2019-2020年高中物理 {1劃時代的發(fā)現(xiàn)} 教學設(shè)計(二) 新人教版選修3.doc

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2019-2020年高中物理 {1劃時代的發(fā)現(xiàn)} 教學設(shè)計(二) 新人教版選修3 教學目標　　　　　 1．知道與電流磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程及相關(guān)的物理學史。 2．知道電磁感應(yīng)、感應(yīng)電流的定義。 3．領(lǐng)悟科學探究中提出問題、觀察實驗、分析論證、歸納總結(jié)等要素在研究物理問題時的重要性。 4．領(lǐng)會科學家對自然現(xiàn)象、自然規(guī)律的某些猜想在科學發(fā)現(xiàn)中的重要性。 5．以科學家不怕失敗、勇敢面對挫折的堅強意志激勵自己。 教學重點難點　　　 知道與電流磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)相關(guān)的物理學史。領(lǐng)悟科學探究的方法和艱難歷程。培養(yǎng)不怕失敗、勇敢面對挫折的堅強意志。 教學方法　　　　　 教師啟發(fā)、引導，學生自主閱讀、思考，討論、交流學習成果。 教學媒體　　　　　 計算機、投影儀、錄像片。 教學過程　　　　　 (一)新課引入 在上一冊(選修3—1)我們學習了有關(guān)電場和磁場的知識，對電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象有了較為深刻的理解。我們已經(jīng)知道電荷能夠通過“感應(yīng)”使附近的導體出現(xiàn)電荷，電流能夠在其周圍“感應(yīng)”出磁場，那么磁場能否“感應(yīng)”出電流呢？回答是肯定的，這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。從這節(jié)課開始，我們就來學習這方面的知識。 我們首先來了解科學家們的探究歷程。 (二)進行新課 1．奧斯特夢圓“電生磁” 【教師】 引導學生閱讀教材中有關(guān)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的內(nèi)容。提出以下問題，引導學生思考并回答： (1)是什么信念激勵奧斯特尋找電與磁的聯(lián)系的？在這之前，科學研究領(lǐng)域存在怎樣的歷史背景？ (2)奧斯特的研究是一帆風順的嗎？奧斯特面對失敗是怎樣做的？ (3)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的過程是怎樣的？用學過的知識如何解釋？ (4)電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)有何意義？談?wù)勛约旱母惺堋? 【學生】 結(jié)合思考題，認真閱讀教材，分成小組討論，發(fā)表自己的見解。 (1)許多哲學家提出了各種自然現(xiàn)象之間是相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化的思想。奧斯特堅信電與磁之間可能存在著某種聯(lián)系。而在這之前許多物理學家都堅持認為電與磁是互不相關(guān)的。 (2)奧斯特的研究并不是一帆風順的。經(jīng)歷了好多次失敗，但奧斯特始終沒有放棄。直到在1820年4月的一次演講中他才發(fā)現(xiàn)了電流竟使下面的小磁針發(fā)生了轉(zhuǎn)動。也就是電流的磁效應(yīng)。 (3)奧斯特在1820年4月的一次演講中，碰巧在南北方向的導線下面放置了一枚小磁針。當電源接通時，小磁針發(fā)生了轉(zhuǎn)動。說明電流對小磁針產(chǎn)生了作用，證明電流在其周圍產(chǎn)生了磁場。這就是發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的過程。通過前面的學習，我們知道，地磁場是南北方向的，小磁針靜止時指示南北方向，通電直導線的磁場方向遵守安培定則。當導線南北放置時，導線下方的磁場沿東西方向，當導線通電后，小磁針受到電流的磁場作用由原來的南北方向轉(zhuǎn)向東西方向。奧斯特由磁針的偏轉(zhuǎn)確定了電和磁的聯(lián)系，也就是電流的磁效應(yīng)。 (4)電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間存在的某種聯(lián)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(yīng)的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了科學認識領(lǐng)域的思考，推動了電磁學的發(fā)展。 【教師】 傾聽學生回答，及時給出點評。 [課件演示]電流的磁效應(yīng)。通過課件演示增加學生的感性認識。 2．法拉第心系“磁生電” 【教師】 引導學生閱讀教材有關(guān)法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的內(nèi)容。提出以下問題，引導學生思考并回答： (1)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)引發(fā)了怎樣的哲學思考？法拉第持怎樣的觀點？ (2)法拉第的研究是一帆風順的嗎？法拉第面對失敗是怎樣做的？ (3)法拉第做了大量實驗都以失敗告終，失敗的原因是什么？ (4)法拉第經(jīng)歷了多次失敗后，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，他發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的具體過程是怎樣的？之后他又做了大量的實驗都取得了成功，他認為成功的“秘訣”是什么？ (5)從法拉第探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象的歷程中，你學到了什么？談?wù)勛约旱捏w會。 【學生】 結(jié)合思考題，認真閱讀教材，分成小組討論，發(fā)表自己的見解。 (1)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)引發(fā)了對稱性的普遍思考：既然電流能夠引起磁針的運動，那么磁鐵也會使導線產(chǎn)生電流。法拉第堅信：磁與電之間也應(yīng)該有類似的“感應(yīng)”。 (2)法拉第的研究并不是一帆風順的。經(jīng)歷了好多次失敗，但法拉第始終沒有放棄。直到1831年8月29日，他苦苦尋找了10年之久的“磁生電”的效應(yīng)終于被發(fā)現(xiàn)了。 (3)法拉第在1822年12月、1825年11月、1828年4月做過三次集中的實驗研究，均以失敗告終。原因在于，法拉第認為，既然奧斯特的實驗表明有電流就有磁場，那么有了磁場就應(yīng)該有電流。他在實驗中用的都是恒定電流產(chǎn)生的磁場。 (4)多次失敗后，1831年8月29日，法拉第終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。他把兩個線圈繞到同一個鐵環(huán)上。一個線圈接電源，一個線圈接“電流表”，在給線圈通電和斷電的瞬間，另一個線圈中就出現(xiàn)電流。之后他又做了大量的實驗都取得了成功，他認為成功的“秘訣”是：“磁生電”是一種在變化、運動的過程中才能出現(xiàn)的效應(yīng)。 (5)法拉第探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象的歷程經(jīng)歷了10年之久，經(jīng)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(zhí)著追求，勇敢地面對失敗，一次又一次，最終他成功了。作為現(xiàn)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。 教師及時給出點評。 [課件演示]電磁感應(yīng)現(xiàn)象。通過課件演示增加學生的感性認識。電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件將在下一節(jié)課深入學習，本節(jié)課不宜過多地展開。讓學生體會一下最終法拉第成功的原因，在于“磁生電”是一種在變化、運動的過程中才能出現(xiàn)的效應(yīng)。 可歸結(jié)為五類：變化的電流，變化的磁場，運動的恒定電流，運動的磁鐵，在磁場中運動的導體。 (三)課堂檢測 1．發(fā)電的基本原理是電磁感應(yīng)。發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學家是(　　) A．安培 B．赫茲 C．法拉第 D．麥克斯韋 解析：該題考查有關(guān)物理學史的知識，應(yīng)知道法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 答案：C 2．發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)現(xiàn)象的科學家是________，發(fā)現(xiàn)通電導線在磁場中受力規(guī)律的科學家是________，發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學家是________，發(fā)現(xiàn)電荷間相互作用力規(guī)律的科學家是________。 解析：該題考查有關(guān)物理學史的知識。 答案：奧斯特　安培　法拉第　庫侖 3．下列現(xiàn)象中屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是(　　) A．磁場對電流產(chǎn)生力的作用 B．變化的磁場使閉合電路中產(chǎn)生電流 C．插在通電螺線管中的軟鐵棒被磁化 D．電流周圍產(chǎn)生磁場 解析：電磁感應(yīng)現(xiàn)象指的是利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，選項B是正確的。 答案：B 課后作業(yè)　　　　　 認真閱讀教材，領(lǐng)悟科學家奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)現(xiàn)象和法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的探究歷程。閱讀教材第3頁“科學足跡”，體會科學家們不怕失敗、勇敢面對挫折的堅強意志，學習科學家們的人格魅力。 1　劃時代的發(fā)現(xiàn) 1．奧斯特夢圓“電生磁” 2．法拉第心系“磁生電” 3．實例探究：有關(guān)物理學史的知識 對概念的理解和對物理現(xiàn)象的認識 法拉第的科學思想方法：確信各種運動形式的相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化 法拉第對自然力(或能)的統(tǒng)一性具有堅定的信念，他始終不渝地為證實各種現(xiàn)象之間的普遍聯(lián)系而努力。