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視頻標簽：電磁感應,劃時代的發現
所屬欄目：高中物理優質課視頻
視頻課題：人民教育出版社選修3-2第四章電磁感應第一節劃時代的發現-浙江省
教學設計、課堂實錄及教案：人民教育出版社選修3-2第四章電磁感應第一節劃時代的發現-浙江省
劃時代的發現
一、課時安排
1課時
二、學情分析
我們的學生只知道是法拉第發現了磁生電，但是對于磁與電之間的聯系知之甚少，對于其中的發現過程更是不了解。所以本節課讓學生認識到探索電磁感應現象的歷史背景是關鍵。
三、教材分析
1820年奧斯特發現電流的磁效應，使整個科學界受到了極大的震動，這一發現揭示了長期以來認為性質不同的電現象與磁現象之間的聯系，法拉第贊揚道：“它突然打開了科學中一個黑暗領域的大門，使其充滿光明。” 法拉第堅信：磁與電之間也應該有類似的“感應”。 法拉第于1821年提出“由磁產生電”的大膽設想，并開始了十年艱苦的探索。 在這十年中，他失敗了，再探索，再失敗，再探索．．．．終于于1831年取得了成功！法拉第發現的電磁感應使人們對電和磁內在聯系的認識更加完善，宣告了電磁學作為一門統一學科的誕生，為電磁學的發展作出了重大貢獻。因此這節課是在課堂教學中對學生進行科學方法和科學精神教育的好素材。
四、教學目標
1.學習電流的磁效應和電磁感應現象的發現相關的物理學史；學習電磁感應、感應電流的定義，理解產生感應電流的條件。
2.通過閱讀使學生掌握自然現象之間是相互聯系和相互轉化的；通過學習了解科學家們在探究過程中的失敗和貢獻，從中學習科學探究中提出問題、觀察實驗、分析論證、歸納總結等要素在研究物理問題時的重要性。
3.領會科學家對自然現象、自然規律的某些猜想在科學發現中的重要性；以科學家不怕失敗、勇敢面對挫折的堅強意志激勵自己；體會堅定的信念，科學的研究方法，創造性的思維在科學領域的重要性，以及能夠給我帶來的啟示。
五、教學重難點
1.教學重點：體會人類探究自然規律的科學態度和科學精神，經歷科學家經歷過的失敗與成功，增加體驗教學。
2. 教學難點：感悟科學發展的歷程，體驗科學家的科學探究方法與研究思路。
六、教學方法
1．講授法：教師講授奧斯特發現電磁感應現象的歷史背景；
2．翻轉法：通過提前設問，讓學生預習，將課堂還給學生；
3. 實驗探究法：讓學生經歷各種實驗的失敗與成功。
七、教學過程
【引入】
這節課我們學習全新的一章，讓我來引領大家進入一個劃時代的年代。
為什么這節課標題是“劃時代的發現”呢？
很顯然，突顯出我們今天所研究的知識它對人類社會的推動作用，也就是說突出科學是科技的第一生產力。其實19世紀初到20世紀初這100年間，恩格斯曾經這樣的評價：物理學給人類社會帶來的文明比前面幾千年產生人類文明的總和還要巨大。我們今天這堂課，與其說我們來領悟知識的重要性，還不如說讓我帶領大家去徜徉于科學的海洋，去踏尋科學家的足跡，更期望于廣大同學通過今天這堂課能夠在以后的生活學習中有更多的思想感悟。
那么，就讓我們來體驗劃時代發現這個美妙的過程。
課前我們已經要求大家針對本節課的一些問題，利用IPAD上網進行了一些預習準備，下面我們來看一下大家的預習工作做得怎么樣呢？
【學生活動1】
那么首先我們來看一下，奧斯特尋找電與磁的聯系之前，科學研究領域存在怎樣的歷史背景？第一組派代表
①8世紀中葉，人們發現雷電能使刀叉、鋼針磁化等現象，但眾多物理學家仍然認為電和磁是互不相關的。
庫倫：電和磁是兩種完全不同的實體，它們不可能相互轉化。
安培：我愿意去證明電和磁是相互獨立的兩種不同流體。
托馬斯楊：沒有任何理由去設想電與磁之間存在任何直接的聯系。
②119世紀20年代之前，電和磁的研究始終獨立地發展著。
③18世紀末，人們開始思考不同自然現象之間的聯系。哲學家康德提出了各種自然現象之間相互聯系和相互轉化的思想。
但是到了19世紀，風云突變，19世紀這個時候發生了一件非常重大的事件，就是我們稱之為第一次工業革命。我們說第一次工業革命，大家學過歷史的，第一次工業革命的標志是什么？
學生：蒸汽機。
