2016年春人教版物理选修3-2第4章第1节 划时代的发现 教案

本章概述
本章是选修3-2教材的第一章，是高中阶段 ( http: / / www.21cnjy.com )电磁学的继续。这一章的内容是高中阶段基础内容之一。本章的核心内容是楞次定律以及法拉第电磁感应定律的理解以及应用。本书从电磁感应现象入手，对楞次定律、法拉第电磁感应定律以及电磁感应现象的两类情况进行了解释，利用以上知识对互感、自感、涡流、电磁阻尼和电磁驱动进行了分析。成功的引导和培养了学生理论联系实际的学习习惯。
本章知识共有7节，大致可以分为3部分:
第一部分包括1、2、3节，本部分从奥斯特、 ( http: / / www.21cnjy.com )法拉第的发现入手，引发学生兴趣；然后对产生感应电流的条件通过探究实验的方法进行了分析，从而推导出楞次定律。
第二部分包括4、5节，本部分以感应电动势为 ( http: / / www.21cnjy.com )突破口，引出法拉第电磁感应定律并推导出切割磁感线的导体的感应电动势的求解。然后把常见的电磁感应现象的两类情况进行了归纳分析。
第三部分包括6、7节是对电磁感应现象的应用进行举例讲解
课时1 第1节 划时代的发现
适用年级 高二 所需课时 1
作者姓名 张裕其 单位 枣庄八中 南校
概述（介绍本课时内容在本章 ( http: / / www.21cnjy.com )中的作用，主要学习内容，具体细化的三维学习目标，重点、难点，学习本节学生的优势和不足，主要学习活动和预期学生表现性成果。）
本节是本章第1节,本部分的内容是对电磁 ( http: / / www.21cnjy.com )感应现象的发现历程进行了讲述,同时也向我们传递了科学的探究精神,锲而不舍的意志,科学的探究方法。讲解过程中要引导好学生,多思考,多提问。【三维教学目标】（一）知识与技能1．知道奥斯特实验、电磁感应现象2．了解电生磁和磁生电的发现过程3．知道电磁感应和感应电流的定义。（二）过程与方法1．通过阅读使学生掌握自然现象之间是相互联系和相互转化的2．通过学习了解科学家们在探究过程中的失败和贡献，从中学习科学探究的方法和思想。3．领悟科学探究中提出问题、观察实验、分析论证、归纳总结等要素在研究物理问题时的重要性。（三）情感、态度与价值观1．通过学习阅读培养学生正确的探究自然规律的科学态度和科学精神2．领会科学家对自然现象、自然规律的某些猜想在科学发现中的重要性。[3．以科学家不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志激励自己。4.知道科学家的猜想不是凭空而来的，而是建立在严谨的观察之上的。【教学重点】探索电磁感应现象的历史 ( http: / / www.21cnjy.com )背景。知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。领悟科学探究的方法和艰难历程。培养不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。【教学难点】体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神。学生的优势和不足:学生对于科学家以 ( http: / / www.21cnjy.com )及科学发现的历史故事都比较感兴趣，但是对于故事中的哲理、情感上、价值观上的理解还有一定的差距，这就要求教师要积极主动引导学生发现问题、思考问题、解决问题。
课时问题设计 1.是什么信念激励奥斯特寻找电与磁的联系的？在这之前，科学研究领域存在怎样的历史背景？2.奥斯特的研究是一帆风顺的吗？奥斯特面对失败是怎样做的？3.奥斯特发现电流磁效应的过程是怎样的？用学过的知识如何解释？4.电流磁效应的发现有何意义？谈谈自己的感受。5.奥斯特发现电流磁效应引发了怎样的哲学思考？法拉第持怎样的观点？6.法拉第的研究是一帆风顺的吗？法拉第面对失败是怎样做的？7.法拉第做了大量实验都是以失败告终，失败的原因是什么？8.法拉第经历了多次失败后，终于发现了电磁感 ( http: / / www.21cnjy.com )应现象，他发现电磁感应现象的具体的过程是怎样的？之后他又做了大量的实验都取得了成功，他认为成功的“秘诀”是什么？9.从法拉第探索电磁感应现象的历程中，你学到了什么？谈谈自己的体会。
评价设计 1.能否正确说出法拉第和奥斯特各自的发现2.是否能区分电流的磁效应和电磁感应现象各是什么3.通过两位科学家的故事和发现是否能够说出自己的收获
学习活动设计（针对本课时选择的活动形式及过程。）
活动顺序及时间安排 学生活动 教师活动 设计意图
新授课
