高中物理c选修3-2 事物及其发展前景的敏感”吗? 历史表明,科学研究的真正魅力在于它的非功利性,然而大多数具有社会责任感的科学家都会 将自己的发現、发明与人类的利益和命运联系起来。法拉第发现电磁感应之后,曾为此举行一次科 学普及讲座,当时在场的英国财政大臣问道:“它到底有什么用呢?“法拉第认真地回答说:啊,阁 下.也许要不了多久你就可以对它收税了。这段话后来成为关于科学成就与经济发展、社会进步关 系的千古美谈。 科学史上许多重要的发现和发明,常被人们有意无意地罩上神秘的光环,似乎科学家都是能呼 风唤雨的魔术师。但是我们在这里看到,具有闪光思维的奥斯特和法拉第,在做出伟大发现的过程 中也受着历史局限性的束缚,也有过“可笑”的疏忽与失误。他们是伟大的.但并不是高不可攀的。 麦克斯韦曹就法拉第的著作说道:“他既告诉我们成功的经验,也告诉我们不成功的经验既告诉我 们那些成熟的想法,也告诉我们那些粗糙的想法。读者的能力可能远不及他,但是感到的共咯却常 常多于钦佩并且会引起这样一种倍念:如果自己有这样的机会。也会成为一个发现者。 伟大的科学家法拉第 法拉第出生于英国的一个铁匠家庭,曾经在装订工厂当过学徒。他利用这个条件,读了很多科 学书箱,从中获得了丰富的知识。他喜欢做实验,还积极参加科学报告会。1813年、22岁的法拉第 毛透自荐,戚了著名化学家戴维的助理实验员。 法拉第生活的时代,正值第一次工业革命完成。蒸汽机的应用催生了资本主义大工业,人类进 入了工业文明时代,电力应用的前景已经初见端倪。这是一个需要巨人并产生巨人的时代。法拉第 看到、伏打电池昂贵、产生的电流小,而自然界中的天然磁石比较丰富。如果可以由磁产生电,就 能获得廉价的电力。他说:“我因为对当时产生电的方法感到不满意.因此急于发现磁与感应电流的 关系,觉得电学在这条路上一定可以充分发展” 法拉第能够发现电磁感应现象,是因为他坚信各种自然现象是相互关联的,各种自然力是统 的、“不可毁灭的”、可以互相转化的。法拉第通过广泛的实验研究。寻找电与磁、电与化学、光与 磁、电磁场与物质等的可能联系,试图描绘一幅统一的物理世界的图画。法拉第还几次试图从实验 上发现重力与电、重力与热之间可能存在的关系。他指出:“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,或者是同一种基本力的不同表 现形式。这种信念常常使我想到在实验上证明重力与电力之间联采的可 能性。在类似思想的指引下,现代物理学家仍在不懈地探索自然界不同 相互作用的统一的规律。 法拉第还认为,电磁相互作用是通过介质来传递的,并把这种介质 叫做“场”,他以惊人的想像力创造性地用“力线(即现代物理学说的磁感 线和电场线)形像地描述“场”的物理图景。 法拉第在一生的探索中遭遇了多次失败,在他当年的日记中“未显 示作用“毫无反应”“不行”等词语,记录着艰苦的探索历程。几十年的经 历使他在晚年感叹道:“…就是最有成就的科学家,得以实现的建议
猜想、愿望和初步判断,也不到十分之一” 法拉第谢绝了皇家学会会长、皇家研究院院长、伦敦大学教授等职位和头衔,也不肯接受 贵族爵位,1867年8月25日,法拉第坐在书房的椅子上平静地离开了人世。他的学生和朋友丁 铎尔(J. Tyndall1820-1893)在《作为一个发现者的法拉第》一书中感慨地写道:“在他的眼中 华面的宫廷和布拉顿高原上的雷雨比起来,算得了什么?皇家的一切器具,和落日比敦起来,又算 什么?我之所以说出雷雨和落日.因为这些现象在他的心里.都可以挑起一种狂喜…… 第四章电磁感应 法拉第把一生献给了科学事业。生活在电气化时代的我们,应该水远缅怀他 阅读这篇文章后,可以谈谈你对以下间题的看法。 1.科学家对自然现象、自然规律的某些“信念”,在科学发现中起着重要作用吗? 2.教科书、科学论文等,是不是应该把科学发现中的失败与挫折也表现出来? 问题与练习 1.学习初中物理时、你做过的哪些实验说明电现象与磁现象之间是有联系的? 2.通过初中物理的学习,你认为电路中产生感应电流的条件是什么? 探究电磁感应的产生条件 我们在初中已经学过,当闭合电路的一部分做切割磁感线的运动时,电路中会产生感应 电流(图42-1)。还有哪些情况可以产生感应电流? 实验观察 1.向线圈中插入磁铁,把磁铁从线圈中袖出 如图422,把磁铁的某一个磁极向线圈中插入、从线圈中抽出,或静止地放在线圈中。 图421导体切割磁感线, 图422磁铁插人、抽出或停在线 产生感应电流。 图中时,电流表指针如何动作?
