高二物理《劃時代的發(fā)現(xiàn)》教案

　　［要點導(dǎo)學(xué)］

　　1、不同自然現(xiàn)象之間是有相互聯(lián)系的，而這種聯(lián)系可以通過我們的觀察與思考來發(fā)現(xiàn)。例如摩擦生熱則表明了機(jī)械運動與熱運動是互相聯(lián)系的，奧斯特之所以能夠發(fā)現(xiàn)電流產(chǎn)生磁場，就是因為他相信不同自然現(xiàn)象之間是互相聯(lián)系和互相轉(zhuǎn)化的。

　　2、機(jī)遇總是青睞那些有準(zhǔn)備的頭腦，奧斯特的發(fā)現(xiàn)是必然中的偶然。發(fā)現(xiàn)中子的歷史過程（在選修3—5中學(xué)習(xí)）也說明了這一點。小居里夫婦首先發(fā)現(xiàn)這種不帶電的未知射線，他們誤認(rèn)為這是能量很高的射線，一項劃時代的偉大發(fā)現(xiàn)就與小居里夫婦擦肩而過了。當(dāng)查德威克遇到這種未知射線時，查德威克很快就想到這種不帶電的射線可能是高速運動的中子流，因為查德威克的老師盧瑟神福早已預(yù)言中子的存在，所以查德威克的頭腦是一個有準(zhǔn)備的頭腦，查德威克就首先發(fā)現(xiàn)了中子，并因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎。所以學(xué)會用聯(lián)系的眼光看待世界，比記住奧斯特實驗重要得多。

　　3、法拉第就是用聯(lián)系的眼光看待世界的人，他堅信既然電流能夠產(chǎn)生磁場，那么利用磁場應(yīng)該可以產(chǎn)生電流。信念是一種力量，但信念不能代替事實。探索“磁生電”的道路非常艱苦，法拉第為此尋找了10年之久，我們要學(xué)習(xí)的就是這種百折不撓的探索精神。

　　4、法拉第為什么走了10年彎路，這個問題值得我們研究。原來自然界的聯(lián)系不是簡單的聯(lián)系，自然界的對稱不是簡單的對稱，“磁生電”不象“電生磁”那樣簡單，“磁生電”必須在變化、運動的過程中才能出現(xiàn)。法拉第的彎路應(yīng)該使我們對自然界的聯(lián)系和對稱的認(rèn)識更加深刻、更加全面。

　　［范例精析］

　　例1奧斯特的實驗證實了電流的周圍存在磁場，法拉第經(jīng)過10年的努力終于發(fā)現(xiàn)了利用磁場產(chǎn)生電流的途徑，法拉第認(rèn)識到必須在變化、運動的過程中才能利用磁場產(chǎn)生電流。法拉第當(dāng)時歸納出五種情形，請說出這五種情形各是什么。

　　解析法拉第把能引起感應(yīng)電流的實驗現(xiàn)象歸納為五類：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(dǎo)體。它們都與變化和運動有關(guān)。

　　拓展法國物理學(xué)家安培也曾將恒定電流或磁鐵放在導(dǎo)體線圈的附近，希望在線圈中看到被“感應(yīng)”出來的電流，可是這種努力均無收獲。因為“磁生電”是在變化或運動中產(chǎn)生的物理現(xiàn)象。

　　例2自然界的確存在對稱美，質(zhì)點間的萬有引力F=Gm1m2/r2和電荷間的庫侖力F=kq1q2/r2就是一個對稱美的例子。電荷間的相互作用是通過電場傳遞的，質(zhì)點間的相互作用則是通過引力場傳遞的。點電荷q的在相距為r處的電場強(qiáng)度是E=kq/r2，那么質(zhì)點m在相距為r處的引力場強(qiáng)度是多少呢？如果兩質(zhì)點間距離變小，引力一定做正功，兩質(zhì)點的引力勢能一定減少。如果兩電荷間距離變小，庫侖力一定做正功嗎？兩電荷的電勢能一定減少嗎？請簡述理由。

　　解析可以應(yīng)用點電荷電場的定義方法定義質(zhì)點的引力場強(qiáng)度，EG=FG/m1=Gm/r2如果兩電荷間距離變小，庫侖力不一定做正功，因為庫侖力可能是吸引力，也可能是排斥力。如果庫侖力是吸引力，兩電荷間距離變小則電勢能減少；如果庫侖力是排斥力，則兩電荷間距離變小電勢能增大。

