在上一册(选修3-1)我们学习了有关电场和磁场的知识,对电现象和磁现象有了较为深刻的理解。库仑发现了电荷间的相互作用力的规律,安培发现了通电导线在磁场中的受力规律,奥斯特发现电流的磁效应。
新课学习
一、奥斯特梦圆"电生磁"--电流磁效应的发现。
问题引导:
(1)在奥斯特发现电流磁效应之前,科学研究领域存在怎样的历史背景?
(2)哲学为电与磁的研究指明了怎样的方向?
(3)用学过的知识如何解释奥斯特发现电流磁效应的过程?
(4)奥斯特非常幸运,是"碰巧"发现了电流的磁效应吗?
(5)电流磁效应的发现有何意义?引发了怎样的哲学思考?
学生活动:结合思考题,认真阅读教材,分成小组讨论,发表自己的见解。
总结与归纳:
(1)在19世纪20年代之前的漫长岁月里,电和磁的研究始终独立地发展着,包括库仑在内的众多物理学家,仍然认为电与磁是互不相关的。
(2)到了18世纪末,人们开始思考不同自然现象之间的联系,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相互联系和相互转化的思想。深受其影响的丹麦科学家奥斯特相信电与磁之间可能存在着某种联系。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其他现象的零散的罗列,我们将把整个宇宙纳在一个体系中。"
(3)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。通过前面的学习,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。当通电导线南北放置时,导线下方的磁场沿东西方向,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。奥斯特由小磁针的偏转,确定了电和磁的联系,也就是电流的磁效应。
(4)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。机遇总是青睐那些有准备的头脑。一直坚信电和磁之间存在着某种联系的奥斯特,在那一次讲演中,碰巧发现了在南北方向的通电导线下面放置的小磁针居然转动了。听众中大概没有人注意到这个现象,但是奥斯特以敏锐的洞察力注意到了这个现象。并随后做了相关的实验,再次证明载流导线的确能使磁针偏转,这种作用称为电流的磁效应。
(5)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知领域的思考,推动了电磁学的发展。
二、法拉第心系"磁生电"--电磁感应现象的发现
教师活动:法拉第初期观点受到奥斯特等科学家的实验启发,既然电能产生磁,那么,磁也应该能产生电。
教师介绍:科学的道路绝不平坦,法拉第于1822年12月、1825年11月和1828年4月做过