师:好,同学们上课。同学们好!
生:老师好!
师:好,大家先坐下。各位同学,今天我们来学习13.4电磁感应的发现以及应用。在学习这个内容之前,我想找一位同学来帮忙操作一下。有谁愿意出来帮忙呀?
生:(有同学举手)
师:好,大家给点掌声。这位同学,你先到这边来。你看前面有一套实验器材,能看到有一个灯泡在那儿,对吧?这位同学,你看看灯泡亮起来了吗?
生:没有亮起来。
师:那用什么方法可以让它亮起来呢?有什么办法能让它亮起来呢?
生:亮起来呢?那个让它这里……
师:通过电流,对吧?那有什么方法可以让它有电流通过呢?之前学过的。
生:给它那个感应起电。
师:感应起电可以,还有呢?
生:还有把它这个……
师:接入电路,对吧?接入电路,给它电源,灯泡是不是就可以亮起来了?现在这个灯泡没有接任何电源,对吧?那你有办法让它亮起来吗?
生:没有办法。
师:没有办法是吧。那没关系,我来教你。很简单,大家看这位同学怎么做。这位同学,我赋予你一点“魔法能力”,你用一只手,然后用另外一只手,慢慢把这个(器材部件)转动起来,不用太用力,直接转起来就行,压着我(示意操作方式)。好,大家注意看灯泡。慢慢来,不用太急。好了,可以了。你们看到灯泡怎么样了吗?
生:没有。
师:有谁看到灯泡怎么样了吗?
生:有。
师:有亮起来吗?
生:有,只是很微弱地闪烁了一下。
师:对,这位同学成功了,把没有电源的灯泡点亮了。好,感谢这位同学。大家掌声鼓励一下!
师:好了,我们今天要讲的内容就和这个差不多。为什么这个灯泡会亮起来呢?我们之前学的电学知识告诉我们,灯泡要亮起来,得给它电源,比如电池或者其他电源,它才会有电流通过从而亮起来。但是这个灯泡没有接任何电源,却用另外一种方法让它亮起来了,我给这种方法取个名称,叫做“隔空导电”。那怎样做到“隔空导电”呢?这就是今天我们要学习的内容。
师:在学习这个内容之前,我们先回顾一下学过的一些与电学相关的科学家。一开始我们学过一位科学家叫库仑,对吧?库仑提出了什么电学理论呢?有谁可以告诉我?
生:(思考、犹豫)
师:大家不用太紧张,举手就行。
生:库仑定律。
师:对,没错,就是库仑定律。还有一位科学家叫奥斯特,他又提出了什么呢?谁能告诉我?
生:电流的磁效应。
师:对,非常好,电流的磁效应。最后,今天早上大家还学了法拉第,法拉第提出了什么呢?你们组有话筒吗?来,说一说。
生:电磁感应。
师:对,电磁感应。请坐。关于电磁感应,你能详细讲讲吗?
生:电磁感应就是通过磁来生电。
师:通过磁来生电,那当中的原理是什么呢?怎样会产生电呢?
生:改变磁通量。
师:对,改变磁通量会产生什么?
生:感应电流。
师:对。之前我们学过一些电磁学方面的科学家,但是有没有发现这些理论好像没有统一起来?就像力学有牛顿,能把力学内容统一起来,但是在电磁学领域,一开始没有一个人能把这些理论统一起来,对吧?后来出现了一位科学家,他把这些理论统一起来了,这位科学家叫麦克斯韦。
师:麦克斯韦是第一个把前人发现的一些电磁理论建立成一个完整系统的人。(展示麦克斯韦图片)这就是麦克斯韦。那他到底是怎么把这些理论统一起来的呢?刚才有同学说了,法拉第的电磁感应是磁通量的改变产生感应电流,对吧?麦克斯韦认为这背后的本质是一种场的作用。大家想想,怎样把电磁感应这个事情和场更好地结合起来呢?谁来说说看?
生:因为之前电磁感应说磁会生电,我觉得电可能不是单独存在的。
师:对,它会产生一个电场。
生:结合起来应该就是这个,它可以产生一个电场,而不是一个单独的电。
师:非常好,谢谢。没错,电磁感应代表这个地方会产生一个电场。那磁通量的变化又怎么用场来解释呢?它就是一个磁场的变化,对吧?所以麦克斯韦就用一种场的概念来解释,为什么会有感应电流呢?他说在变化的磁场周围会产生一个电场。
师:好,这就是今天我们要学的第一个内容,大家可以把它记下来,写在你们的学案上。麦克斯韦就是用一种场来解释法拉第讲的理论,其本质就是变化的磁场产生电场。再来,之前大家还学过一个奥斯特的实验,刚才有同学说奥斯特的理论是发现通电的导体周围会产生磁场,对吧?那怎样把这个事情更深入地结合起来呢?有人说电场产生磁场,有没有更严谨一点的说法呢?变化的什么产生磁场?你来说。
生:变化的电场产生磁场。
师:对,变化的电场产生磁场。那什么样的电场算是变化的电场呢?这有点复杂,首先电流是怎么产生的?是电荷的定向移动,对吧?电荷的周围有什么?
生:有电场。
师:对,电荷定向移动形成电流,也就意味着电荷周围的电场也在移动,这个移动的电场就是一种变化的电场。所以麦克斯韦也想到了这一点,他说在变化的电场周围也会产生一个磁场,这就是麦克斯韦的两个理论。大家明白了吗?我们发现这两个场基本上是不可分割的,有变化的电场就会产生磁场,有变化的磁场也会产生电场,所以我们把这两个场统一起来,叫什么呢?叫做电磁场。同学们懂了吗?这就是我们所说的电磁场。
师:刚才说了周期性变化的电场会产生磁场,如果是周期性变化的电场,它会产生一个周期性变化的磁场,对吧?那这个事情结束了吗?并没有,还会怎样呢?
生:这个磁场也会继续产生电场。
师:对,没错,这个磁场也会继续产生一个电场。那事情结束了吗?还没有,又会产生什么呢?
生:又会产生一个周期性变化的磁场。
师:对,电磁场就是这样不停相互产生,并从近到远传播出去。这种传播的过程形成了一个东西,我们称之为电磁波。
师:我们现在知道了电磁波是什么,但是麦克斯韦只是提出了这个理论,并没有验证它。因为他去世比较早,四十几岁就离世了。后来有另外一位科学家把这个理论验证出来了,这个人大家应该也听过,叫赫兹。赫兹是怎么做的呢?他让金属球中间放电,产生一个电火花,这个短暂的电流就会产生一个电磁波。因为变化的电流通过导体也会产生电火花,也就意味着中间是通过电磁波传播的。赫兹成功验证了这个理论。各位同学,这个实验器材你们有看过吗?