　　拓展由以上分析可見，萬有引力和庫侖力雖然有對稱性，但是因為電荷有正負(fù)兩種，而質(zhì)點只有一種，所以庫侖力做功的情況就要比萬有引力做功復(fù)雜一些。

　　［能力訓(xùn)練］

　　1、史料記載“1831年8月29日這一天，法拉第在接通電池的一剎那，偶然看到檢流計指針動了一下，接著便回到了原位，然后就一直停住不動�！�…”法拉第因此發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，圖4—1—1是這個實驗的示意圖。又有史料記載“瑞士物理學(xué)家科拉頓設(shè)計了一個利用磁鐵在閉合線圈中獲取電流的實驗：將一塊磁鐵在螺線管中移動，使導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電流。為了排除磁鐵移動對檢流計指針偏轉(zhuǎn)的影響，他把檢流計放到隔壁房間中去，用長導(dǎo)線把檢流計和螺線管連接起來。實驗開始了，科拉頓把磁鐵插到線圈中去以后，就跑到隔壁房間中去，但他十分痛心地看到檢流計的小磁針靜止在原位�！笨评�頓沒能發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，他的實驗示意圖見圖4—1—2。請你分析一下，科拉頓沒能看到電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原因是什么？

　　科拉頓沒能看到電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原因是因為電磁感應(yīng)現(xiàn)象是在變化或運動的過程中出現(xiàn)的，當(dāng)科拉頓趕到隔壁房間去時，檢流小磁針已經(jīng)動過了，所以他沒能看到電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

　　2、科學(xué)家對自然現(xiàn)象和自然規(guī)律的某些信念在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中起著重要的作用。結(jié)合具體例子說說這種作用。

　　牛頓相信使蘋果下落的力和“使月亮下落的力”是同一種力，導(dǎo)致萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)（牛頓認(rèn)為如果月亮不下落，應(yīng)該是沿軌道圓的切線運動，現(xiàn)在月亮沿圓周運動，所以月亮實際上是下落了）；奧斯特、法拉第相信電與磁是相互聯(lián)系的，導(dǎo)致他們分別發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

　　3、設(shè)有兩個物體，一個是熱的，另一個是冷的，或更確切他說：一個物體的溫度比另一個高些。我們使它們進(jìn)行接觸，并使它們不受到任何外界影響，我們知道，最后它們會達(dá)到同樣的溫度。但是這個情況是怎樣發(fā)生的呢？從它們開始接觸起到它們達(dá)到同樣溫度的時間里，究竟發(fā)生了什么呢？有人的腦海中想象這么一個圖景：熱從一個物體流向另一個物體，正如水由較高的水位流向較低的水位一樣。于是這些人因此提出這樣的類比：“水——熱水”，“較高的水位——較高的溫度”，“較低的水位——較低的溫度”，水的流動一直要繼續(xù)到兩個水位相同，熱的流動也要到溫度相等時才停止。這些人的觀點是：“熱是一種物質(zhì)，就像物體的質(zhì)量一樣。它的量可以改變，也可以不改變，正如錢一樣，可以儲存在保險柜里，也可以花掉。只要保險柜始終鎖著，柜里面錢的總數(shù)就始終保持不變，和這一樣，一個被隔離的物體中的質(zhì)量的總數(shù)和熱的總數(shù)也是不變的�！�

　　請你對上述觀點作些點評，如果同意就說說論據(jù)，如果反對就說說理由。

　　這種類比的思想方法不能否定，但得出的結(jié)論不能茍同。例如我們用一砂輪打摩一鐵塊，鐵塊和鐵屑的總質(zhì)量是不改變的，但是只要打摩不停，熱就可以源源不斷地增加�？梢姛崾且环N能量，它可以從其它形式的能量轉(zhuǎn)化而來。這一例子也告訴我們，對自然現(xiàn)象的聯(lián)系與對稱要深刻研究，全面理解。

　　4、請你說說教科書把科學(xué)發(fā)現(xiàn)中經(jīng)歷的失敗和挫折表達(dá)出來有什么意義？

　　失敗和挫折能夠起到警示作用，使我們更加聰明，少走彎路。

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