教学案例4-2 电磁理论创立的三部曲VIP免费

教学案例4-2电磁理论创立的三部曲一提起电，人们马上会想到电灯、电影、电视、电脑等等。电确实给人们带来了光明和幸福。可是，电究竟是怎样产生出来的呢?人类又是如何从自然界中开发出电力这一巨大的能源的呢？电，是由磁感应产生出来的。人类发现磁能够感应出电的现象，是在19世纪的中叶。第一个发现这个自然奥秘的人，是英国一个学徒工出身的电学大师、科学史上著名的实验物理学家法拉第(1791—1867)。那么，他是怎样发现了电磁感应现象并提出电磁感应定律的呢?我们可以用法拉第毕生的座右铭来概括，这就是：“拼命去争取成功。”法拉第勇于实践、不怕失败的探索精神，是鼓舞他从一个学徒工成为一位伟大的科学家的内在动力。法拉第出生于一个铁匠的家庭。由于家境贫寒，没有受过正规学校教育，他的学问全是靠自学得来的。他13岁当报童，后来又当了装订书籍的学徒工。装订书籍的工作，给他读书带来了方便条件。酷爱学习的法拉第，一到休息的时候，便不顾疲劳，如饥似渴地读起书来。有一个时期，书店新装订出版的《大英百科全书》中有关电学的问题引起了他强烈的好奇心。他想，电这个东西，本身隐藏着多少还没有发现的奥秘啊!如果揭开了其中的秘密，也许会为人类带来好处。就这样，法拉第走上了研究电学的道路。从此，他便与电学结下了不解之缘，立志探索电的奥秘，把自己的毕生精力献给了科学事业。法拉第立志之后，便付诸奋发的征途之中。他以自己所阅读到的知识为指导，用从微薄的收人中节省下来的钱购买仪器进行科学实验，把书本知识与感性认识结合起来，既动脑又动手，他不但对理论理解得更透彻了，而且对实验技能的掌握更熟练了，这为他后来成为著名的“实验大师”奠定了基础。后来，法拉第有机会来到了皇家学院化学实验室给大化学家戴维当实验助手，从此开始了不仅改变他自己的生活而且也改变19世纪科学技术面貌的科学创造活动。有一次，戴维带回来一个新消息，丹麦物理学家奥斯特于1820年发现了一个有趣的现象：通电的金属线能够使附近的磁针转动。这件事引起了法拉第的极大兴趣。1821年，法拉第首先做了一项重要实验，证明不仅通电的导线可以使磁针偏转，而且固定的磁铁也可以使通电的导线运动。他在一个容器中注满水银，在容器中间固定一根直立的磁铁棒，将一根导线的一端插入水银，另一端与电池一极相连。这时，如果将与电池另一极相连的导线也垂直放入水银中，当它一接触水银即电路一经导通以后，就可以观察到导线的旋转运动。这个重要实验，提供了电动机原理的模型。法拉第完成了这项实验以后，又大胆地提出了另一个设想——能否由磁产生电?1822年，他在日记中记下了“转磁为电”的科研课题。他在1824—1825年的几篇日记中又记下了实现这一目的所进行的一些实验。在这些实验中，法拉第想从一根放在“强磁铁”附近的导线中得到电流，但是不论他把导线放在什么位置上，都没有观察到与导线相连的电流计有任何反应。从1822年开始，法拉第经历了多次失败之后，终于在1831年获得了重大成功。1831年8月29日，他终于观察到了他寻找已久的现象：他把两根线圈分别绕在一个用软铁做的铁环的两侧，将一个线圈两端与电池的两极相连，将另一个线圈的两端连在电流计上。当他接通第一个线圈使之通电时，在接通电路的瞬间，电流计指针发生了剧烈的摆动，说明与它相连的第二个线圈也出现了电流；而当他将第一个线圈断开，即切断其中的电流时，在第二个线圈中又出现了电流计指针的摆动，不过其摆动方向恰好与前次相反。在这个实验中，第二个线圈产生的电流显然是第一个线圈中的电流通过其磁效应感应出来的，这就是“电磁感应”。开始时，法拉第还不敢绝对地肯定这一点。9月22日，他在写给朋友的信中说：“我好像抓住了好东西，但说不定可能不是鱼而是水草。”接着，法拉第又进行了一系列的实验，充分地验证了他的发现。他把一个绕在空心纸筒上的线圈两端与电流相连，当他把铁棒迅速插入纸筒或拔出纸筒时，都可以看到电流计指针的明显摆动。这些现象说明，运动着的磁场能够产生电，而稳定的磁场则不能。法拉第在一系列电磁感应实验的基础上，提出了著名的电磁感应定律：当穿过闭合线路的...