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2019-2020年高二物理《划时代的发现》教学设计教案
教学目标:
知识与技能
知道奥斯特实验、电磁感应现象
过程与方法
自然现象之间的相互联系和相互转化;其他科学家在探究过程中的失败
和贡献
情感、态度与价值观
体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神
教学重点、难点
探索电磁感应现象的历史背景;体会人类探究自然规律的科学态度和科学精
神
教学方法:讲授
教学过程:
新课教学:康德等哲学家提出:各种自然现象之间的相互联系和相互转化的思
想。
(一)奥斯特梦圆“电生磁”
由于受康德哲学与谢林的自然哲学的影响,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。1820年4月终于发现了电流对磁针的作用,
即电流的磁效应。同年7月21日以《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”
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”。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
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