2019-2020年高中物理 {1划时代的发现} 教学设计(二) 新人教版选修3.doc

2019-2020年高中物理 1划时代的发现 教学设计(二) 新人教版选修3教学目标1知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现过程及相关的物理学史。2知道电磁感应、感应电流的定义。3领悟科学探究中提出问题、观察实验、分析论证、归纳总结等要素在研究物理问题时的重要性。4领会科学家对自然现象、自然规律的某些猜想在科学发现中的重要性。5以科学家不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志激励自己。教学重点难点知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。领悟科学探究的方法和艰难历程。培养不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。教学方法教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。教学媒体计算机、投影仪、录像片。教学过程(一)新课引入在上一册(选修31)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。我们已经知道电荷能够通过“感应”使附近的导体出现电荷，电流能够在其周围“感应”出磁场，那么磁场能否“感应”出电流呢？回答是肯定的，这就是电磁感应现象。从这节课开始，我们就来学习这方面的知识。我们首先来了解科学家们的探究历程。(二)进行新课1奥斯特梦圆“电生磁”【教师】 引导学生阅读教材中有关奥斯特发现电流磁效应的内容。提出以下问题，引导学生思考并回答：(1)是什么信念激励奥斯特寻找电与磁的联系的？在这之前，科学研究领域存在怎样的历史背景？(2)奥斯特的研究是一帆风顺的吗？奥斯特面对失败是怎样做的？(3)奥斯特发现电流磁效应的过程是怎样的？用学过的知识如何解释？(4)电流磁效应的发现有何意义？谈谈自己的感受。【学生】 结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。(1)许多哲学家提出了各种自然现象之间是相互联系和相互转化的思想。奥斯特坚信电与磁之间可能存在着某种联系。而在这之前许多物理学家都坚持认为电与磁是互不相关的。(2)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。直到在1820年4月的一次演讲中他才发现了电流竟使下面的小磁针发生了转动。也就是电流的磁效应。(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。当导线南北放置时，导线下方的磁场沿东西方向，当导线通电后，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。奥斯特由磁针的偏转确定了电和磁的联系，也就是电流的磁效应。(4)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识领域的思考，推动了电磁学的发展。【教师】 倾听学生回答，及时给出点评。课件演示电流的磁效应。通过课件演示增加学生的感性认识。2法拉第心系“磁生电”【教师】 引导学生阅读教材有关法拉第发现电磁感应的内容。提出以下问题，引导学生思考并回答：(1)奥斯特发现电流磁效应引发了怎样的哲学思考？法拉第持怎样的观点？(2)法拉第的研究是一帆风顺的吗？法拉第面对失败是怎样做的？(3)法拉第做了大量实验都以失败告终，失败的原因是什么？(4)法拉第经历了多次失败后，终于发现了电磁感应现象，他发现电磁感应现象的具体过程是怎样的？之后他又做了大量的实验都取得了成功，他认为成功的“秘诀”是什么？(5)从法拉第探索电磁感应现象的历程中，你学到了什么？谈谈自己的体会。【学生】 结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。(1)奥斯特发现电流磁效应引发了对称性的普遍思考：既然电流能够引起磁针的运动，那么磁铁也会使导线产生电流。法拉第坚信：磁与电之间也应该有类似的“感应”。(2)法拉第的研究并不是一帆风顺的。经历了好多次失败，但法拉第始终没有放弃。直到1831年8月29日，他苦苦寻找了10年之久的“磁生电”的效应终于被发现了。(3)法拉第在1822年12月、1825年11月、1828年4月做过三次集中的实验研究，均以失败告终。原因在于，法拉第认为，既然奥斯特的实验表明有电流就有磁场，那么有了磁场就应该有电流。他在实验中用的都是恒定电流产生的磁场。(4)多次失败后，1831年8月29日，法拉第终于发现了电磁感应现象。他把两个线圈绕到同一个铁环上。一个线圈接电源，一个线圈接“电流表”，在给线圈通电和断电的瞬间，另一个线圈中就出现电流。之后他又做了大量的实验都取得了成功，他认为成功的“秘诀”是：“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。(5)法拉第探索电磁感应现象的历程经历了10年之久，经历了大量的失败，但法拉第凭借自己的坚定信念和对科学的执著追求，勇敢地面对失败，一次又一次，最终他成功了。作为现代的中学生就要学习法拉第不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。教师及时给出点评。课件演示电磁感应现象。通过课件演示增加学生的感性认识。电磁感应现象产生的条件将在下一节课深入学习，本节课不宜过多地展开。