高中物理选修3-2第四章电磁感应-1.划时代的发现（课件）

(共35张PPT)
吕 叔 湘 中 学
庞 留 根
划时代的发现
划时代的发现
教学目标
一、奥斯特梦圆“电生磁”
二、科拉顿的“失败”
三．法拉第心系“磁生电”
【例1】 【例2】 【例3】
A组能力训练题1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11
教学目标
1．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。
2．知道电磁感应、感应电流的定义。
教学重点:
探索电磁感应现象的历史背景，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
一、奥斯特梦圆“电生磁”
第一节 划时代的发现
阅读教材有关奥斯特发现电流磁效应的内容。思考以下问题:
（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？
（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？
奥斯特的研究并不是一帆风顺的。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。
（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
许多哲学家提出了各种自然现象之间是相互联系和相互转化的思想。奥斯特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。
（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？
奥斯特在1820年4月的一次演讲中，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。
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.
一、
（4）电流磁效应的发现有何意义？
奥斯特发现的电流磁效应，使整个科学界受到了极大的震动，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。法拉第赞扬道：“它突然打开了科学中一个黑暗领域的大门，使其充满光明。”
一、
第2页
二、科拉顿的“失败”
1820年，奥斯特的磁效应发表后，在科学界引起极大反响，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。
因为科拉顿的实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，
因为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“遗憾的失败”。
有人说这是一次“成功的失败”。
二、
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。
有人说，这是一次“真正的失败”。
二、
第2页
三．法拉第心系“磁生电”
阅读教材有关法拉第发现电磁感应的内容。
思考以下问题：
（1）奥斯特发现电流磁效应引发了怎样的哲学思考？法拉第坚持怎样的观点？
（2）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？
（3）法拉第做了大量实验都是以失败告终，失败的原因是什么？
（4）法拉第经历了多次失败后,终于发现了电磁感应现象，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？
（5）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。
（1）奥斯特发现电流磁效应引发了怎样的哲学思考？法拉第坚持怎样的观点？
奥斯特发现电流磁效应引发了对称性的普遍思考：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”。
（2）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？
法拉第的研究并不是一帆风顺的。经历了好多次失败，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。
（3）法拉第做了大量实验都是以失败告终，失败的原因是什么？
法拉第在1822年12月、1825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。
三、
多次失败后，1831年8月29日，法拉第终于发现了电磁感应现象，终于实现了“磁生电”的夙愿。
（4）法拉第发现电磁感应现象的具体的过程是怎样的？他认为成功的“秘诀”是什么？
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。
图4.1-2 法拉第
用过的线圈
(法拉第线圈与160年后出现的现代变压器出奇的相似，现已成为著名的科学文物。)
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。
第2页
三、
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。
第2页
第3页
三、
法拉第探索电磁感应现象的历程经历了十年之久,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。
（5）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。
第4页
三、
第2页
第3页
【例1】
发电的基本原理是电磁感应。发现电磁感应现象的科学家是（ ）
A．安培
B．赫兹
C．法拉第
D．麦克斯韦
C
【例2】
发现电流磁效应现象的科学家是________,
发现通电导线在磁场中受力规律的科学家是______,
发现电磁感应现象的科学家是_________,
发现电荷间相互作用力规律的的科学家是______。
库仑
奥斯特
安培
法拉第
【例3】
下列现象中属于电磁感应现象的是（ ）
A．磁场对电流产生力的作用
B．变化的磁场使闭合电路中产生电流
C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化
D．电流周围产生磁场
B
A组能力训练题1
1、奥斯特实验要有明显的效果，通电导线必须____________放置。
南北
A组能力训练题2
2、1831年8月29日，_________发现了电磁现象;把两个线圈绕在同一个铁环上，一个绕圈接到_______，另一个线圈接入__________，在给一个线圈________或________的瞬间，发现了另一个线圈中也出现了____________.
电流
法拉第
电源
电流表
通电
断电
A组能力训练题3
3、恒定的匀强磁场中有一个圆形闭合线圈，线圈平面垂直于磁场方向，当线圈在此磁场中做下列哪种运动时，穿过线圈的磁通量发生了变化（ ）
A.线圈沿自身所在的平面做匀速运动
B.线圈沿自身所在的平面做加速运动
C.线圈绕任一直径做匀速转动
D.线圈绕任一直径做变速转动
而C、D垂直磁场的面积会发生变化，导致磁通量变化.