活动1 学生阅读教材有关奥斯特发现电流磁效应 ( http: / / www.21cnjy.com )的内容，分成小组讨论，完成老师给出的要求探究的问题，发表自己的见解。【探究一】奥斯特梦圆“电生磁”------电流的磁效应（1）是什么信念激励奥斯特寻找电与磁的联系的？在这之前，科学研究领域存在怎样的历史背景？答：许多哲学家提出了各种自 ( http: / / www.21cnjy.com )然现象之间是相互联系和相互转化的思想。奥斯特通过对生活的观察：如闪电过后，刀叉可以被磁化。坚信电与磁之间可能存在着某种联系。而在这之前许多物理学家都坚持认为电与磁是互不相关的。（2）奥斯特的研究是一帆风顺的吗？奥斯特面对失败是怎样做的？答：奥斯特的研究并不是一 ( http: / / www.21cnjy.com )帆风顺的。经历了好多次失败，但奥斯特始终没有放弃。直到1820年4月的一次演讲中他才发现了电流竟使下面的小磁针发生了转动。也就是电流的磁效应。这说明科学的发现是信念和偶然的结合体。成功是正确的方向和不懈的努力的结果。（3）奥斯特发现电流磁效应的过程是怎样的？用学过的知识如何解释？答：奥斯特在1820年4月的一次演讲中 ( http: / / www.21cnjy.com )，碰巧在南北方向的导线下面放置了一枚小磁针。当电源接通时，小磁针发生了转动。说明电流对小磁针产生了作用，证明电流在其周围产生了磁场。这就是发现电流磁效应的过程。而这一细微的变化别人都没有发现，但令奥斯特惊喜万分，这就是他苦苦寻找的现象。这也说明成功是给有准备的人的。通过前面的学习，我们知道，地磁场是南北方向的，小磁针静止时指示南北方向。通电直导线的磁场方向遵守安培定则。当导线南北放置时，导线下方的磁场方向沿东西方向，当导线通电后，小磁针受到电流的磁场作用由原来的南北方向转向东西方向。奥斯特从磁针的偏转，确定电和磁的联系。也就是电流的磁效应。电流磁效应的发现有何意义？谈谈自己的感受。答：电流磁效应的发现揭示了电现象和磁现象之间存在的某种联系。奥斯特的思维和实践突破了人类对电与磁认识的局限性。电流磁效应的发现引发了科学认识领域的思考，推动了电磁学的发展。 学生通过阅读课本和上网寻找资料，阅读奥斯特的事迹。回答问题。奥斯特的信念不是平白而生的是有根据的：通过对日常生活的观察
活动2 【探究二】法拉第心系“磁生电”---- ( http: / / www.21cnjy.com )--电磁感应现象结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。）奥斯特发现电流磁效应引发了怎样的哲学思考？法拉第持怎样的观点？答：奥斯特发现电流磁效应引发了对称 ( http: / / www.21cnjy.com )性的普遍思考：既然电流能够引起磁针的运动，那么磁铁也会使导线产生电流。法拉第坚信：磁与电之间也应该有类似的“感应”。法拉第的研究是一帆风顺的吗？法拉第面对失败是怎样做的？答：法拉第的研究并不是一帆风顺的。经历了 ( http: / / www.21cnjy.com )好多次失败，但法拉第始终没有放弃。直到1831年8月29日，他苦苦寻找了10年之久的“磁生电“的效应终于被发现了。法拉第做了大量实验都是以失败告终，失败的原因是什么？答：法拉第在1822年12月、182 ( http: / / www.21cnjy.com )5年11月、1828年4月作过三次集中的实验研究，均以失败告终。原因在于，法拉第认为，既然奥斯特的实验表明有电流就有磁场，那么有了磁场就应该有电流。他在实验中用的都是恒定电流产生的磁场。（4）法拉第经历了多次失败后，终于发现 ( http: / / www.21cnjy.com )了电磁感应现象，他发现电磁感应现象的具体的过程是怎样的？之后他又做了大量的实验都取得了成功，他认为成功的“秘诀”是什么？答：多次失败后，1831年8月 ( http: / / www.21cnjy.com )29日，法拉第终于发现了电磁感应现象。他把两个线圈绕到同一个铁环上，如图所示。一个线圈接电源，一个线圈接“电流表”，在给线圈通电和断电的瞬间，令一个线圈中就出现电流。之后他又做了大量的实验都取得了成功，他认为成功的“秘诀”是：“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。从法拉第探索电磁感应现象的历程中，你学到了什么？谈谈自己的体会。答：法拉第探索电磁感应现象的历程经历了10年之久，经历了大量的失败，但法拉第凭借自己的坚定信念和对科学的执著追求，勇敢地面对失败，一次又一次，最终成功属于坚持不懈的有心人，他成功了。作为现代的中学生就要学习法拉第不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。 让学生知道当时的实验条件：对有无电流的观察室没有现在方便的，因为当时是没有电流表和灵敏电流计的。
活动3 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 ( http: / / www.21cnjy.com )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=Gm1m2/r2和电荷间的库仑力F=kq1q2/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 ( http: / / www.21cnjy.com )定义方法定义质点的引力场强度,EG=FG/m1=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 ( http: / / www.21cnjy.com )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。
