实验中去找到这种前所未有的感应现象呢？
从1820年到1831年，当时许多著名的科学家如法国的安培、菲涅尔、阿拉果和英国的沃拉斯顿等都纷纷投身于探索磁与电的关系之中。

他们用各种很强的磁铁试图产生电流，但均无结果。

究其原因，都是由于思想方法上的片面性，受思维定势的负迁移作用影响，他们认为奥斯特的磁效应是一种稳定效应，因此在研究磁生电时，也都是从稳定条件出发，而没有考虑到这是一种动态效果。

2、值得玩味两个实验：安培与科拉顿的实验研究
安培曾做了很多实验，以期能实现“磁生电”，但各个实验都毫无例外地失败了。

1822年，为了验证他的分子电流假说，安培有设计了这样一个实验。

其实验装置如图所示，a是一个固定在支架上的线圈，由很多匝导线绕成并与电池连接；b是一个由很细的铜条弯成的铜环，并用一根穿过线圈的细线L把铜环悬挂在O点，铜环正好在线圈b中且使两者同心。

将一个强磁体放在铜环附近。

在未接通电流时，铜环与线圈之间没有相互作用，当线圈中通以电流时，发现铜环发生了偏转。

安培认为，在电流通过线圈时，在铜环中感应出了分子电流，铜环被磁化了，铜环的偏转是由于强磁场对磁化了的铜环作用的结果。

他竟没有发现环中出现了电流，更未意识到这一电流就是感应电流。

安培未能发现电磁感应的原因是他把分子电流理论看的过分重要，完全被自己的理论囚禁起来了。

1823年，瑞士物理学家科拉顿曾企图用磁铁在线圈中运动获得电流。

他把一个线圈与电流计连成一个闭合回路。

为了使磁铁不至于影响电流计中的小磁针，特意将电流计用长导线连后放在隔壁的房间里，他用磁棒在线圈中插入或拔出，然后一次又一次地跑到另一房间
里去观察电流计是否偏转。

由于感应电流的产生与存在是瞬时的暂态效应，他当然观察不到指针的偏转，发现电磁感应的机会也失之交臂。

3、法拉第的探索与成功
奥斯特的实验也使法拉第受到极大震动，他想：由电可以产生磁、那么由磁也应可以产生电。

1822年，他给自己提出了一个崭新的研究课题：把磁转变成电，并开始了长期的艰苦探索。

法拉第用实验的方法探索这一课题，最初也是象上述物理学家一样，利用通常的思想方法，做了大量的实验，但磁生电的迹象却始终未出现。

失败并没有使他放弃实验，因为他坚信自然力是统一的、和谐的，电和磁是彼此有关联的。

1825年，斯特詹发明了电磁铁，这给法拉第的研究带来了新的希望。

1831年，法拉第的实验终于得到了突破性进展。

法拉第的实验大致是这样设计的：在一个铁环上绕有A、B 两组线圈，如图所示，B线圈抽头接成闭合回路，A线圈两端接于电池组。

在一次实验时他突然想到，每次将电池接通后才去看指针是否偏转，会不会是把电流表放得太远了。

法拉第抱着试一试的心情把电流表放在眼前，结果当电源接通时，电流表指针立即发生明显的摆动，而切断电流时指针向方向相反摆动，这表明线圈b中出现了感应电流，这就是著名的法拉第圆环实验。

