2019-2020年高中物理 1劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn) 教學(xué)設(shè)計(jì)(二) 新人教版選修3教學(xué)目標(biāo)1知道與電流磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過(guò)程及相關(guān)的物理學(xué)史。2知道電磁感應(yīng)、感應(yīng)電流的定義。3領(lǐng)悟科學(xué)探究中提出問(wèn)題、觀察實(shí)驗(yàn)、分析論證、歸納總結(jié)等要素在研究物理問(wèn)題時(shí)的重要性。4領(lǐng)會(huì)科學(xué)家對(duì)自然現(xiàn)象、自然規(guī)律的某些猜想在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的重要性。5以科學(xué)家不怕失敗、勇敢面對(duì)挫折的堅(jiān)強(qiáng)意志激勵(lì)自己。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)知道與電流磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)相關(guān)的物理學(xué)史。領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法和艱難歷程。培養(yǎng)不怕失敗、勇敢面對(duì)挫折的堅(jiān)強(qiáng)意志。教學(xué)方法教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主閱讀、思考，討論、交流學(xué)習(xí)成果。教學(xué)媒體計(jì)算機(jī)、投影儀、錄像片。教學(xué)過(guò)程(一)新課引入在上一冊(cè)(選修31)我們學(xué)習(xí)了有關(guān)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的知識(shí)，對(duì)電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象有了較為深刻的理解。我們已經(jīng)知道電荷能夠通過(guò)“感應(yīng)”使附近的導(dǎo)體出現(xiàn)電荷，電流能夠在其周?chē)案袘?yīng)”出磁場(chǎng)，那么磁場(chǎng)能否“感應(yīng)”出電流呢？回答是肯定的，這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。從這節(jié)課開(kāi)始，我們就來(lái)學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)。我們首先來(lái)了解科學(xué)家們的探究歷程。(二)進(jìn)行新課1奧斯特夢(mèng)圓“電生磁”【教師】 引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材中有關(guān)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的內(nèi)容。提出以下問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考并回答：(1)是什么信念激勵(lì)奧斯特尋找電與磁的聯(lián)系的？在這之前，科學(xué)研究領(lǐng)域存在怎樣的歷史背景？(2)奧斯特的研究是一帆風(fēng)順的嗎？奧斯特面對(duì)失敗是怎樣做的？(3)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的過(guò)程是怎樣的？用學(xué)過(guò)的知識(shí)如何解釋?zhuān)?4)電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)有何意義？談?wù)勛约旱母惺??！緦W(xué)生】 結(jié)合思考題，認(rèn)真閱讀教材，分成小組討論，發(fā)表自己的見(jiàn)解。(1)許多哲學(xué)家提出了各種自然現(xiàn)象之間是相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化的思想。奧斯特堅(jiān)信電與磁之間可能存在著某種聯(lián)系。而在這之前許多物理學(xué)家都堅(jiān)持認(rèn)為電與磁是互不相關(guān)的。(2)奧斯特的研究并不是一帆風(fēng)順的。經(jīng)歷了好多次失敗，但奧斯特始終沒(méi)有放棄。直到在1820年4月的一次演講中他才發(fā)現(xiàn)了電流竟使下面的小磁針發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)。也就是電流的磁效應(yīng)。(3)奧斯特在1820年4月的一次演講中，碰巧在南北方向的導(dǎo)線(xiàn)下面放置了一枚小磁針。當(dāng)電源接通時(shí)，小磁針發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)。說(shuō)明電流對(duì)小磁針產(chǎn)生了作用，證明電流在其周?chē)a(chǎn)生了磁場(chǎng)。這就是發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的過(guò)程。通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，我們知道，地磁場(chǎng)是南北方向的，小磁針靜止時(shí)指示南北方向，通電直導(dǎo)線(xiàn)的磁場(chǎng)方向遵守安培定則。