活动4 拓展阅读 （一）奥斯特梦圆“电生磁”到18世纪末，人们开始思考不同自然现象之间的联系，例如：摩擦生热表明了机械运动向热运动转化，而蒸汽机则实现了热运动向机械运动的转化，于是，一些独具慧眼的哲学家如康德等提出了各种自然现象之间的相互联系和转化的思想。由于受康德哲学与谢林等自然哲学家的哲学思想的影响，坚信自然力是可以相互转化的，长期探索电与磁之间的联系。1803年奥斯特指出：“物理学将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及我们所知道的各种现象的零散的罗列，我们将把整个宇宙纳在一个体系中”。在此思想的指导下，1820年4月奥斯特发现了电流对磁针的作用，即电流的磁效应。同年7月21日奥斯特又以《关于磁针上电冲突作用的实验》为题发表了他的发现。这篇短短的论文使欧洲物理学界产生了极大震动，导致了大批实验成果的出现，由此开辟了物理学的新领域──电磁学。1820年因电流磁效应这一杰出发现获英国皇家学会科普利奖章。1829年起任哥本哈根工学院院长。（二）法拉第心系“磁生电”，法拉第的成就1820年奥斯特发现电流的磁效应，受到科学界的关注，促进了科学的发展。1821年英国《哲学年鉴》的主编约请戴维撰写一篇文章，评述奥斯特发现以来电磁学实验的理论发展概况。戴维把这一工作交给了法拉第。法拉第在收集资料的过程中，对电磁现象的研究产生了极大的热情，并开始转向电磁学的研究。他仔细地分析了电流的磁效应等现象，认为既然电流能产生磁，磁能否产生电呢 1822年他在日记中写下了自己的思想：“磁能转化成电”。他在这方面进行了系统的研究。起初，他试图用强磁铁靠近闭合导线或用强电流使另一闭合导线中产生电流，做了大量的实验，都失败了。经过历时十年的失败、再试验，直到1831年8月29日才取得成功。他接连又做了几十个这类实验。1831年11月24日的论文中，他把产生感应电流的情况概括成五类：变化着的电流；变化着的磁场；运动的恒定电流；运动的磁场；在磁场中运动的导体。他指出：感应电流与原电流的变化有关，而不是与原电流本身有关。他将这一现象与导体上的静电感应类比，把它取名为“电磁感应”，产生的电流叫做感应电流。为了解释电磁感应现象，法拉第曾提出过“电张力”的概念。后来在考虑了电磁感应的各种情况后，认为可以把感应电流的产生归因于导体“切割磁力线”。在电磁感应现象发现二十年后，直到1851年才得出了电磁感应定律。经过大量实验后，他终于实现了“磁生电”的夙愿，宣告了电气时代的到来。作为19世纪伟大实验物理学家的法拉第。他并不满足于现象的发现，还力求探索现象后面隐藏着的本质；他既十分重视实验研究，又格外重视理论思维的作用。1832年3月12日他写给皇家学会一封信，信封上写有“现在应当收藏在皇家学会档案馆里的一些新观点”。那时的法拉第已经孕育着电磁波的存在以及光是一种电磁振动的杰出思想，尽管还带有一定的模糊性。为解释电磁感应现象，他提出“电致紧张态”与“磁力线”等新概念，同时对当时盛行的超距作用说产生了强烈的怀疑：“一个物体可以穿过真空超距地作用于另一个物体，不要任何一种东西的中间参与，就把作用和力从一个物体传递到另一个物体，这种说法对我来说，尤其荒谬。凡是在哲学方面有思考能力的人，决不会陷人这种谬论之中”。他开始向长期盘踞在物理学阵地的超距说宣战。与此同时，他还向另一种形而上学观点──流体说进行挑战。1833年，他总结了前人与自己的大量研究成果，证实当时所知摩擦电、伏打电、电磁感应电、温差电和动物电等五种不同来源的电的同一性。他力图解释电流的本质，导致他研究电流通过酸、碱、盐溶液，结果在1833～1834年发现电解定律，开创了电化学这一新的学科领域。他所创造的大量术语沿用至今。电解定律除本身的意义外，也是电的分立性的重要论据。　　1837年他发现电介质对静电过程的影响，提出了以近距“邻接”作用为基础的静电感应理论。不久以后，他又发现了抗磁性。在这些研究工作的基础上，他形成了“电和磁作用通过中间介质、从一个物体传到另一个物体的思想。”于是，介质成了“场”的场所，场这个概念正是来源于法拉第。正如爱因斯坦所说，引入场的概念，是法拉第的最富有独创性的思想，是牛顿以来最重要的发现。牛顿及其他学者的空间，被视作物体与电荷的容器；而法拉第的空间，是现象的容器，它参与了现象。所以说法拉第是电磁场学说的创始人。他的深邃的物理思想，强烈地吸引了年轻的麦克斯韦。麦克斯韦认为，法拉第的电磁场理论比当时流行的超距作用电动力学更为合理，他正是抱着用严格的数学语言来表述法拉第理论的决心闯入电磁学领域的。　　法拉第坚信：“物质的力借以表现出的 ( http: / / www.21cnjy.com )各种形式，都有一个共同的起源”，这一思想指导着法拉第探寻光与电磁之间的联系。1822年，他曾使光沿电流方向通过电解波，试图发现偏振面的变化，没有成功。这种思想是如此强烈，执着的追求使他终于在1845年发现强磁场使偏振光的偏振面发生旋转。他的晚年，尽管健康状况恶化，仍从事广泛的研究。他曾分析研究电缆中电报信号迟滞的原因，研制照明灯与航标灯。　　他的成就来源于勤奋，他的主要著作《日记》由16041则汇编而成；《电学实验研究》有3362节之多。 他生活简朴，不尚华贵，以致有人到皇家学院实验室作实验时错把他当作守门的老头。1857年，皇家学会学术委员会一致决议聘请他担任皇家学会会长。对这一荣誉职务他再三拒绝。他说：“我是一个普通人。如果我接受皇家学会希望加在我身上的荣誉，那么我就不能保证自己的诚实和正直，连一年也保证不了。”同样的理由，他谢绝了皇家学院的院长职务。当英王室准备授予他爵士称号时，他多次婉言谢绝说：“法拉第出身平民，不想变成贵族”。