師：對，那蒸汽機的出現為什么也會給我們物理學的思想帶來突飛猛進的進步呢？原因是這樣的，在蒸汽機出現之前人們已經知道了摩擦生熱這個現象，摩擦生熱表明機械運動向熱運動的轉化。那么蒸汽機的出現，則實現了熱運動向機械運動的轉化。這就很有意思了，機械運動和熱運動原來是可以相互轉化的。加上康德的觀點，各種自然現象之間相互聯系和相互轉化的思想，那么它在指導具體科學的時候，人們就開始想了，特別是一些前沿的科學家開始就產生美妙的猜想，那么除了熱現象和機械現象以外，那么其他現象是不是也會有類似的情況？
比如說電和磁，在這方面投入比較大的精力是偉大的丹麥科學家奧斯特，通過初中物理的學習我們都知道，奧斯特在一次演講時利用類似如圖所示的裝置發現了電流的磁效應。電鍵閉合后，平行直導線放置的小磁針發生了偏轉。
但是歷史上卻有一種觀點，說奧斯特發現電生磁是很偶然的？
當時德國《物理年鑒》評價奧斯特的發現是這樣說的：
“上一個冬天哥本哈根的奧斯特教授 在講電磁課時所偶然碰上的事件是任何探索活動中都不會有的。”強調了偶然性。
【學生活動2】
那真的是偶然的嗎？下面請同學們來談談你的看法，你覺得奧斯特的成功是不是偶然的？第2小組代表發言。
1799年寫的博士論文就論述了康德哲學對自然科學的重要性為以后電磁研究提供了思路。
1803年奧斯特斷言：物理學將不再是關于運動、熱、空氣，光、電、磁以及我們所知道的各種其他現象的零散的羅列，我們將把整個宇宙納在一個體系中。
1812 年他提出進行流電實驗以便弄清楚電在其潛在狀態中是否對磁具有作用的問題。
1813年他明確預言了這種電磁效應，但可惜當時它所推測的轉換條件錯了。
1820年他發現了電流的磁效應。
從剛才同學的表述中我們可以看到奧斯特其實是在一定的哲學思想指導下自覺地、有目的地進行長期的探索，他從一開始就非常明確地知道他要尋找的是什么，雖然經歷了很多次的失敗，但是他對電能生磁是有著堅定的科學信念的，通過不斷努力最后終于發現了這種預期的效應，所以奧斯特發現電流的磁效應并不是偶然的，只能這樣說，機會總是留給有準備的人。
【學生活動3】
電流磁效應的發現有何意義？談談自己的感受。
甲同學：電流磁效應的發現揭示了電現象和磁現象之間存在的某種聯系。奧斯特的思維和實踐突破了人類對電與磁認識的局限性。電流磁效應的發現引發了科學認識領域的思考，推動了電磁學的發展。就像法拉第評價那樣：“他突然在黑暗領域打開了一扇大門，使其充滿光明。”
乙同學：無論從事科學研究還是現在的高中學習，我們都要有堅定的信念，雖然道路曲折，但只要我們堅定信念，勇往直前，會有成功的一天。
請大家結合摩擦生熱和蒸汽機之間這種美妙的聯系，電流的磁效應說明電能夠產生磁，根據這種對稱性的思想，就會想那么磁能不能產生電呢？所以這種觀念在當時來說已經被科學家普遍接受，磁能夠產生電，但是究竟磁怎樣才能產生電呢？數以百計的一流科學家，比較有名的有安培，菲涅爾，科拉頓等等都投入了研究，但是一個個都失敗了，站在我們今天的角度，我們知道最終是法拉第發現了磁能生電。
（三）學生實驗
接下來我們來重溫一組法拉第的探究實驗，也來踏著偉人的足跡尋找一下磁生電的奇妙現象。
【學生活動4】
實驗1. 兩根長4英寸長的導線平行放置, 用兩張厚紙將它們隔開, 先把其中的一根導線接到電池的兩端通電,再把另一根與電流計相連。
實驗2. 將空心螺線管接到電池的兩極, 把一直導線引進螺線管, 直導線兩端與電流計相連 。
實驗3. 將實驗2中的直導線與電池兩極相連, 螺線管與電流計連接 。
實驗4. 把兩根導線互相纏繞著, 先把其中的一根的兩頭接到電池上通電, 把另一根的兩頭接到電流計上。
今天我們都來重復一下法拉第的工作，好了，1、2、3三組同學做實驗1和實驗2，,4、5、5三組同學做實驗三和實驗四。那么，現在我們開始，抓緊時間。
……
誰能找到感應電流，馬上舉手報告，你就是我們班的法拉第。
……
大家是不是覺得很奇怪，通過實驗我們大家都沒有發現感應電流，都失敗了。這一點都不稀奇，這只是法拉第眾多失敗實驗中的一組而已。帶著失敗的實驗體驗，結合我們的預習工作，我們一起來討論一下以下幾個問題：第5小組代表發言。
【學生活動5】
問題1：在1820年奧斯特發現電生磁以后，哪些著名的科學家進行過磁生電的探究呢？
安培、科拉頓、菲涅爾、阿拉果、德拉里夫、法拉第等。
