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高中物理《劃時代的發(fā)現(xiàn)》的教案
第1節(jié)《劃時代的發(fā)現(xiàn)》
一、教材分析
《劃時代的發(fā)現(xiàn)》是人教版高中物理3-4第四章第一節(jié)，本節(jié)是讓學(xué)生體會科學(xué)家的思考、研究時的迷失與最后成功，本節(jié)是過程與方法、情感、態(tài)度與價值觀教育的難得素材
二、教學(xué)目標
1.知識與技能
�。�1）知道奧斯特實驗、電磁感應(yīng)現(xiàn)象，
（2）了解電生磁和磁生電的發(fā)現(xiàn)過程，
�。�3）知道電磁感應(yīng)和感應(yīng)電流的定義。
2.過程與方法
�。�1）通過閱讀使學(xué)生掌握自然現(xiàn)象之間是相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化的；
�。�2）通過學(xué)習(xí)了解科學(xué)家們在探究過程中的失敗和貢獻，從中學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法和思想。
�。�3）領(lǐng)悟科學(xué)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
3.情感、態(tài)度與價值觀
�。�1）通過學(xué)習(xí)閱讀培養(yǎng)學(xué)生正確的探究自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神；
�。�2）領(lǐng)會科學(xué)家對自然現(xiàn)象、自然規(guī)律的某些猜想在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的重要性。
（3）以科學(xué)家不怕失敗、勇敢面對挫折的堅強意志激勵自己。
三、教學(xué)重點難點
重點：探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象的歷史背景；
難點：體會人類探究自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神
四、學(xué)情分析
我們的學(xué)生屬于平行分班，沒有實驗班，學(xué)生已有的知識和實驗水平有差距。本節(jié)課學(xué)生認識到探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象的歷史背景是關(guān)鍵。
五、教學(xué)方法
1．講授法：講授科學(xué)家的艱辛
2. 實驗法：學(xué)生自己體會奧斯特實驗
3．學(xué)案導(dǎo)學(xué)：見后面的學(xué)案。
4．新授課教學(xué)基本環(huán)節(jié)：預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑→情境導(dǎo)入、展示目標→合作探究、精講點撥→反思總結(jié)、當堂檢測→發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置預(yù)習(xí)
六、課前準備
1．學(xué)生的學(xué)習(xí)準備：預(yù)習(xí)“劃時代的發(fā)現(xiàn)”，初步了解物理學(xué)史。分小組6臺奧斯特實驗裝置。
2．教師的教學(xué)準備：多媒體課件制作，課前預(yù)習(xí)學(xué)案，課內(nèi)探究學(xué)案，課后延伸拓展學(xué)案。3．教學(xué)環(huán)境的設(shè)計和布置：分小組合作學(xué)習(xí)，分6個學(xué)習(xí)小組。
七、課時安排：1課時
八、教學(xué)過程
(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑
檢查落實了學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并了解了學(xué)生的疑惑，使教學(xué)具有了針對性。
�。ǘ┣榫皩�(dǎo)入、展示目標。
�。ㄈ┖献魈骄�、精講點撥。
探究一：奧斯特夢圓“電生磁”------電流的磁效應(yīng)
引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(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(dǎo)學(xué)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(xué)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(xué)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?/p>
學(xué)生活動：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。