他的好友J.Tyndall对此作了很好的解释：“在他的眼中看去，宫廷的华丽，和布来屯（Brighton）高原上面的雷雨比较起来，算得什么；皇家的一切器具，和落日比较起来，又算得什么？其所以说雷雨和落日，是因为这些现象在他的心里，都可以挑起一种狂喜。在他这种人的心胸中，那些世俗的荣华快乐，当然没有价值了”。“一方面可以得到十五万镑的财产，一方面是完全没有报酬的学问，要在这两者之间去选择一种。他却选定了第二种，遂穷困以终。”这就是这位铁匠的儿子、订书匠学徒的郑重选择。1867年8月25日逝世，墓碑上照他的遗愿只刻有他的名字和出生年月。　　后世的人们，选择了法拉作为电容的国际单位，以纪念这位物理学大师。人物生平迈克尔·法拉第（Michael Faraday，公元1791～公元1867）英国物理学家 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )、化学家 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，也是著名的自学成才的科学家 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )。1791年9月22日出生萨里郡 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )纽因顿一个贫苦铁匠家庭。他的父亲是个铁匠，体弱多病，收入微薄，仅能勉强维持生活的温饱。但是父亲非常注意对孩子们的教育，要他们勤劳朴实，不要贪图金钱地位，要做一个正直的人。这对法拉第的思想和性格产生了很大的影响。由于贫困，法拉第家里无法供他上学，因而法拉第幼年时没有受过正规教育，只读了两年小学。1803年，为生计所迫，他上街头当了报童。第二年又到一个书商兼订书匠的家里当学徒。订书店里书籍堆积如山，法拉第带着强烈的求知欲望，如饥似渴地阅读各类书籍，汲取了许多自然科学 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )方面的知识，尤其是《大英百科全书 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )》中关于电学 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的文章，强烈地吸引着他。[2]他努力地将书本知识付诸实践，利用废旧物品制作静电起电机 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，进行简单的化学和物理实验。他还与青年朋友们建立了一个学习小组，常常在一起讨论问题，交换思想。重视实践尤其是科学实验的特点，在法拉第一生的科学活动中贯彻始终。法拉第不放过任何一个学习的机会，在哥哥的资助下，他有幸参加了学者塔特姆 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )领导的青年科学组织－－伦敦城哲学会。通过一些活动，他初步掌握了物理 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )、化学 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )、天文 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )、地质 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )、气象 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )等方面的基础知识，为以后的研究工作打下了良好基础。法拉第的好学精神感动了一位书店的老主顾，在他的帮助下，法拉第有幸聆听了著名化学家 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )戴维 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的演讲。他把演讲内容全部记录下来并整理清楚，回去和朋友们认真讨论研究。他还把整理好的演讲记录送给戴维，并且附信，表明自己愿意献身科学事业。结果他如愿以偿。22岁上做了戴维的实验助手。从此，法拉第开始了他的科学生涯。戴维虽然在科学上有许多了不起的贡献，但他说，我对科学最大的贡献是发现了法拉第。法拉第勤奋好学，工作努力，很受戴维器重。1813年10月，他随戴维到欧洲 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )大陆国家考察，他的公开身份是仆人，但他不计较地位，也毫不自卑，而把这次考察当做学习的好机会。他见到了许多著名的科学家 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，参加了各种学术交流活动，还学会了法语 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )和意大利语 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )。大大开阔了眼界，增长了见识。1815年5月法拉第回到皇家研究所，并且在戴维指导下做独立的研究工作并取得了几项化学研究成果。