磁能发电的探索

引言高中物理电磁感应知识点既重要又难。为此，笔者就此知识点提出自己简单的看法和体会，并将此观点称为电磁感应现象的研究性学习。如有不足之处，请指教。

在普通高中开展研究性学习是我国高中物理课程改革的重要举措，符合以德育为核心、以创新精神和实践能力培养为重点的素质教育要求。

1.对研究性学习的理解

学生在教师的指导下，了解实验研究实验，从各方面入手，运用科学的研究方法去认识问题，获取知识，以加深理解或最终解决问题。这是基于研究的学习。

1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电与磁的联系。受这一发现的启发，人们开始考虑这样一个问题:既然“电能产生磁性”，那么“磁能能发电”可以吗？许多科学家在这方面进行了探索。英国平民科学家法拉第坚信电与磁密切相关。经过10年的不懈努力，经过无数次的挫折和失败，我们终于在1831年的一次偶然的机会中找到了利用磁场产生电流的条件。

1-1法拉第传

1791 9月22日是光荣的一天。伟大的科学家迈克尔·法拉第出生在英国萨里郡牛顿市一个贫穷的铁匠家庭。法拉第的一生很伟大，但是法拉第的童年很悲惨。为了解决全家的温饱问题，老法拉第带着5岁的法拉第搬到了伦敦，希望改变贫穷的命运。不幸的是，上帝没有祝福法拉第一家，而是夺走了九岁的老法拉第的生命。迫于生计，年仅九岁的迈克尔·法拉第不得不背负沉重的生活负担，去一家文具店当学徒。四年后，法拉第，13岁，去书店当学徒。起初，我负责送报纸，后来我做装订工。俗话说“神若欲成斯里兰卡伟人，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤……”。贫穷是不幸的，童工的生活是难以得知的。难能可贵的是，小法拉第对贫穷的不安，对贫穷的不安，对学习的渴望。14岁时，他跟一个装书和卖书的人当学徒，利用这个机会广泛阅读。二十岁那年，他听了英国著名科学家汉弗莱和大卫的讲座，从此对它产生了兴趣。他给大卫写信，最终为大卫找到了一份助理的工作。法拉第在几年后有了自己的伟大发现。虽然数学基础不好，但作为实验物理学家，他是无与伦比的。

1810年，法拉第听了j·塔特姆的十几场自然哲学讲座，开始参加市政哲学学会的学习活动，从中接受了自然哲学的基础教育。21812年2月至4月，21岁的法拉第有幸在皇家学院听了四次H. David的化学讲座。这位伟大化学家的渊博知识立刻吸引了年轻的法拉第。他热情地将大卫的每一个科学观点传达给他在市哲学协会的同事。他精心整理了讲稿，装订成一本精美的书，取名《大卫爵士讲座》，并附上一封渴望做科学研究的信，这封信是在1812的平安夜上寄给大卫的。法拉第对科学的热情感动了大卫，大卫也为他精心整理装订的“精美记录本”深感欣慰。此时他的学徒期已满，于是大卫在1813年3月推荐他加入皇家学院担任助理。同年5月438日至10月，我跟随大卫进行了一次欧洲大陆的科学考察旅行。这次旅行让法拉第上了一所“社会大学”。一路上，他认真记录了大卫在各个地方讲课的内容，学到了很多科学知识，并结识了许多著名的科学家，如盖·吕萨克和安培。增长了见识，开阔了眼界。到1815年5月回到皇家研究所时，法拉第已经能够在大卫的指导下独立进行研究工作，并取得了几项化学研究成果。法拉第在1816年发表了他的第一篇科学论文。从18I8开始与J. stoddart合作研究合金钢，首创金相分析方法。1820年，他通过取代反应制得了六氯乙烷和四氯乙烯。1821年皇家学院实验室主任。1823看到他发现了氯气和其他气体的液化方法。他被选为皇家学会的会员。1825年2月，他接替大卫成为皇家研究所的实验室主任。同年发现了苯。更重要的是他对电化学(研究电流产生的化学效应)的贡献。经过多次细致的实验，法拉第总结出两个电解定律，并以他的名字命名，形成了电化学的基础。他给化学中的许多重要术语起了通俗的名字，如阳极、阴极、电极和离子。