让学生体会一下最终法拉第成功的原因，在于“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。可归结为五类：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。(三)课堂检测1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麦克斯韦解析：该题考查有关物理学史的知识，应知道法拉第发现了电磁感应现象。答案：C2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科学家是_。解析：该题考查有关物理学史的知识。答案：奥斯特安培法拉第库仑3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电流周围产生磁场解析：电磁感应现象指的是利用磁场产生电流的现象，选项B是正确的。答案：B课后作业认真阅读教材，领悟科学家奥斯特发现电流磁效应现象和法拉第发现电磁感应现象的探究历程。阅读教材第3页“科学足迹”，体会科学家们不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志，学习科学家们的人格魅力。1划时代的发现1奥斯特梦圆“电生磁”2法拉第心系“磁生电”3实例探究：有关物理学史的知识对概念的理解和对物理现象的认识法拉第的科学思想方法：确信各种运动形式的相互联系和相互转化法拉第对自然力(或能)的统一性具有坚定的信念，他始终不渝地为证实各种现象之间的普遍联系而努力。他在关于光的偏振面的磁致偏转一文的开始就明确指出：“我长期以来坚持一种看法，几乎可以说是确信物质的力借以表现出来的各种形式，都有一个共同的起源，或者换句话说，它们如此的直接关联和相互依赖，以至好像可以从一种形式转换成另一种形式，并在它们的作用中具有相等的能力。”相信并力图揭示自然力的“统一性”这一指导思想是贯穿他整个研究工作的一条主线。他坚持不懈地为从实验中证实电、磁、光之间的联系而努力。显然，电磁感应现象和磁致旋光现象的发现都是在他的关于自然力之统一的思想指导下得出的。法拉第在1831年发现了电磁感应，揭示了电与磁的相互联系后，并不就此止步，而是让研究继续向前发展，揭示自然界各种运动形式的普遍联系。1833年，法拉第研究了用各种不同的方法产生的电(摩擦电、电池的电、动物电、温差热电、电磁感应产生的电等)是否是同一种电的问题，他在比较了各种电产生的物理效应后得出结论：“电的所有这些形式，与得到它们的来源无关，在其本质上是完全相同的。”1834年，法拉第研究了电与化学的关系，得出了电解定律，即电解所析出的物质的质量与溶液的电量成正比，与析出物的化学当量，亦即与原子价除以原子量的数值成正比。他已将化学亲和力，即各种原子之间相互结合的吸引力，理解为参与化学反应的物质粒子的电吸引力。他说：“我们相信物质的原子被以某种方式赋予了电力或者与电力相关联，我们把大多数物质的明显属性归之于物质的原子，其中就有它们相互之间的化学亲和力。”他又说：“化学亲和力和电力是同一种力。”他反对用接触理论说明电池中电的来源的流行观念，认为接触理论实际上是一种无中生有的能和力的创生说，是和我们已知的各种形式的自然力之间可以互相转换但决不能凭空产生的事实相矛盾的。他说：“电池的电本身仅仅是真实的化学作用或它的原动力的一种发挥形式，或展现方式，或存在方式，因此我早已说过我赞同那些人的观点，即相信电的供应是来自化学能。”1845年，法拉第发现了光的振动面在强磁场中的旋转。这表示光学现象与磁学现象间存在内在的联系。当他用一束偏振光顺着磁感线方向透过置于强电磁铁的两个磁极之间的“重玻璃”时，利用尼科耳棱镜，他发现光的偏振面发生了一定角度的偏转，磁力越强，偏转角越大。这就是法拉第的磁致旋光效应。这个发现载于他的电学的实验研究第19节。法拉第兴奋地说：“我确信，光与电和磁的关系是从这里开始被发现的。”“这件事更有力地证明，一切自然力都是可以互相转化的，有着共同的起源。”我们知道，这种效应实际上是磁场使位于其中的物质受到影响，间接地使光的振面发生旋转，并非磁场对光的直接作用。法拉第还考虑过“在引力和电力之间可能的联系”。他写道：“有一个古老而不可改变的信念，即自然界的一切力都彼此有关，有共同的起源，或者是同一基本力的不同表现形式。这种信念常常使我想到在实验上证明重力和电力之间联系的可能性。”1849年，他在日记上写道：“重力这种力与电力、磁力和其他力的实验关系一定能够找出来，从而通过相互作用和等价的效应来确定这种关系。考虑了一下如何用事实和实验着手解决这个问题。”要把这些伟大猜测变成科学事实，还需要经历一个漫长而艰难的路程。这远远不是法拉第所能完成的。他作为先驱者尽了自己最大的努力。1859年，他已是68岁的老人，还步履蹒跚地爬到泰晤士河畔滑铁卢大桥附近的高塔上去做实验，观察是否会因重力的变化而产生电荷的变化，结果失败了。他在日记上写道：“现在我的实验就到此为止，结果是否定的。但它们并没有动摇我坚强的信念，即重力和电力之间一定是有关系的。”今天看来，他把问题想得太简单直观了，但他坚信自然力的统一的思想，仍然是非常可贵的。值得指出的是，相信自然界的和谐统一，这也是法拉第同时代许多科学家共同的信念。他们中也有不少人在这种信念影响下从事研究，终于在科学上有所发现。但他们往往是浅尝辄止，缺少穷追到底的气概，或是择一而终，钻进一个课题便很少再考虑其他方面的问题。而法拉第却不同，他比同时代的科学家站得更高，看得更远，认识得更深刻，处理的问题更广泛，正像他的传记作家克劳塞(Growther)所形容的那样：“他从像庇斯伽山那样的高处，下眺自然界中还没有为人征服的方面，拿出预言家的眼光，画出应该遵循的途径。他使后继的人得到一种线索，可以领导他们在那荆棘丛生的知识道路中安全渡过。”