1816年法拉第发表了第一篇科学论文。从1818年起他和J·斯托达特合作研究合金钢 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，首创了金相分析 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )方法。1820年他用取代反应 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )制得六氯乙烷 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )和四氯乙烯 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )。1821年任皇家学院 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )实验室总监。1823年他发现了氯气和其他气体的液化方法。1824年1月他当选为皇家学会 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )会员。1825年2月接替戴维任皇家研究所实验室主任。同年发现苯 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )。1821年法拉第完成了第一项重大的电发明。在这两年之前，奥斯特 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )已发现如果电路中有电流通过，它附近的普通罗盘 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的磁针 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )就会发生偏移。法拉第从中得到启发，认为假如磁铁固定，线圈 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )就可能会运动。根据这种设想，他成功地发明了一种简单的装置。在装置内，只要有电流通过线路，线路就会绕着一块磁铁不停地转动。事实上法拉第发明的是第一台电动机 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，是第一台使用电流将物体运动的装置。虽然装置简陋，但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。人们知道静止的磁铁不会使附近的线路内产生电流。1831年法拉第发现当一块磁铁穿过一个闭合线路时线路内就会有电流产生，这个效应叫电磁感应 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，产生的电流叫感应电流。一般认为法拉第的电磁感应定律 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )是他的一项最伟大的贡献。法拉第还发现如果有偏振光 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )通过磁场，其偏振作用就会发生变化。这一发现具有特殊意义，首次表明了光与磁之间存在某种关系。1820年，奥斯特 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )发现电流的磁效应 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，受到科学界的关注，1821年，英国《哲学年鉴》的主编约请戴维撰写一篇文章，评述自奥斯特的发现以来电磁学 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )实验的理论发展概况。戴维把这一工作交给了法拉第。法拉第在收集资料的过程中，对电磁现象 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )产生了极大的热情，并开始转向电磁学 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的研究。他仔细地分析了电流的磁效应 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )等现象，认为既然电能够产生磁，反过来，磁也应该能产生电。于是，他企图从静止的磁力对导线或线圈的作用中产生电流，但是努力失败了。经过近10年的不断实验，到1831年法拉第终于发现，一个通电线圈的磁力虽然不能在另一个线圈中引起电流，但是当通电线圈的电流刚接通或中断的时候，另一个线圈中的电流计指针有微小偏转。法拉第心明眼亮，经过反复实验，都证实了当磁作用力发生变化时，另一个线圈中就有电流产生。他又设计了各种各样实验，比如两个线圈发生相对运动，磁作用力的变化同样也能产生电流。这样，法拉第终于用实验揭开了电磁感应定律 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )。法拉第的这个发现扫清了探索电磁本质道路上的拦路虎，开通了在电池之外大量产生电流的新道路。