1821年，法拉第完成了第一个重大的电学发明。两年前，奥斯特已经发现，如果电路中有电流，它附近的普通指南针的磁针就会偏移。法拉第由此受到启发，认为如果磁铁固定，线圈可能会移动。根据这个想法，他成功地发明了一种简单的装置。在这种装置中，只要有电流通过导线，导线就会绕着磁铁不停地旋转。事实上，法拉第发明了第一个马达，第一个利用电流移动物体的装置。虽然这种装置很简单，但它却是当今世界上所有电动机的祖先。这是一个重大突破。然而，它的实际用途仍然非常有限，因为除了简单的电池之外，没有其他发电方式。众所周知，静止的磁铁不会在附近的线路中产生电流。1831法拉第发现，当第一块磁铁通过闭合电路时，电路中会有电流产生，这种效应称为电磁感应。一般认为法拉第的电磁感应定律是他最大的贡献之一。两个原因足以说明这个发现可以载入史册。第一，法拉第定律对于从理论上理解电磁学更重要。其次，正如法拉第用他的第一台发电机(法拉第盘)演示的那样，电磁感应可以用来产生连续的电流。尽管为城镇和工厂供电的现代发电机比法拉第发明的要复杂得多，但它们都是根据相同的电磁感应原理制造的。是法拉第将磁力线和电线的重要概念引入物理学。通过强调它们之间的“场”而不是磁铁，他为当代物理学的许多进步开辟了道路，包括麦克斯韦方程。法拉第还发现，如果偏振光通过磁场，其偏振会发生变化。这一发现具有特殊的意义，首次表明光和磁之间存在一定的关系。法拉第的一生是伟大的，法拉第是平凡的。他非常热衷于科学普及。在他成为皇家研究所实验室主任后不久，他发起了一个星期五晚上的研讨会和一个圣诞节青年科学讲座。他在超过65，438+000的周五晚间研讨会上发表演讲，并在19年的圣诞青年科学讲座上发表演讲。他的科普讲座简单易懂，配以丰富的演示实验，很受欢迎。法拉第还热衷于公共事业，长期为英国许多公共和私人机构服务。他单纯，不爱交际，不求名利，喜欢帮助亲戚朋友。为了专心搞科研，他放弃了一切高薪的商业工作。1857年，他谢绝了皇家学会推选他为会长的提名。他愿意履行自己作为平民献身科学的承诺，终身在皇家科学院的实验室工作，成为一个普通的迈克尔·法拉第。

1867年8月25日，平民迈克尔·法拉第在书房里安详离世。一代科学巨星，在书写了他不平凡的一生，为人类留下了无价的财富之后，离开了人世。

1-2电磁感应实验

回顾法拉第的实验，操作磁力发电的实验并不难。电磁感应现象可以通过下图的实验演示:121，其中1为永磁体，2为线圈，3为演示振镜。线圈通过检流计形成一个闭合回路。当磁铁插入线圈时，电流表指针偏转；当永磁体的线圈不动时，指针不动；当磁铁被拉出时，指针向相反的方向偏转。这个实验表明，当通过闭合线圈的磁通量发生变化时，确实会产生感应电流。用实验方法研究感应电流产生的条件

实验方法:磁场静止，导体向下运动；指挥向左或向右移动。

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老师们的研究得出结论:当闭合电路中导体的一部分运动切割磁感应线时，电路中就会有电流。理解“导体运动切割磁感应线”的含义:切割磁感应线的运动是指导体运动速度的方向与磁感应线的方向不平行。导体不动，磁场会动吗，电路中会有电流吗？我们可以继续做实验。

在实验中，条形磁铁插入螺线管并从螺线管中拔出。注意:磁棒插拔时，弯曲的磁感应线被切断，电路中有感应电流。可以得出结论，无论导体运动还是磁场运动，只要导体和磁场之间有相对运动来切割磁力线，闭合电路中就会有电流。当闭合电路中的某些导体切割磁力线时，通过电路的磁力线数量会发生变化。如果导体和磁场没有相对运动，电路中会有电流吗？