教師教學(xué)素材：
到18世紀末，人們開始思考不同自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系，例如：摩擦生熱表明了機械運動向熱運動轉(zhuǎn)化，而蒸汽機則實現(xiàn)了熱運動向機械運動的轉(zhuǎn)化，于是，一些獨具慧眼的哲學(xué)家如康德等提出了各種自然現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的思想。由于受康德哲學(xué)與謝林等自然哲學(xué)家的哲學(xué)思想的影響，堅信自然力是可以相互轉(zhuǎn)化的，長期探索電與磁之間的聯(lián)系。1803年奧斯特指出：“物理學(xué)將不再是關(guān)于運動、熱、空氣、光、電、磁以及我們所知道的各種現(xiàn)象的零散的羅列，我們將把整個宇宙納在一個體系中”。在此思想的指導(dǎo)下，1820年4月奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流對磁針的作用，即電流的磁效應(yīng)。同年7月21日奧斯特又以
《關(guān)于磁針上電沖突作用的實驗》為題發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)。這篇短短的論文使歐洲物理學(xué)界產(chǎn)生了極大震動，導(dǎo)致了大批實驗成果的出現(xiàn)，由此開辟了物理學(xué)的新領(lǐng)域──電磁學(xué)。1820年因電流磁效應(yīng)這一杰出發(fā)現(xiàn)獲英國皇家學(xué)會科普利獎?wù)隆?829年起任哥本哈根工學(xué)院院長。
探究二：法拉第心系“磁生電”------電磁感應(yīng)現(xiàn)象
引導(dǎo)學(xué)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(dǎo)學(xué)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(xué)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是以失敗告終，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)象的具體的過程是怎樣的？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(xué)到了什么？談?wù)勛约旱捏w會。
學(xué)生活動：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。
教師教學(xué)素材：
1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，受到科學(xué)界的關(guān)注，促進了科學(xué)的發(fā)展。1821年英國《哲學(xué)年鑒》的主編約請戴維撰寫一篇文章，評述奧斯特發(fā)現(xiàn)以來電磁學(xué)實驗的理論發(fā)展概況。戴維把這一工作交給了法拉第。法拉第在收集資料的過程中，對電磁現(xiàn)象的研究產(chǎn)生了極大的熱情，并開始轉(zhuǎn)向電磁學(xué)的研究。他仔細地分析了電流的磁效應(yīng)等現(xiàn)象，認為既然電流能產(chǎn)生磁，磁能否產(chǎn)生電呢?1822年他在日記中寫下了自己的思想：“磁能轉(zhuǎn)化成電”。他在這方面進行了系統(tǒng)的研究。起初，他試圖用強磁鐵靠近閉合導(dǎo)線或用強電流使另一閉合導(dǎo)線中產(chǎn)生電流，做了大量的實驗，都失敗了。經(jīng)過歷時十年的失敗、再試驗，直到1831年8月29日才取得成功。他接連又做了幾十個這類實驗。1831年11月24日的論文中，他把產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況概括成五類：變化著的電流；變化著的磁場；運動的恒定電流；運動的磁場；在磁場中運動的導(dǎo)體。他指出：感應(yīng)電流與原電流的變化有關(guān)，而不是與原電流本身有關(guān)。他將這一現(xiàn)象與導(dǎo)體上的靜電感應(yīng)類比，把它取名為“電磁感應(yīng)”，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。為了解釋電磁感應(yīng)現(xiàn)象，法拉第曾提出過“電張力”的概念。后來在考慮了電磁感應(yīng)的各種情況后，認為可以把感應(yīng)電流的產(chǎn)生歸因于導(dǎo)體“切割磁力線”。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)二十年后，直到1851年才得出了電磁感應(yīng)定律。經(jīng)過大量實驗后，他終于實現(xiàn)了“磁生電”的夙愿，宣告了電氣時代的到來。