當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)南北放置時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)下方的磁場(chǎng)沿東西方向，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)通電后，小磁針受到電流的磁場(chǎng)作用由原來(lái)的南北方向轉(zhuǎn)向東西方向。奧斯特由磁針的偏轉(zhuǎn)確定了電和磁的聯(lián)系，也就是電流的磁效應(yīng)。(4)電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間存在的某種聯(lián)系。奧斯特的思維和實(shí)踐突破了人類(lèi)對(duì)電與磁認(rèn)識(shí)的局限性。電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了科學(xué)認(rèn)識(shí)領(lǐng)域的思考，推動(dòng)了電磁學(xué)的發(fā)展。【教師】 傾聽(tīng)學(xué)生回答，及時(shí)給出點(diǎn)評(píng)。課件演示電流的磁效應(yīng)。通過(guò)課件演示增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。2法拉第心系“磁生電”【教師】 引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的內(nèi)容。提出以下問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考并回答：(1)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)引發(fā)了怎樣的哲學(xué)思考？法拉第持怎樣的觀點(diǎn)？(2)法拉第的研究是一帆風(fēng)順的嗎？法拉第面對(duì)失敗是怎樣做的？(3)法拉第做了大量實(shí)驗(yàn)都以失敗告終，失敗的原因是什么？(4)法拉第經(jīng)歷了多次失敗后，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，他發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的具體過(guò)程是怎樣的？之后他又做了大量的實(shí)驗(yàn)都取得了成功，他認(rèn)為成功的“秘訣”是什么？(5)從法拉第探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象的歷程中，你學(xué)到了什么？談?wù)勛约旱捏w會(huì)。【學(xué)生】 結(jié)合思考題，認(rèn)真閱讀教材，分成小組討論，發(fā)表自己的見(jiàn)解。(1)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)引發(fā)了對(duì)稱(chēng)性的普遍思考：既然電流能夠引起磁針的運(yùn)動(dòng)，那么磁鐵也會(huì)使導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生電流。法拉第堅(jiān)信：磁與電之間也應(yīng)該有類(lèi)似的“感應(yīng)”。(2)法拉第的研究并不是一帆風(fēng)順的。經(jīng)歷了好多次失敗，但法拉第始終沒(méi)有放棄。直到1831年8月29日，他苦苦尋找了10年之久的“磁生電”的效應(yīng)終于被發(fā)現(xiàn)了。(3)法拉第在1822年12月、1825年11月、1828年4月做過(guò)三次集中的實(shí)驗(yàn)研究，均以失敗告終。原因在于，法拉第認(rèn)為，既然奧斯特的實(shí)驗(yàn)表明有電流就有磁場(chǎng)，那么有了磁場(chǎng)就應(yīng)該有電流。他在實(shí)驗(yàn)中用的都是恒定電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。(4)多次失敗后，1831年8月29日，法拉第終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。他把兩個(gè)線(xiàn)圈繞到同一個(gè)鐵環(huán)上。一個(gè)線(xiàn)圈接電源，一個(gè)線(xiàn)圈接“電流表”，在給線(xiàn)圈通電和斷電的瞬間，另一個(gè)線(xiàn)圈中就出現(xiàn)電流。之后他又做了大量的實(shí)驗(yàn)都取得了成功，他認(rèn)為成功的“秘訣”是：“磁生電”是一種在變化、運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中才能出現(xiàn)的效應(yīng)。(5)法拉第探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象的歷程經(jīng)歷了10年之久，經(jīng)歷了大量的失敗，但法拉第憑借自己的堅(jiān)定信念和對(duì)科學(xué)的執(zhí)著追求，勇敢地面對(duì)失敗，一次又一次，最終他成功了。作為現(xiàn)代的中學(xué)生就要學(xué)習(xí)法拉第不怕失敗、勇敢面對(duì)挫折的堅(jiān)強(qiáng)意志。教師及時(shí)給出點(diǎn)評(píng)。課件演示電磁感應(yīng)現(xiàn)象。