这一实验使法拉第豁然开朗：由磁感应电的现象是一种暂态效应。

发现了这一秘密后，他设计了另外一些实验，并证实了自己的想法。

就这样经过近10年的思考与探索，法拉第克服了思维定势采用了新的实验方法，终于发现了电磁感应现象，找到了电磁感应现象产生的条件。

1831年11月24日，法拉第向英国皇家学会报告了整个实验的情况，并把这种现象正式定名为“电磁感应”。

电磁感应现象的发现是19世纪最伟大的发现，也是整个科学史上最伟大的发现之一，它具有划时代的意义。

不仅奠定了电力工业最重要的基础，而且在奥斯特实验的基础上进一步揭示了电现象和磁现象的紧密联系。

这一发现，并非是偶然的机遇，而是一位具有唯物主义物理观和辩证法思想的伟大科学家对真理执著追求的结果。

物理学年谱3
公元1815年
提出光衍射的带构造理论，把干涉概念和惠更斯的波迹原理结合起来(法国菲涅耳)。

公元1816年
发现玻璃变形会产生光的双折射现象，为光测弹性学的开端(英国布儒斯特)。

公元1819年
发现电流可使磁针偏转的磁效应，因而反过来又发现磁铁能使电流偏转，开始揭示电和磁之间的关系(丹麦奥斯忒)。

发现常温下，固体的比热按每克原子计算时，都约为每度六卡。

这一结果后来得到分子运动论的解释(法国杜隆、阿·珀替)。

证实相互垂直的偏振光不能干涉，从而肯定了光波的横向振动理论，并建立晶体光学(法国菲涅耳、阿拉戈)。

公元1820年
发明电流计(德国许外格)。

物理学年谱（公元1821年～公元1838年）
公元1821年
发表气体分子运动论(英国赫拉帕斯)。

发现温差电偶现象，即温差电效应(俄国塞贝克)。

公元1822年
发明电磁铁，即用电流通过绕线的方法使其中铁块磁化(法国阿拉戈、盖·吕萨克)。

发现方向相同的两平行电流相吸，反之相斥。

提出“电动力学’中电流产生磁场的基本定律。

用分子电流解释物体的磁性，为把电和磁归结为同一作用奠定基础(法国安培)。

从实验结果归纳出直线电流元的磁力定律(法国比奥、萨伐尔)。

创用光栅，用以研究光的衍射现象(德国夫琅和费)。

推得流体流动的基本方程，即纳维尔—史托克斯方程(法国纳维尔)。

公元1824年
提出热机的循环和可逆的概念，认识到实际热机的效率不可能大于理想可逆热机，理想效率与工质无关，与冷热源的温度有关，热在高温向低温传递时作功等，这是热力学第二定律的萌芽。

并据此设想高压缩型自燃热机(法国卡诺)。

公元1826年
修改牛顿声速公式，等温压缩系数换为绝热压缩系数，消除理论和实验的差异(法国拉普拉斯)。

实验发现导线中电流和电势差之间的正比关系，即欧姆定律；证明导线电阻正比于其长度，反比于其截面积(德国欧姆)。

观察到液体中的悬浮微粒作无规则的起伏运动即所谓布朗运动，是分子热运动的实证(英国罗·布朗)。

公元1830年
利用温差电效应，发明温差电堆，用以测量热辐射能量(意大利诺比利)。

公元1831年
各自发现电磁感应现象(英国法拉第，美国约·亨利)。

公元1832年
用永久磁铁创制发电机（法国皮克希）。

公元1833年
提出天然运动的变分原理(英国哈密顿)。

发明电报(德国威·韦伯、高斯)。

在法拉第发现电磁感应的基础上，提出感应电流方向的定律，即所谓楞次定律(德国楞次)。

公元1834年
发现温差电效应的逆效应，用电流产生温差，后楞次用此效应使水结冰(法国珀耳悌)。

在热辐射红外线的反射、折射，吸收诸实验中发现红外线本质上和光类似(意大利梅伦尼)。

提出热的可逆循环过程，并以解析形式表达卡诺循环，用来近似地说明蒸汽机的性能(法国克拉珀龙)。

提出动力学的普适方程，即哈密顿正则方程(英国哈密顿)。

公元1835年
推出地球转动造成的正比于并垂直于速度的偏向加速度，即科里奥利力(法国科里奥利)。

根据波动理论解释光通过光栅的衍射现象(德国薛沃德)。

公元1838年
推出关于多体体系运动状态分布变化的普适定理，后成为统计力学的基础之一(法国刘维叶)。

物理学年谱（公元1842年～公元1860年）
公元1842年
发现热功当量，建立起热效应中的能量守恒原理进而论证这是宇宙普适的一条原理(德国迈尔)。

推知光源走向观测者时收到的光振动频率增大，离开时频率减小的多普勒效应。

后在天体观察方面得到证实(奥地多普勒)。

公元1843年
发明电桥，用以精确测量电阻(英国惠斯通)。

创用冰桶实验，证明电荷守恒定律(英国法拉第)。

测量证明，伽伐尼电池通电使导线发出的热量等于电池中化学反应的热效应(英国焦耳)。

公元1845年
发现固体和液体在磁场中的旋光性，即强磁场使透明体中光的偏振面旋转的效应(英国法拉第)。

1843—1845年，分别用机械功，电能和气体压缩能的转测定热功当量，以实验支持能量守恒原理(英国焦耳)。

推得滞流方程及流体中作慢速运动的物体所受的曳力正比于物体的速度(英国斯托克斯)。

发展气体分子运动论，指出赫拉帕斯分子运动论的基本错误(英国华特斯顿)。