根据这个实验，1831年10月28日法拉第发明了圆盘发电机 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，这是法拉第第二项重大的电发明。这个圆盘发电机 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，结构虽然简单，但它却是人类创造出的第一个发电机。现代世界上产生电力的发电机就是从它开始的。为了证实用各种不同办法产生的电在本质上都是一样的，法拉第仔细研究了电解液 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )中的化学现象，1834年总结出法拉第电解定律 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )：电解释放出来的物质 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )总量和通过的电流总量成正比，和那种物质的化学当量成正比。这条定律成为联系物理学 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )和化学 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的桥梁，也是通向发现电子 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )道路的桥梁。法拉第作为一名天才的电学 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )大师，在电磁学 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的新领域中树立起了前进的路标。1837年他引入了电场 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )和磁场 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的概念，指出电和磁的周围都有场的存在，这打破了牛顿力学 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )“超距作用”的传统观念。1838年，他提出了电力线的新概念来解释电、磁现象，这是物理学理论上的一次重大突破。1843年，法拉第用有名的“冰桶实验 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )”，证明了电荷守恒定律 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )。法拉第在电磁学 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的新领域中耕耘播种。他为了探讨电磁和光的关系，在光学玻璃方面费尽了心血。1845年，也是在经历了无数次失败之后，他终于发现了“磁光效应 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )”。他用实验证实了光和磁的相互作用，为电、磁和光的统一理论奠定了基础。1848年 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，受到艾伯特王夫引见，法拉第受赐在萨里 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )汉普顿宫 ( http: / / 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"_blank )分解硫酸镁 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )。（2）1821年，在丹麦 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )化学家 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )韩·克利斯汀·奥斯特 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )发现电磁现象 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )后，戴维 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )和威廉·海德·渥拉斯顿尝试设计一部电动机 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，但没有成功。法拉第在与他们讨论过这个问题后，继续工作并建造了两个装置以产生他称为“电磁转动”的现象：由线圈 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )外环状磁场造成的连续旋转运动。