他在《關(guān)于光的偏振面的磁致偏轉(zhuǎn)》一文的開始就明確指出：“我長期以來堅持一種看法，幾乎可以說是確信……物質(zhì)的力借以表現(xiàn)出來的各種形式，都有一個共同的起源，或者換句話說，它們?nèi)绱说闹苯雨P(guān)聯(lián)和相互依賴，以至好像可以從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，并在它們的作用中具有相等的能力。”相信并力圖揭示自然力的“統(tǒng)一性”這一指導思想是貫穿他整個研究工作的一條主線。他堅持不懈地為從實驗中證實電、磁、光之間的聯(lián)系而努力。顯然，電磁感應(yīng)現(xiàn)象和磁致旋光現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)都是在他的關(guān)于自然力之統(tǒng)一的思想指導下得出的。 法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)，揭示了電與磁的相互聯(lián)系后，并不就此止步，而是讓研究繼續(xù)向前發(fā)展，揭示自然界各種運動形式的普遍聯(lián)系。1833年，法拉第研究了用各種不同的方法產(chǎn)生的電(摩擦電、電池的電、動物電、溫差熱電、電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電等)是否是同一種電的問題，他在比較了各種電產(chǎn)生的物理效應(yīng)后得出結(jié)論：“電的所有這些形式，與得到它們的來源無關(guān)，在其本質(zhì)上是完全相同的?！? 1834年，法拉第研究了電與化學的關(guān)系，得出了電解定律，即電解所析出的物質(zhì)的質(zhì)量與溶液的電量成正比，與析出物的化學當量，亦即與原子價除以原子量的數(shù)值成正比。他已將化學親和力，即各種原子之間相互結(jié)合的吸引力，理解為參與化學反應(yīng)的物質(zhì)粒子的電吸引力。他說：“我們相信物質(zhì)的原子被以某種方式賦予了電力或者與電力相關(guān)聯(lián)，我們把大多數(shù)物質(zhì)的明顯屬性歸之于物質(zhì)的原子，其中就有它們相互之間的化學親和力?！彼终f：“化學親和力和電力是同一種力?！彼磳τ媒佑|理論說明電池中電的來源的流行觀念，認為接觸理論實際上是一種無中生有的能和力的創(chuàng)生說，是和我們已知的各種形式的自然力之間可以互相轉(zhuǎn)換但決不能憑空產(chǎn)生的事實相矛盾的。他說：“……電池的電本身僅僅是真實的化學作用或它的原動力的一種發(fā)揮形式，或展現(xiàn)方式，或存在方式，因此我早已說過我贊同那些人的觀點，即相信電的供應(yīng)是來自化學能?！? 1845年，法拉第發(fā)現(xiàn)了光的振動面在強磁場中的旋轉(zhuǎn)。這表示光學現(xiàn)象與磁學現(xiàn)象間存在內(nèi)在的聯(lián)系。當他用一束偏振光順著磁感線方向透過置于強電磁鐵的兩個磁極之間的“重玻璃”時，利用尼科耳棱鏡，他發(fā)現(xiàn)光的偏振面發(fā)生了一定角度的偏轉(zhuǎn)，磁力越強，偏轉(zhuǎn)角越大。這就是法拉第的磁致旋光效應(yīng)。這個發(fā)現(xiàn)載于他的《電學的實驗研究》第19節(jié)。法拉第興奮地說：“我確信，光與電和磁的關(guān)系是從這里開始被發(fā)現(xiàn)的。”“這件事更有力地證明，一切自然力都是可以互相轉(zhuǎn)化的，有著共同的起源?！蔽覀冎溃@種效應(yīng)實際上是磁場使位于其中的物質(zhì)受到影響，間接地使光的振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，并非磁場對光的直接作用。法拉第還考慮過“在引力和電力之間可能的聯(lián)系”。他寫道：“有一個古老而不可改變的信念，即自然界的一切力都彼此有關(guān)，有共同的起源，或者是同一基本力的不同表現(xiàn)形式。這種信念常常使我想到在實驗上證明重力和電力之間聯(lián)系的可能性?！?849年，他在日記上寫道：“重力這種力與電力、磁力和其他力的實驗關(guān)系一定能夠找出來，從而通過相互作用和等價的效應(yīng)來確定這種關(guān)系?？紤]了一下如何用事實和實驗著手解決這個問題?！币堰@些偉大猜測變成科學事實，還需要經(jīng)歷一個漫長而艱難的路程。這遠遠不是法拉第所能完成的。他作為先驅(qū)者盡了自己最大的努力。1859年，他已是68歲的老人，還步履蹣跚地爬到泰晤士河畔滑鐵盧大橋附近的高塔上去做實驗，觀察是否會因重力的變化而產(chǎn)生電荷的變化，結(jié)果失敗了。他在日記上寫道：“現(xiàn)在我的實驗就到此為止，結(jié)果是否定的。但它們并沒有動搖我堅強的信念，即重力和電力之間一定是有關(guān)系的?！苯裉炜磥?，他把問題想得太簡單直觀了，但他堅信自然力的統(tǒng)一的思想，仍然是非?？少F的。值得指出的是，相信自然界的和諧統(tǒng)一，這也是法拉第同時代許多科學家共同的信念。他們中也有不少人在這種信念影響下從事研究，終于在科學上有所發(fā)現(xiàn)。但他們往往是淺嘗輒止，缺少窮追到底的氣概，或是擇一而終，鉆進一個課題便很少再考慮其他方面的問題。而法拉第卻不同，他比同時代的科學家站得更高，看得更遠，認識得更深刻，處理的問題更廣泛，正像他的傳記作家克勞塞(Growther)所形容的那樣：“他從像庇斯伽山那樣的高處，下眺自然界中還沒有為人征服的方面，拿出預言家的眼光，畫出應(yīng)該遵循的途徑。他使后繼的人得到一種線索，可以領(lǐng)導他們在那荊棘叢生的知識道路中安全渡過?！?