通過(guò)課件演示增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件將在下一節(jié)課深入學(xué)習(xí)，本節(jié)課不宜過(guò)多地展開(kāi)。讓學(xué)生體會(huì)一下最終法拉第成功的原因，在于“磁生電”是一種在變化、運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中才能出現(xiàn)的效應(yīng)?？蓺w結(jié)為五類(lèi)：變化的電流，變化的磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)的恒定電流，運(yùn)動(dòng)的磁鐵，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體。(三)課堂檢測(cè)1發(fā)電的基本原理是電磁感應(yīng)。發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是()A安培 B赫茲 C法拉第 D麥克斯韋解析：該題考查有關(guān)物理學(xué)史的知識(shí)，應(yīng)知道法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。答案：C2發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是_，發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中受力規(guī)律的科學(xué)家是_，發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是_，發(fā)現(xiàn)電荷間相互作用力規(guī)律的科學(xué)家是_。解析：該題考查有關(guān)物理學(xué)史的知識(shí)。答案：奧斯特安培法拉第庫(kù)侖3下列現(xiàn)象中屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是()A磁場(chǎng)對(duì)電流產(chǎn)生力的作用 B變化的磁場(chǎng)使閉合電路中產(chǎn)生電流C插在通電螺線(xiàn)管中的軟鐵棒被磁化 D電流周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)解析：電磁感應(yīng)現(xiàn)象指的是利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，選項(xiàng)B是正確的。答案：B課后作業(yè)認(rèn)真閱讀教材，領(lǐng)悟科學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)現(xiàn)象和法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的探究歷程。閱讀教材第3頁(yè)“科學(xué)足跡”，體會(huì)科學(xué)家們不怕失敗、勇敢面對(duì)挫折的堅(jiān)強(qiáng)意志，學(xué)習(xí)科學(xué)家們的人格魅力。1劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)1奧斯特夢(mèng)圓“電生磁”2法拉第心系“磁生電”3實(shí)例探究：有關(guān)物理學(xué)史的知識(shí)對(duì)概念的理解和對(duì)物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)法拉第的科學(xué)思想方法：確信各種運(yùn)動(dòng)形式的相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化法拉第對(duì)自然力(或能)的統(tǒng)一性具有堅(jiān)定的信念，他始終不渝地為證實(shí)各種現(xiàn)象之間的普遍聯(lián)系而努力。他在關(guān)于光的偏振面的磁致偏轉(zhuǎn)一文的開(kāi)始就明確指出：“我長(zhǎng)期以來(lái)堅(jiān)持一種看法，幾乎可以說(shuō)是確信物質(zhì)的力借以表現(xiàn)出來(lái)的各種形式，都有一個(gè)共同的起源，或者換句話(huà)說(shuō)，它們?nèi)绱说闹苯雨P(guān)聯(lián)和相互依賴(lài)，以至好像可以從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，并在它們的作用中具有相等的能力。”相信并力圖揭示自然力的“統(tǒng)一性”這一指導(dǎo)思想是貫穿他整個(gè)研究工作的一條主線(xiàn)。他堅(jiān)持不懈地為從實(shí)驗(yàn)中證實(shí)電、磁、光之間的聯(lián)系而努力。顯然，電磁感應(yīng)現(xiàn)象和磁致旋光現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)都是在他的關(guān)于自然力之統(tǒng)一的思想指導(dǎo)下得出的。法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)，揭示了電與磁的相互聯(lián)系后，并不就此止步，而是讓研究繼續(xù)向前發(fā)展，揭示自然界各種運(yùn)動(dòng)形式的普遍聯(lián)系。1833年，法拉第研究了用各種不同的方法產(chǎn)生的電(摩擦電、電池的電、動(dòng)物電、溫差熱電、電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電等)是否是同一種電的問(wèn)題，他在比較了各種電產(chǎn)生的物理效應(yīng)后得出結(jié)論：“電的所有這些形式，與得到它們的來(lái)源無(wú)關(guān)，在其本質(zhì)上是完全相同的?！?834年，法拉第研究了電與化學(xué)的關(guān)系，得出了電解定律，即電解所析出的物質(zhì)的質(zhì)量與溶液的電量成正比，與析出物的化學(xué)當(dāng)量，亦即與原子價(jià)除以原子量的數(shù)值成正比。