問題2：法拉第的研究是一帆風順的嗎？法拉第成功的重要原因是什么？
法拉第的研究并不是一帆風順的。根據類比的方法，法拉第制造了一個很強大的電流，然后這邊放一個閉合回路，想讓他感應出來電流。強電流能不能感應出來電流？不能。所以法拉第在研究過程當中很懊惱也很沮喪，雖然他很懊惱，也很沮喪。我們后人看到保存下來法拉第的日記，那上面經常會出現這樣的字眼，未顯示出，就說明磁沒有產生電，毫無反應，不行，一次次的失敗，在一次次的失敗過程當中，很多的科學家都選擇了放棄，但是法拉第一直沒有放棄。他有一個非常堅定的信念，那就是磁一定能生成電，所以就支撐著他十年如一日，始終進行不斷地探索。所以堅定的信念是法拉第成功的一個重要原因。
問題3：法拉第做了大量實驗都是以失敗告終，失敗的原因是什么？
法拉第運動了簡單的對稱性思考，以為靜態的電流能夠產生磁場，也想當然的認為靜態的磁場能夠產生電流。
問題4：法拉第發現電磁感應現象對人類社會有何意義？
法拉第電磁感應的發現，對人類社會有著劃時代的貢獻，由于電磁感應的發現，使人類得到了打開電能寶庫的金鑰匙，使電磁技術的應用迅速發展起來。
問題5：從法拉第探索電磁感應現象的歷程中，你學到了什么？
法拉第探索電磁感應現象的歷程經歷了10年之久，經歷了大量的失敗，但法拉第憑借自己的堅定信念和對科學的執著追求，勇敢地面對失敗，一次又一次，最終成功屬于堅持不懈的有心人，他成功了。作為現代的中學生就要學習法拉第不怕失敗、勇敢面對挫折的堅強意志。
【學生活動6】
下面請大家利用桌上的實驗器材改進一下實驗，用如圖所示的電路來完成實驗，只不過大家在實驗操作的時候請重點注意觀察兩個過程：
（1） 在閉合開關的短時間內電流表的指針；
（2） 開關閉合穩定后電流表的指針；
師：請同學來講一下觀察到的現象。
生：觀察到了指針的偏轉，說明有電流產生。
師：為什么我們剛才的實驗裝置相差不大，卻沒有電流產生呢？
生：觀察角度不一樣，剛才觀察的穩態，也就是開關閉合以后，這次觀察的是暫態過程，就是在開關閉合的一瞬間。
師：開關閉合時和閉合后，電流會有什么樣的變化？
生：開關閉合時，電路中的電流變大；閉合后，電流不變。
師：請大家動動腦筋看，怎樣操作也可以觀察到電流呢？
生：斷開開關。
師：請大家再試著做做看，注意觀察實驗現象。我們發現只有在電流改變時才會有感應電流產生，也就是說只有變化的磁場才能產生感應電流。
【教師活動7】
那么我們再來看一下當時法拉第操作這些實驗的地方是個什么樣子的。
這是古老而繁華的倫敦法拉第學習成長和工作的地方，今天仍然還存在，但是我們來看，這就是法拉第長期工作的實驗室，其簡陋情況可能還不如我們今天同學的分組的實驗。看看，這里到處都是瓶瓶罐罐，所以科學家的工作并不神秘，科學家的想法也并非高不可攀，在這里法拉第也做過無數失敗的實驗。
大科學家麥克斯韋曾經這樣評價過法拉第：
科學家其實也有許多粗糙的想法和不成功的經驗。他們是偉大的，但并不是高不可攀的。我們其實每一位科學家都有他的歷史局限性，他們都發生過可笑的疏忽和失誤，但這并不影響他的偉大。就好像我們今天學習上也犯過很多錯誤，生活中，我們可能也會做錯事，但是這并不影響我們成長，最關鍵的是我們要有理想，有成功的信念，還要有科學的研究方法和創造性的思維。
我們再梳理一下科學發現的過程，奧斯特發現電能生磁的時候其實是一種靜態現象，有電流就有磁場，那么利用那個對稱性的思考，那也就是說靜態的強磁場就可以產生電流，那么所有的科學家都運用這種簡單化的思維來進行研究，無一成功，全都失敗了。而法拉第經過長期的實驗探究和不斷改變實驗方案最終發現，只有運動變化的磁場才能感應出來電流，所以這是一種高級的對稱思想，這樣的研究方法顛覆了人們以前的觀念和思維方式，也體現了對哲學見解的深刻和精到之處。
在1831年8月法拉第終于發現了電磁感應現象，又經過幾個月的反復實驗研究，最后在當年11月24日，法拉第就向英國皇家學會，提交了一個報告，把這種現象定名為電磁感應，產生的電流就叫感應電流。人類開始走進了電氣化的時代。
正因為法拉第敢于突破，突破思維定勢，他才有了劃時代的發現，所以我們也為之歡欣鼓舞。
【學生自由討論】
學生討論法拉第的其他貢獻：……
視頻來源：優質課網 www.jixiangsibao.com
