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第1课时 划时代的发现【自主探究】情景导入电与磁的和谐之一 电生磁与磁生电静磁现象和静电现象很早就受到人类的重视，对这些现象进行系统研究则始于16世纪，但这些研究始终只是将静电学和静磁学孤立开来进行的，电和磁究竟是否有联系？这个问题悬了几百年，1800年伏打电池的发明提供了产生恒定电流的电源，这使人们有可能从各个方面研究电流的各种效应。1820年4月，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，从此电学与磁学彼此隔绝的状况有了突破，电磁学的新阶段开始了。1822年，法拉第在日记中写下了一个崭新的研究课题：把磁转变成电。从1824年起，法拉第开始用实验的方法探索这一课题。1824年至1828年间，法拉第进行了多次电磁学实验，但磁生电的迹象却始终未出现，然而，失败并没有使他放弃实验，转磁为电的想法一直萦绕在他的心头。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。既然奥斯特实现了电产生磁，那么反过来，磁也一定能产生电。1825年，斯特詹发明了电磁铁，18181831年亨利和莫尔等相继对电磁铁作了重大改进，从而获得了更强的磁场，这给法拉第的研究带来了新的希望。在1831年，磁变成电的理想终于实现了！知识清单1奥斯特的“电生磁”1820年，丹麦物理学家奥斯特发现载流导线能使小磁针偏转，这种作用称为电流的磁效应。它揭示了电现象与磁现象之间存在着某种联系。2法拉第的“磁生电”（1） “磁生电”的发现英国物理学家法拉第经过10年的不懈努力，在1831年8月29日发现由磁场得到电流的现象，叫做电磁感应现象。(2) 产生电流的原因在电磁感应现象中产生的电流叫做感应电流。法拉第把产生这种电流的原因概括为五类，这就是变化的电流、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。【互动新课堂】疑难分析1为什么是奥斯特梦圆“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。由于受康德等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。2法拉第是怎样心系“磁生电”?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。3. 法拉第为什么走了10年弯路?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。典型例题1关于法拉第产生感应电流情况的理解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。【例1】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。为什么？【答案】因为“磁生电”是在变化或运动中产生的物理现象。2物理中的对称美自然界中存在着对称美，物理学中也照样存在，但它们却有所不同，例如万有引力和库仑力虽然有对称性，但不是简单的对称，因为电荷有正负两种，而质点只有一种。【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,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。3体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神【例3】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。【解析】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。【创新训练】基础巩固1 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_。【答案】奥斯特 安培 法拉第 库仑2 奥斯特实验要有明显的效果，通电导线必须_放置。【答案】南北3 的现象称为电磁感应现象。在电磁感应现象中所产生的电流称为 。【答案】利用磁场产生电 感应电流4 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_.【答案】法拉第 电源 电流表 通电 断电 电流5 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【答案】C 6 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【答案】B7 关于电磁感应现象，下列说法正确的是：A导体相对磁场运动，导体内一定会产生感应电流B导体垂直磁场运动，导体内一定会产生感应电流C闭合电路在磁场中作切割磁感线运动，电路内一定会产生感应电流D穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中一定会产生感应电流【答案】CD拓展训练8 1831年8月29日，法拉第终于取得突破性进展。这次他用一个软铁圆环，环上绕两个互相绝缘的线圈A和B，如图4所示，他在日记中写道：“使一个有10对极板，每板面积为4平方英寸的电池充电。用一根铜导线将一个线圈，或更确切地说把B边的线圈的两个端点连接，让铜线通过一个距离，恰好经过一根磁针的上方（距铁环3英尺远）然后把电池连接在A边线圈的两端；这时立即观察到磁针的效应，它振荡起来，最后又停在原先的位置上，一旦断开A边与电池的连接，磁针再次被扰动。” 在法拉第的这个实验中，（1）电路的连接是：A线圈与 ，B线圈 。法拉第观察到的现象是： （2）线圈与电源接通时，小磁针 ，说明另一个线圈中产生了 。并且最后小磁针又 。【答案】（1）电源连接 两端点连在一起 （2）振荡（振动） 感应电流 停在原位置9 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。【答案】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。【休闲阅读】法拉第时刻1831年8月 29日，对法拉第来说是个终生难忘的日子。他用软铁焊接成圆环，铁环的外径是6英寸，厚英寸，环的半边上绕3个线圈，连起来就成为1个大线圈，分开就是3个小线圈，每个线圈用24英尺长的铜线绕成，再用棉线将导线隔开，包上棉布，使导线之间、导线与铁环之间都绝缘，环的另一边用相同的铜导线60英尺长，以相同的方法和同样的方向绕在上面，做成另一线圈。两个线圈的两端各相隔半英寸左右。后一线圈连在3英尺远的电流计上。当法拉第将大线圈接上电池时，电流计的指针突然偏转。但是，指针晃动一下就停止了。当他打算把电池拆掉时，指针又偏转了，可是偏转的方向相反。法拉第继续做各种试验，他把电流计从后一线圈上拆下，接到大线圈的一个线圈上，把大线圈的另外两个线圈接上电池，这时指针的偏转大多了；法拉第又把电池的两极对调，发现电流计指针反向偏转；他又多加几节电池，重复上面实验，指针偏转更大法拉第并不满足于这些实验取得的