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第1课时 划时代的发现 【自主探究】 情景导入 电与磁的和谐之一 ——电生磁与磁生电 静磁现象和静电现象很早就受到人类的重视，对这些现象进行系统研究则始于16世纪，但这些研究始终只是将静电学和静磁学孤立开来进行的，电和磁究竟是否有联系？这个问题悬了几百年，1800年伏打电池的发明提供了产生恒定电流的电源，这使人们有可能从各个方面研究电流的各种效应。1820年4月，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，从此电学与磁学彼此隔绝的状况有了突破，电磁学的新阶段开始了。1822年，法拉第在日记中写下了一个崭新的研究课题：把磁转变成电。从1824年起，法拉第开始用实验的方法探索这一课题。1824年至1828年间，法拉第进行了多次电磁学实验，但磁生电的迹象却始终未出现，然而，失败并没有使他放弃实验，转磁为电的想法一直萦绕在他的心头。因为他坚信自然力是统一的、和谐的，电和磁是彼此有关联的。既然奥斯特实现了电产生磁，那么反过来，磁也一定能产生电。1825年，斯特詹发明了电磁铁，1818～1831年亨利和莫尔等相继对电磁铁作了重大改进，从而获得了更强的磁场，这给法拉第的研究带来了新的希望。在1831年，磁变成电的理想终于实现了！ 知识清单 1．奥斯特的“电生磁” 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现载流导线能使小磁针偏转，这种作用称为电流的磁效应。它揭示了电现象与磁现象之间存在着某种联系。 2．法拉第的“磁生电” （1） “磁生电”的发现 英国物理学家法拉第经过10年的不懈努力，在1831年8月29日发现由磁场得到电流的现象，叫做电磁感应现象。 (2) 产生电流的原因 在电磁感应现象中产生的电流叫做感应电流。法拉第把产生这种电流的原因概括为五类，这就是变化的电流、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。 【互动新课堂】 疑难分析 1．为什么是奥斯特梦圆“电生磁”？ 到18世纪末，人们开始思考不同自然现象之间的联系，例如：摩擦生热表明了机械运动向热运动转化，而蒸汽机则实现了热运动向机械运动的转化，于是，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的相互联系和转化的思想。由于受康德等哲学家的哲学思想的影响，坚信自然力是可以相互转化的，长期探索电与磁之间的联系，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现象的零散的罗列，我们将把整个宇宙纳在一个体系中”。在此思想的指导下，1820年4月奥斯特发现了电流对磁针的作用，即电流的磁效应。同年7月21日奥斯特又以《关于磁针上电冲突作用的实验》为题发表了他的发现。 2．法拉第是怎样心系“磁生电”? 1820年奥斯特发现电流的磁效应，受到科学界的关注，促进了科学的发展。1821年英国《哲学年鉴》的主编约请戴维撰写一篇文章，评述奥斯特发现以来电磁学实验的理论发展概况。戴维把这一工作交给了法拉第。法拉第在收集资料的过程中，对电磁现象的研究产生了极大的热情，并开始转向电磁学的研究。他仔细地分析了电流的磁效应等现象，认为既然电流能产生磁，磁能否产生电呢?1822年他在日记中写下了自己的思想：“磁能转化成电”。他在这方面进行了系统的研究。起初，他试图用强磁铁靠近闭合导线或用强电流使另一闭合导线中产生电流，做了大量的实验，都失败了。经过历时十年的失败、再试验，直到1831年8月29日才取得成功。他接连又做了几十个这类实验。1831年11月24日的论文中，他把产生感应电流的情况概括成五类：变化着的电流；变化着的磁场；运动的恒定电流；运动的磁场；在磁场中运动的导体。他指出：感应电流与原电流的变化有关，而不是与原电流本身有关。他将这一现象与导体上的静电感应类比，把它取名为“电磁感应”，产生的电流叫做感应电流。 3. 法拉第为什么走了10年弯路? 原来自然界的联系不是简单的联系，自然界的对称不是简单的对称，“磁生电”不象“电生磁”那样简单，“磁生电”必须在变化、运动的过程中才能出现。法拉第的弯路应该使我们对自然界的联系和对称的认识更加深刻、更加全面。 典型例题 1．关于法拉第产生感应电流情况的理解 法拉第把能引起感应电流的实验现象归纳为五类：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。它们都与变化和运动有关。 【例1】法国物理学家安培也曾将恒定电流或磁铁放在导体线圈的附近，希望在线圈中看到被“感应”出来的电流，可是这种努力均无收获。为什么？ 【答案】因为“磁生电”是在变化或运动中产生的物理现象。 2．物理中的对称美 自然界中存在着对称美，物理学中也照样存在，但它们却有所不同，例如万有引力和库仑力虽然有对称性，但不是简单的对称，因为电荷有正负两种，而质点只有一种。 【例2】自然界的确存在对称美，质点间的万有引力F=Gm1m2/r2和电荷