作為19世紀偉大實驗物理學(xué)家的法拉第。他并不滿足于現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，還力求探索現(xiàn)象后面隱藏著的本質(zhì)；他既十分重視實驗研究，又格外重視理論思維的作用。1832年3月12日他寫給皇家學(xué)會一封信，信封上寫有“現(xiàn)在應(yīng)當收藏在皇家學(xué)會檔案館里的一些新觀點”。那時的法拉第已經(jīng)孕育著電磁波的存在以及光是一種電磁振動的杰出思想，盡管還帶有一定的模糊性。為解釋電磁感應(yīng)現(xiàn)象，他提出“電致緊張態(tài)”與“磁力線”等新概念，同時對當時盛行的超距作用說產(chǎn)生了強烈的懷疑：“一個物體可以穿過真空超距地作用于另一個物體，不要任何一種東西的中間參與，就把作用和力從一個物體傳遞到另一個物體，這種說法對我來說，尤其荒謬。凡是在哲學(xué)方面有思考能力的人，決不會陷人這種謬論之中”。他開始向長期盤踞在物理學(xué)陣地的超距說宣戰(zhàn)。與此同時，他還向另一種形而上學(xué)觀點──流體說進行挑戰(zhàn)。1833年，他總結(jié)了前人與自己的大量研究成果，證實當時所知摩擦電、伏打電、電磁感應(yīng)電、溫差電和動物電等五種不同來源的電的同一性。他力圖解釋電流的本質(zhì)，導(dǎo)致他研究電流通過酸、堿、鹽溶液，結(jié)果在1833～1834年發(fā)現(xiàn)電解定律，開創(chuàng)了電化學(xué)這一新的學(xué)科領(lǐng)域。他所創(chuàng)造的大量術(shù)語沿用至今。電解定律除本身的意義外，也是電的分立性的重要論據(jù)。
1837年他發(fā)現(xiàn)電介質(zhì)對靜電過程的影響，提出了以近距“鄰接”作用為基礎(chǔ)的靜電感應(yīng)理論。不久以后，他又發(fā)現(xiàn)了抗磁性。在這些研究工作的基礎(chǔ)上，他形成了“電和磁作用通過中間介質(zhì)、從一個物體傳到另一個物體的思想�！庇谑�，介質(zhì)成了“場”的場所，場這個概念正是來源于法拉第。正如愛因斯坦所說，引入場的概念，是法拉第的最富有獨創(chuàng)性的思想，是牛頓以來最重要的發(fā)現(xiàn)。牛頓及其他學(xué)者的空間，被視作物體與電荷的容器；而法拉第的空間，是現(xiàn)象的容器，它參與了現(xiàn)象。所以說法拉第是電磁場學(xué)說的創(chuàng)始人。他的深邃的物理思想，強烈地吸引了年輕的麥克斯韋。麥克斯韋認為，法拉第的電磁場理論比當時流行的超距作用電動力學(xué)更為合理，他正是抱著用嚴格的數(shù)學(xué)語言來表述法拉第理論的決心闖入電磁學(xué)領(lǐng)域的。
法拉第堅信：“物質(zhì)的力借以表現(xiàn)出的各種形式，都有一個共同的起源”，這一思想指導(dǎo)著法拉第探尋光與電磁之間的聯(lián)系。1822年，他曾使光沿電流方向通過電解波，試圖發(fā)現(xiàn)偏振面的變化，沒有成功。這種思想是如此強烈，執(zhí)著的追求使他終于在1845年發(fā)現(xiàn)強磁場使偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。他的晚年，盡管健康狀況惡化，仍從事廣泛的研究。他曾分析研究電纜中電報信號遲滯的原因，研制照明燈與航標燈。他的成就來源于勤奮，他的主要著作《日記》由16041則匯編而成；《電學(xué)實驗研究》有3362節(jié)之多。
他生活簡樸，不尚華貴，以致有人到皇家學(xué)院實驗室作實驗時錯把他當作守門的老頭。1857年，皇家學(xué)會學(xué)術(shù)委員會一致決議聘請他擔任皇家學(xué)會會長。對這一榮譽職務(wù)他再三拒絕。他說：“我是一個普通人。如果我接受皇家學(xué)會希望加在我身上的榮譽，那么我就不能保證自己的誠實和正直，連一年也保證不了。”同樣的理由，他謝絕了皇家學(xué)院的院長職務(wù)。當英王室準備授予他爵士稱號時，他多次婉言謝絕說：“法拉第出身平民，不想變成貴族”。他的好友J.Tyndall對此作了很好的解釋：“在他的眼中看去，宮廷的華麗，和布來屯（Brighton）高原上面的雷雨比較起來，算得什么；皇家的一切器具，和落日比較起來，又算得什么？其所以說雷雨和落日，是因為這些現(xiàn)象在他的心里，都可以挑起一種狂喜。在他這種人的心胸中，那些世俗的榮華快樂，當然沒有價值了”。“一方面可以得到十五萬鎊的財產(chǎn)，一方面是完全沒有報酬的學(xué)問，要在這兩者之間去選擇一種。他卻選定了第二種，遂窮困以終�！边@就是這位鐵匠的兒子、訂書匠學(xué)徒的鄭重選擇。1867年8月25日逝世，墓碑上照他的遺愿只刻有他的名字和出生年月。
后世的人們，選擇了法拉作為電容的國際單位，以紀念這位物理學(xué)大師。
科拉頓的“失敗”
1820年，奧斯特的磁效應(yīng)發(fā)表后，在科學(xué)界引起極大反響，科學(xué)家想既然“電能生磁”，反過來“磁也能生電”。可以說，想實現(xiàn)“磁生電”是當時許多科學(xué)家的愿望，例如，安培、科拉頓等人都曾為之努力過，但是都失敗了。在這個問題上，最遺憾的莫過于科拉頓。
