高二物理(統(tǒng)編版)-對電與磁關(guān)系認(rèn)識的歷史回顧學(xué)習(xí)任務(wù)單

1、對電與磁關(guān)系認(rèn)識的歷史回顧學(xué)習(xí)任務(wù)單【學(xué)習(xí)目標(biāo)】通過對電與磁關(guān)系認(rèn)識的歷史回顧，了解電磁學(xué)發(fā)展的整體歷史脈絡(luò)及其研究方法，認(rèn)識實驗、類比、對稱性思維、數(shù)學(xué)在物理學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用。通過對庫侖、伏打、奧斯特、安培、法拉第、麥克斯韋、赫茲等物理學(xué)家對電磁學(xué)發(fā)展貢獻(xiàn)的介紹，進(jìn)一步了解超距作用與近距作用、實物粒子與場、靜電場與渦旋場等物理觀念的形成與發(fā)展過程，形成辯證發(fā)展的自然觀。3. 通過對科學(xué)家生平事跡的了解，認(rèn)識科學(xué)信念對科研工作的指導(dǎo)作用，學(xué)習(xí)科學(xué)家對自然現(xiàn)象執(zhí)著的探究精神4.通過電磁實驗儀器的發(fā)明與應(yīng)用，了解科學(xué)理論與技術(shù)進(jìn)步的辯證關(guān)系?！菊n前預(yù)習(xí)任務(wù)】1.上網(wǎng)查閱摩擦起電機、萊頓瓶、伏打電

2、堆的發(fā)明及其對電磁學(xué)研究的貢獻(xiàn)。2上網(wǎng)查閱庫侖、奧斯特、安培、法拉第、麥克斯韋等物理學(xué)家的生平事跡，了解他們對電磁學(xué)發(fā)展所作出的巨大貢獻(xiàn)?！菊n上學(xué)習(xí)任務(wù)】判斷感應(yīng)電流的方向。先用你以前學(xué)過的熟悉的方法，再用“阻礙相對運動法”判斷，比較哪一種方法判斷更方便。 【課后作業(yè)】圖11. 1824年，法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的“阿拉果圓盤實驗”，實驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖1所示，實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來，但略有滯后，下列說法正確的是（ 圖1A. 圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢B. 圓盤內(nèi)的感應(yīng)電流

3、產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動C. 在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化D. 圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成了電流，此電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動RBba圖32.法拉第發(fā)明了世界上第一臺發(fā)電機法拉第圓盤發(fā)電機。如圖所示是法拉第圓盤發(fā)電機的原理示意圖。銅質(zhì)圓盤豎直放置在水平向左的勻強磁場中，圓盤圓心處固定一個搖柄，邊緣和圓心處各有一個銅電刷與其緊貼，用導(dǎo)線將電刷與電阻RRBba圖3（1）圓盤轉(zhuǎn)動過程中，穿過整個圓盤的磁通量并沒有發(fā)生變化，為什么還有感應(yīng)電流產(chǎn)生，這是否違背了法拉第電磁感應(yīng)定律？如何解釋這個現(xiàn)象？（2）試判斷流過電阻R的感應(yīng)電流方向（3）若已知勻強磁場的磁感應(yīng)強度

4、為B，圓盤半徑為l，圓盤勻速轉(zhuǎn)動的角速度為，計算圓盤產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小。3.對稱性思考是物理學(xué)家經(jīng)常運用的一種思考方式。愛因斯坦運用對稱性思考卻發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象的不對稱性。（1）以磁鐵為參考系，如圖甲所示，金屬圓環(huán)向上運動，圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電流。請思考，這個感應(yīng)電流是如何產(chǎn)生的呢？（2）圓環(huán)向上運動，可以等效為圓環(huán)不動，磁鐵向下運動，如圖乙所示。在這種情況下，圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象，你是如何解釋的呢？（3）兩種情況下，只是參考系選擇的不同，因而對產(chǎn)生感應(yīng)電流的解釋也不同。第2種情況下，感應(yīng)電流的產(chǎn)生是因為在圓環(huán)周圍產(chǎn)生了渦旋電場，但如果選擇磁鐵為參考系，這個渦旋電場并不存在。這是否意味

5、著渦旋電場的存在與否不是客觀的，而是人為選擇的結(jié)果呢？你認(rèn)為渦旋電場到底存在不存在呢？【課后作業(yè)參考答案】1.【答案】AB 【解析】將圓盤沿半徑方向分割成許多銅條，圓盤轉(zhuǎn)動時這些銅條做切割磁感線運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，所以A正確；以圓盤中心為界，兩側(cè)穿過圓盤的磁感線方向不同，且盤面不同位置磁感應(yīng)強度不同，因此圓盤轉(zhuǎn)動時，穿過圓盤兩側(cè)局部的磁通量發(fā)生變化，在盤面不同位置產(chǎn)生局部渦流，根據(jù)楞次定律，渦流阻礙圓盤與磁針的相對運動，使磁針跟隨圓盤轉(zhuǎn)動，但略有滯后，所以B正確；由于對稱性，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量為零，所以C錯；由于圓盤呈中性，銅原子內(nèi)部的電子和原子核都隨圓盤朝一個方向運動，形成的環(huán)形

6、電流相互抵消，對外不形成電流，所以D錯。2. 【解析】（1）可以把銅質(zhì)圓盤沿半徑方向分成許多銅條，圓盤轉(zhuǎn)動過程中，每個銅條都切割磁感線運動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。每個銅條相當(dāng)于電源，整個圓盤產(chǎn)生的電動勢等于這些電源并聯(lián)的電動勢，數(shù)值上等于單個銅條產(chǎn)生的電動勢。當(dāng)用導(dǎo)線把圓心、電阻和圓盤邊緣連成閉合回路以后，就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。的確穿過圓盤的磁通量為零，但感應(yīng)電流的方向并沒有沿著圓盤的邊緣流動，而是沿徑向流動，所以這并不違反法拉第電磁感應(yīng)定律。（2）在圓盤中沿徑向任取一銅條，根據(jù)右手定則，感應(yīng)電流的方向從邊緣流向圓心，因此，流過電阻R的感應(yīng)電流方向從b到a。（3）銅條切割磁感線運動的過程中，銅條各點的線

7、速度不等，其中銅條中點的速度代表銅條上各點的平均速度，即，代入公式得3.【解析】（1）以磁鐵為參考系，相當(dāng)于磁鐵不動，圓環(huán)向上運動，穿過圓環(huán)的磁通量增加，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。從微觀的角度看，圓環(huán)向上運動，圓環(huán)內(nèi)的自由電子隨圓環(huán)一起向上運動，運動的電子在磁場中受洛倫茲力作用做定向運動形成感應(yīng)電流。（2）若以線圈為參考系，上述過程相當(dāng)于線圈不動，磁鐵向下運動。從微觀上看，這時感應(yīng)電流產(chǎn)生的原因可以解釋為：磁鐵向下運動，圓環(huán)所在處的磁場發(fā)生了變化，變化的磁場在其周圍產(chǎn)生了渦旋電場，圓環(huán)內(nèi)部的電子在這個渦旋電場力的作用下定向移動形成感應(yīng)電流。（3）這個問題很有哲學(xué)意味。根據(jù)辯證唯物主義，物質(zhì)決定意識，而不是意識決定物質(zhì)。渦旋電場的存在應(yīng)該不以人的意志為轉(zhuǎn)移，它不應(yīng)該與參考系的