线圈电路连接和断开。滑动变阻器的滑动叶片左右滑动。此时检流计指针偏转，表示有感应电流。

在观察实验现象的基础上，注意分析上述现象的物理过程:因为电流激发的磁场的磁感应强度B始终与电流强度I成正比，即B ∝ i .电路的闭合或断开控制着电流从无到有或从无到有的变化；变阻器通过改变电阻来改变电流。电流的变化必然导致闭合回路磁场的变化，穿过闭合回路的磁感应线数也会发生变化——磁通量发生变化，闭合回路中就会产生电流。当电路中的S打开和闭合时，通过闭合电路的磁场发生变化:无论是导体切割磁感应线，还是磁场发生变化，实际都会引起通过闭合电路的磁通发生变化。

1-3分析总结实验

从上面2-1实验1可以看出，只要导体切割磁感应线，闭合线圈中就会产生感应电流。此时，从实验3可以看出，导线并没有明显切割磁感应线，只是线圈中的磁通量发生了变化。这时，回过头来看实验1和实验2，就可以分析出改变磁通量的因素:由φ = b s sin θ可知，①磁感应强度b变化时；②线圈的面积s发生变化；③磁感应强度B与面积S之间的夹角θ发生变化。这三种情况都会导致磁通量的变化。产生感应电流的条件是通过闭合电路的磁通量发生变化。这里要注意的关键词是“关”和“变”。也就是说，有磁通量通过闭合电路但不改变，即使磁场强，磁通量大，也不会产生感应电流。当然，如果电路不闭合，是不可能产生电流的。

可以引导学生总结:1。不管用什么方法，只要通过闭合回路的磁通发生变化，闭合回路中就会有电流。这种利用磁场产生电流的现象称为电磁感应，产生的电流称为感应电流。

感应电流的产生条件。

电路必须是闭合的；

(2)磁通量的变化。

从以上分析可以看出，以上实验的分析具有典型意义。以上实验的分析，可以看作是研究性学习的一些表现。

2我的教学建议

笔者从事高中教学多年，对这一部分有一些粗浅的认识。要理解和应用法拉第电磁感应定律，学生在教学中应注意以下几个问题。

2-1要严格区分磁通量、磁通量变化和磁通量变化率这三个概念。关于这三个概念的区别，我的做法是，在1-1-2的实验中，问同学们磁铁放入线圈中是否有感应电流。此时，磁通量最大，但没有感应电流。否定了磁通量大，感应电流大的错误说法。然后我赶紧把它放进线圈里，再慢慢放进线圈里。此时感应电流一大一小。分析如下:都是从外面同一个地方放入线圈，磁通量的变化是一样的。也否认磁通量的变化决定了感应电流的大小。因此，分析表明，磁通变化越快，变化率越大，感应电流越大。

2-2得出求磁通量变化一般有三种情况:当回路面积不变时，磁感应强度变化(如实验二)；当磁感应强度不变，回路面积变化时(如实验1)；当回路面积和磁感应强度不变，但它们的相对位置发生变化(如旋转)时，

2-3 E是一段时间内的平均电动势，一般不等于初始和最终感应电动势瞬时值的平均值。

2-4注意教材中给出的法拉第电磁感应定律中磁通量的变化率取绝对值，感应电动势也取绝对值，表示感应电动势的大小，不涉及方向。

公式2-5是表示导体移动切割磁感应线时产生的感应电动势大小的重要公式。让学生知道它是法拉第电磁感应定律的一种特殊形式，在导体运动切割磁感应线时使用方便。使用时要注意，B、L、V三个量的方向必须相互垂直，非垂直的情况下要取垂直分量。

建议在具体教学中，教师帮助学生形成知识体系，从而加深对所学概念和原理的理解，帮助学生理解和掌握新的概念和原理。在法拉第电磁感应定律的教学中，以下内容与之前的知识相关，希望老师在教学中能够重视。

从“恒流”的知识可知，闭合电路中必须有电动势才能维持电流连续；在电磁感应现象中，如果闭合电路中有感应电流，必然有相应的感应电动势，这就引出了感应电动势大小的确定问题。

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