他把导线 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )接上化学电池 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，使其导电，再将导线放入内有磁铁 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的汞 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )池之中，则导线将绕着磁铁旋转。这个装置 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )现称为单极 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )电动机。这些实验与发明成为了现代电磁科技的基石。但此时法拉第却做了一件不智之举，在没有通知戴维跟渥拉斯顿情况下，擅自发表了此项研究成果。此举招来诸多争议，也迫使他离开电磁学 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )研究数年之久。（3）在这个阶段，有些证据指出戴维可能有意阻碍法拉第在科学界的发展。如在1825年，戴维指派法拉第进行光学玻璃 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )实验，此实验历时六年，但没有显著的进展。直到1829年，戴维去世，法拉第停止了这个无意义的工作并开始其他有意义的实验。在1831年，他开始一连串重大的实验，并发现了电磁感应 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，虽然在福朗席斯科·札德启稍早的工作可能便预见了此结果，此发现仍可称为法拉第最大的贡献之一。这个重要的发现来自于，当他将两条独立的电线环绕在一个大铁环，固定在椅子上，并在其中一条导线通以电流时，另外一条导线竟也产生电流。他因此进行了另外一项实验，并发现若移动一块磁铁通过导线 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )线圈，则线圈中将有电流 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )产生。同样的现象也发生在移动线圈通过静止的磁铁上方时。（4）他的展示向世人建立起“磁场的改变产生电场”的观念。此关系由法拉第电磁感应定律 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )建立起数学模型 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，并成为四条麦克斯韦方程组 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )之一。这个方程组之后则归纳入场论之中。法拉第并依照此定理，发明了早期的发电机，此为现代发电机的始祖。1839年他成功了一连串的实验带领人类了解电 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的本质。法拉第使用“静电 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )”、电池以及“生物生电”已产生静电 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )相吸、电解 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )、磁力 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )等现象。他由这些实验，做出与当时主流想法相悖的结论，即虽然来源不同，产生出的电都是一样的，另外若改变大小及密度（电压 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )及电荷 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )），则可产生不同的现象。（5）在他生涯的晚年，他提出电磁力 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )不仅存在于导体中，更延伸入导体附近的空间迈克尔·法拉第里。这个想法被他的同侪排斥，法拉第也终究没有活着看到这个想法被世人所接受。法拉第也提出电磁线 ( http: / / baike. / view / 696600.htm" \t "_blank )的概念：这些流线由带电体或者是磁铁 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的其中一极中放射出，射向另一电性的带电体或是磁性 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )异极的物体。这个概念帮助世人能够将抽象的电磁场 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )具象化，对于电力机械装置在十九世纪的发展有重大的影响。而这些装置在之后的十九世纪中主宰了整个工程与工业界。