解析：
做任何平面运动，垂直磁场的面积不发生变化，即磁通量不发生变化，A、B错；
CD
A组能力训练题4
4、如图所示，虚线框内有匀强磁场，大环和小环是垂直于磁场放置的两个圆环，分别用Φ1和Φ2表示穿过大小两环的磁通量，则有（ ）
A.Φ1>Φ2
B.Φ1<Φ2
C.Φ1=Φ2
D.无法确定
对于大环和小环来说，磁感线的净条数没有变化,所以选C。
解析：
C
A组能力训练题5
ΦA> ΦB
B. ΦA= ΦB
C. ΦA<ΦB
D. 无法确定
S
N
B
A
5．如图所示，两个圆环A、B同心放置，且半径RA>RB.一条磁铁置于两环的圆心处，且与圆环平面垂直。则A、B两环中磁通ΦA、 ΦB之间的关系是
（ 　 ）
C
解见下页
因为磁感线是闭合的，所以条形磁铁内部磁感线条数与外部总的磁感线条数相等，显然，环的面积越大，返回的磁感线条数越多，因此，磁通量减小。
答：
圆环所包围的面积内既有条形磁铁的内部向上的磁感线，又有条形磁铁外部向下的磁感线，因此，磁通量为向上与向下的磁感线条数之差.
S
N
B
A
A组能力训练题6
6、如图所示，AB是水平面上一个圆的直径，在过AB的竖直面内有一根通电直导线CD，已知CD∥AB.当CD竖直向上平移时，电流的磁场穿过圆面积的磁通量将（ ）
A. 逐渐增大
B. 逐渐减小
C. 始终为零
D. 不为零，但保持不变
C
A
B
C
D
A组能力训练题7
7、如图所示，大圆导线环A中通有电流,方向如图所示，另在导线环所在的平面画一个圆B，它的一半面积在A环内，另一半面积在A环外.则B圆内的磁通量（ ）
A. 为零
B. 是进去的
C. 是出来的
D. 条件不足，无法判别
解：
大圆导线环A内部的磁感应线比外部密，
所以选项B正确。
I
A
B
B
A组能力训练题8
8、如图4-2-8所示，六根导线互相绝缘通入等值电流，甲、乙、丙、丁四个区域是面积相等的正方形，则方向垂直指向纸内的磁通量最大的区域是（ ）
A. 甲 B. 乙
C. 丙 D. 丁
I
I
I
甲
I
I
I
乙
丙
丁
每个小正方形区域的四边在其中产生的磁通量为零，只要看另外两电流产生的磁场合成即可,
解：
甲、丙的磁通量为0，乙的磁通量指向纸外的最大，丁的磁通量指向纸内的最大。
D
A组能力训练题9
9、一球冠处于磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，若球冠的底面大圆半径为r，磁场方向与球冠底面垂直，则穿过整个球冠的磁通量为____________.
Bπr2
B
A组能力训练题10
10、单匝线圈abcd水平放置，有一半面积处在竖直向下的匀强磁场中，如图所示，线圈面积为S，磁感应强度为B.当线圈绕ab边从图示位置转过30°和60°时，穿过线圈的磁通量分别是多少？
a
b
c
d
BS/2 , BS/2
答：
A组能力训练题11
11、磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量， 如图所示，通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面，第一次将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ第二次将金属框绕cd边翻转到Ⅱ，设先后两次通过金属框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则（ ）
A、ΔΦ1＞ΔΦ2
B、ΔΦ1=ΔΦ2
C、ΔΦ1＜ΔΦ2
D、无法确定
C
a
b
c
d
M
N
I
Ⅱ
Ⅰ
解见下页
a
b
c
d
M
N
I
Ⅱ
Ⅰ
导体MN周围的磁场并非匀强磁场，靠近MN处的磁场强些，磁感线密一些，远离MN处的磁感线疏一些
解：
当线框在I位置时，穿过平面的磁通量为ΦⅠ，当线圈平移至Ⅱ位置时,磁通量为ΦⅡ，
则磁通量的变化量为；
当到线框翻转到Ⅱ位置时，磁感线相当于从“反面”穿过原平面，磁通量为-ΦⅡ，
则磁通量的变化量是
所以 ΔΦ1＜ΔΦ2选项C正确。
上21世纪教育网 下精品教学资源
注明：引用作品未注明作者的，来源不详，权利人可联系我司主张权利，与上传用户分享稿酬。
谢谢
21世纪教育网（www.21cnjy.com)中小学教育资源网站
有大把优质资料？一线名师？一线教研员？
赶快加入21世纪教育网名师合作团队吧！！月薪过万不是梦！！
详情请看：http://www.21cnjy.com/zhaoshang/