1825年，科拉頓做了這樣一個實驗，他將一個磁鐵插入連有靈敏電流計的螺旋線圈，來觀察在線圈中是否有電流產(chǎn)生。但是在實驗時，科拉頓為了排除磁鐵移動時對靈敏電流計的影響，他通過很長的導(dǎo)線把接在螺旋線圈上的靈敏電流計放到另一間房里他想，反正產(chǎn)生的電流應(yīng)該是“穩(wěn)定”的（當時科學(xué)界都認為利用磁場產(chǎn)生的電應(yīng)該是“穩(wěn)定”的），插入磁鐵后，如果有電流，跑到另一間房里觀察也來得及就這樣，科拉頓開始了實驗。然而，無論他跑得多快，他看到的電流計指針都是指在“0”刻度的位置。
科拉頓失敗了�？评D的這個失敗，是一個什么樣的失敗呢？后人有各種各樣的議論。
有人說這是一次“成功的失敗”。因為科拉頓的實驗裝置設(shè)計得完全正確，如果磁鐵磁性足夠強，導(dǎo)線電阻不大，電流計十分靈敏，那么在科拉頓將磁鐵插入螺旋線圈時，電流計的指針確實是擺動了的。也就是說，電磁感應(yīng)的實驗是成功了，只不過科拉頓沒有看見，他跑得還是“太慢”，連電流計指針往回擺也沒看見，有人說，這是一次“遺憾的失敗”。因為科拉頓如果有個助手在另外那間房里，或者科拉頓就把電流計放在同一間房里看得見的地方，那么成功的桂冠肯定是屬于科拉頓的。
有人說，這是一次“真正的失敗”。因為科拉頓沒能轉(zhuǎn)變思想，沒有從“穩(wěn)態(tài)”的猜想轉(zhuǎn)變到“暫態(tài)”的考慮上來，所以他想不到請個助手幫一下忙、或者把電流計拿到同一間房里來。事實也正是如此，法拉第總結(jié)了別人和他自己以前失敗的教訓(xùn)，他決定不再固守“穩(wěn)態(tài)”的猜想，終于在1831年8月，觀察到了電磁感應(yīng)現(xiàn)象�？评D只能留下永遠的遺憾。
例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(xué)家是（C）
A．安培 B．赫茲 C．法拉第 D．麥克斯韋
例2：發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是__奧斯特__，發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線在磁場中受力規(guī)律的科學(xué)家是_安培_，發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是_法拉第_，發(fā)現(xiàn)電荷間相互作用力規(guī)律的的科學(xué)家是_庫侖_。
例3：下列現(xiàn)象中屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是（B）
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
�。ㄋ模┓此伎偨Y(jié)，當堂檢測。
教師組織學(xué)生反思總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，并進行當堂檢測。
設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生認識探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象的歷史背景并體會人類探究自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。
�。ㄎ澹┌l(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置預(yù)習(xí)。
在下一節(jié)課我們一起來學(xué)習(xí)探究電磁感應(yīng)的條件。這節(jié)課后大家可以先預(yù)習(xí)這一部分，著重分析科學(xué)家是如何設(shè)計實驗，如何得出恰當?shù)慕Y(jié)論的。并完成本節(jié)的課后練習(xí)及課后延伸拓展作業(yè)。
設(shè)計意圖：布置下節(jié)課的預(yù)習(xí)作業(yè)，并對本節(jié)課鞏固提高。教師課后及時批閱本節(jié)的延伸拓展訓(xùn)練。
九、板書設(shè)計
一、奧斯特夢圓“電生磁”------電流的磁效應(yīng)
二、法拉第心系“磁生電”------電磁感應(yīng)現(xiàn)象
十、教學(xué)反思
學(xué)生對于課外知識很感興趣，有些同學(xué)有一定的知識基礎(chǔ)，也能提出一些有建設(shè)性的問題，激發(fā)了他們學(xué)物理的興趣。通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)我了解到，學(xué)生對物理學(xué)的發(fā)展非常感興趣，所以在以后的教學(xué)中我們應(yīng)該多介紹一些這樣的知識，來豐富學(xué)生的知識面，擴寬學(xué)生的視野。
在后面的教學(xué)過程中會繼續(xù)研究本節(jié)課，爭取設(shè)計的更科學(xué)，更有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)，也希望大家提出寶貴意見，共同完善，共同進步!
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