1845年他发现了被他命名为抗磁性 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )（diamagnetism）至今则称为法拉第效应 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的现象：一个线性极化的光线 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )在经过一物体介质时，外加一磁场 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )并与光线的前进方向对齐，则此磁场将使光线在空间中划出的平面转向。他在笔记本中写下：“我终于在‘阐释一条磁力曲线 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )’－或者说‘力线 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )’－及‘磁化光线’中取得成功。”在对静电 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的研究中，法拉第发现在带电导体 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )上的电荷 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )仅依附于导体表面，且这些表面上的电荷对于导体内部没有任何影响。造成这样的原因在于在导体表面 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的电荷 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )彼此受到对方的静电力作用而重新分布至一稳定状态，使得每个电荷对内部造成的静电力 ( http: / / 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)界引起极大反响，科学家想既然“电能生磁”，反过来“磁也能生电”。可以说，想实现“磁生电”是当时许多科学家的愿望，例如，安培、科拉顿等人都曾为之努力过，但是都失败了。在这个问题上，最遗憾的莫过于科拉顿。1825年，科拉顿做了这样一个实验，他将一个磁铁插入连有灵敏电流计的螺旋线圈，来观察在线圈中是否有电流产生。但是在实验时，科拉顿为了排除磁铁移动时对灵敏电流计的影响，他通过很长的导线把接在螺旋线圈上的灵敏电流计放到另一间房里他想，反正产生的电流应该是“稳定”的（当时科学界都认为利用磁场产生的电应该是“稳定”的），插入磁铁后，如果有电流，跑到另一间房里观察也来得及就这样，科拉顿开始了实验。然而，无论他跑得多快，他看到的电流计指针都是指在“0”刻度的位置。科拉顿失败了。科拉顿的这个失败，是一个什么样的失败呢？后人有各种各样的议论。有人说这是一次“成功的失败”。因为科拉顿的实 ( http: / / www.21cnjy.com )验装置设计得完全正确，如果磁铁磁性足够强，导线电阻不大，电流计十分灵敏，那么在科拉顿将磁铁插入螺旋线圈时，电流计的指针确实是摆动了的。也就是说，电磁感应的实验是成功了，只不过科拉顿没有看见，他跑得还是“太慢”，连电流计指针往回摆也没看见，有人说，这是一次“遗憾的失败”。因为 ( http: / / www.21cnjy.com )科拉顿如果有个助手在另外那间房里，或者科拉顿就把电流计放在同一间房里看得见的地方，那么成功的桂冠肯定是属于科拉顿的。有人说，这是一次“真正的失败”。因为科拉顿没能转变思想，没有从“稳态”的猜想转变到“暂态”的考虑上来，所以他想不到请个助手帮一下忙、或者把电流计拿到同一间房里来。事实也正是如此，法拉第总结了别人和他自己以前失败的教训，他决定不再固守“稳态”的猜想，终于在1831年8月，观察到了电磁感应现象。科拉顿只能留下永远的遗憾。 通过对科学家的生平，荣誉介绍：让学生体会科学家的奋斗史，以他们为榜样，发愤图强，报效祖国。
教学评价 可评价的学习要素：1.在活动1中学生对有关奥斯特发现电流磁效应的内容的理解评价方法：学生互评评价指标：学生能否用自己的话谈谈自己的收获。2.活动2中学生对法拉第电磁感应现象的理解。评价方法：教师现场评价评价指标：（1）是否准确表述出法拉第电磁感应现象。（2）能否结合阅读内容谈谈自己的感受。3.在活动3中学生对已学知识的运用评价方法：教师评价评价指标：是否能够在和以前的已有知识相互结合在一起，不断深化，理解。
使用建议 本节课我们学习了奥斯特和法拉第分别是如 ( http: / / www.21cnjy.com )何的克服困难发现“电生磁”及“磁生电”的，并知道了发生电磁感应现象的条件，讲解过程应该多设计问题让学生思考，不仅仅局限于本案例的问题。
资源 http://baike./link url=6GQllnb4kCt8HkBZKJ4bSoNyWv65JBGYxPKu8G_jQaPgmnGo5BL-HPniwtYO261O34dOrS-HbGocUnPzrbrLBq ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网 )奥斯特简介http://baike./view/15796.htm fromId=4241&redirected=seachword ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网 )法拉第简介