高中物理c选修3-2 观察电流表的指针,把观察到的现象记录在下面的表格中。 磁铁的动作 表针的接动方向 磁铁的动作 表针的摆动方向 N极插入线圈 S极插入线圈 N极停在线圈中 S极停在线圈中 N极从线圈中抽出 S极从线圈中抽出 在这个实验中,什么情况下能够产生感应电流? 2模仿法拉第的实验 如图42-3,线圈A通过变阻器和开关连接到 电源上,线圈B的两端连到电流表上,把线圈A装 在线圈B的里面。我们观察,下面几种情况下线圈 图423用开关或变阻器控制一个线图中的电 B中是否有电流产生。 流,能够在另一个线圈中产生感应电流吗? 开关和变阻器的状态 线圈B中是否有电流 开关闭台瞬间 开关断开瞬间 开关闭合时,滑动变阻器不动 开关闭合时,迅速移动滑动变阻器的滑片 归纳以上四项实验观察的结果,你能得出什么结论? 分析论证在上面第1个实验中,磁铁插入线圈时,线圈中的磁场由弱 变强;磁铁从线圈中抽出时,线圈中的磁场由强变弱(图424)。这两种情 况下线圈中有感应电流。 在上面第2个实验中,由于讯速移动滑动变阻器的滑片(或由于开关的 闭合、断开),线圈A中的电流迅速变化,产生的磁场的强弱也在迅速变 甲磁场变强 化(图425),又由于两个线圈套在一起,所以通过线圈B的磁场强弱也在 图424由于磁 铁的插入与抽 图425由于线圈A中 出,线图中磁场 电流的变化,线图 乙磁场变鸦的强弱在变化 甲磁场变强 乙磁场变弊中的磁场也在变化 6
迅速变化。这种情况下线圈B中也有感应电流。 除了以上两个实验外,还要分析图421的实验,它可以简化为 图426的示意图。从中可以看出,当导体棒AB在金属导轨上向右④ 第 运动时,虽然磁场的强弱没有变化,但是导体棒切割磁感线的运动 章 使闭合电路包围的面积在变化。这种情况下“线圈”EFAB中同样会有 感应电流。 图426由于导线做切割电 磁 磁感线的运动,闭合电感 路包围的面积在变化。 应 归纳结论从上面几个事例可以看出,产生感应电流的条件与磁 场的变化有关系,也就是说,与磁感应强度的变化有关系:另外,与闭合电路包围的面积也 有关系。由于闭合电路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积叫做磁通量,所以我们也可 以用磁通量来描述感应电流的产生条件。 以上实验及其他事实表明:只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应 电流 钟敞一 摇绳能发电吗? 把一条大约10m长电线的两连在一个灵敏电流表的两个接线 柱上,形成闭合电路。两个同学迅速摇动这条电线,可以发电吗?简 述你的理由。 你认为两个同学沿哪个方向站立时,发电的可能性比软大?试 一试 图4.2-7摇绳能发电吗? 问题与练习 1.图42.8所示的匀强磁场中有一个矩形间合导线框。在下列几种情况下,线框中是否 产生感应电流? (1)保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁与中上下运动(图甲) (2)保持践框平面始终与磁感线垂直、线框在磁劫中左右运动(图乙) G3)线枢绕轴线AB转动(图丙)。 leSlI 图4.28闭合线框中是否产生感应电流?
高中物理c选修3-2 2.如图429,屨场中有一个闭合的弹黃线图。先把线圈撑开(图甲)、然后放手,让线 圈收缩《图乙)。线圈收餾时,其中是否有感应电流?为什么? 甲 图429弹簧线圈收缩时有感应电流吗? 3.如图4.2-10所示,让间合线圈由位置1过一个匀强磁均运动到位置2。线圈在运动 过程中什么时候有感应电流,什么时候没有感应电流?为什么? 图42-10什么时候线图中有感应电流? 图42-11线图中有没有感应电流? 4.矩形线圈ABCD位于蘧电长直导线附近(图4211),线圈与导线在同一个平面内, 线圈的两个边与导线平行,在这个平面内,线圈远离导线移动时,线圈中有没有感 应电流?线圈和导线都不动,当导线中的电流漸增大或减小时,线圈中有没 有感应电流?为什么? 注意:长査导线中电流燧大。它产生的磕燧强;离长直导线越远,它的磁场越 弱 5把一个铜环救在匀强场中,使环的平面跟磁均方向垂直(图4212甲)。如果使环沿着 磕的方向移动,铜环中是否有感应电流?为什么?如罘屨场是不均匀的(图42-12 乙),是否有感应电流?为什么? 接电流表 O:0 电流表 图4213哪种情况可在线 图4212铜环中有没有感应电流? 图B中观票到感应电流? 6.某实验裴置如图4213所示,在铁芯P上绕着两个线圈A和B,如果线圈A中电流与