他已將化學(xué)親和力，即各種原子之間相互結(jié)合的吸引力，理解為參與化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)粒子的電吸引力。他說(shuō)：“我們相信物質(zhì)的原子被以某種方式賦予了電力或者與電力相關(guān)聯(lián)，我們把大多數(shù)物質(zhì)的明顯屬性歸之于物質(zhì)的原子，其中就有它們相互之間的化學(xué)親和力。”他又說(shuō)：“化學(xué)親和力和電力是同一種力?！彼磳?duì)用接觸理論說(shuō)明電池中電的來(lái)源的流行觀念，認(rèn)為接觸理論實(shí)際上是一種無(wú)中生有的能和力的創(chuàng)生說(shuō)，是和我們已知的各種形式的自然力之間可以互相轉(zhuǎn)換但決不能憑空產(chǎn)生的事實(shí)相矛盾的。他說(shuō)：“電池的電本身僅僅是真實(shí)的化學(xué)作用或它的原動(dòng)力的一種發(fā)揮形式，或展現(xiàn)方式，或存在方式，因此我早已說(shuō)過(guò)我贊同那些人的觀點(diǎn)，即相信電的供應(yīng)是來(lái)自化學(xué)能。”1845年，法拉第發(fā)現(xiàn)了光的振動(dòng)面在強(qiáng)磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn)。這表示光學(xué)現(xiàn)象與磁學(xué)現(xiàn)象間存在內(nèi)在的聯(lián)系。當(dāng)他用一束偏振光順著磁感線(xiàn)方向透過(guò)置于強(qiáng)電磁鐵的兩個(gè)磁極之間的“重玻璃”時(shí)，利用尼科耳棱鏡，他發(fā)現(xiàn)光的偏振面發(fā)生了一定角度的偏轉(zhuǎn)，磁力越強(qiáng)，偏轉(zhuǎn)角越大。這就是法拉第的磁致旋光效應(yīng)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)載于他的電學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究第19節(jié)。法拉第興奮地說(shuō)：“我確信，光與電和磁的關(guān)系是從這里開(kāi)始被發(fā)現(xiàn)的?！薄斑@件事更有力地證明，一切自然力都是可以互相轉(zhuǎn)化的，有著共同的起源?！蔽覀冎?，這種效應(yīng)實(shí)際上是磁場(chǎng)使位于其中的物質(zhì)受到影響，間接地使光的振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，并非磁場(chǎng)對(duì)光的直接作用。法拉第還考慮過(guò)“在引力和電力之間可能的聯(lián)系”。他寫(xiě)道：“有一個(gè)古老而不可改變的信念，即自然界的一切力都彼此有關(guān)，有共同的起源，或者是同一基本力的不同表現(xiàn)形式。這種信念常常使我想到在實(shí)驗(yàn)上證明重力和電力之間聯(lián)系的可能性?！?849年，他在日記上寫(xiě)道：“重力這種力與電力、磁力和其他力的實(shí)驗(yàn)關(guān)系一定能夠找出來(lái)，從而通過(guò)相互作用和等價(jià)的效應(yīng)來(lái)確定這種關(guān)系。考慮了一下如何用事實(shí)和實(shí)驗(yàn)著手解決這個(gè)問(wèn)題。”要把這些偉大猜測(cè)變成科學(xué)事實(shí)，還需要經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)而艱難的路程。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是法拉第所能完成的。他作為先驅(qū)者盡了自己最大的努力。1859年，他已是68歲的老人，還步履蹣跚地爬到泰晤士河畔滑鐵盧大橋附近的高塔上去做實(shí)驗(yàn)，觀察是否會(huì)因重力的變化而產(chǎn)生電荷的變化，結(jié)果失敗了。他在日記上寫(xiě)道：“現(xiàn)在我的實(shí)驗(yàn)就到此為止，結(jié)果是否定的。但它們并沒(méi)有動(dòng)搖我堅(jiān)強(qiáng)的信念，即重力和電力之間一定是有關(guān)系的。”今天看來(lái)，他把問(wèn)題想得太簡(jiǎn)單直觀了，但他堅(jiān)信自然力的統(tǒng)一的思想，仍然是非常可貴的。值得指出的是，相信自然界的和諧統(tǒng)一，這也是法拉第同時(shí)代許多科學(xué)家共同的信念。他們中也有不少人在這種信念影響下從事研究，終于在科學(xué)上有所發(fā)現(xiàn)。但他們往往是淺嘗輒止，缺少窮追到底的氣概，或是擇一而終，鉆進(jìn)一個(gè)課題便很少再考慮其他方面的問(wèn)題。而法拉第卻不同，他比同時(shí)代的科學(xué)家站得更高，看得更遠(yuǎn)，認(rèn)識(shí)得更深刻，處理的問(wèn)題更廣泛，正像他的傳記作家克勞塞(Growther)所形容的那樣：“他從像庇斯伽山那樣的高處，下眺自然界中還沒(méi)有為人征服的方面，拿出預(yù)言家的眼光，畫(huà)出應(yīng)該遵循的途徑。他使后繼的人得到一種線(xiàn)索，可以領(lǐng)導(dǎo)他們?cè)谀乔G棘叢生的知識(shí)道路中安全渡過(guò)?！?