2019年电磁感应与法拉第的故事

2019年电磁感应与法拉第的故事

篇一：法拉第与电磁感应定律

法拉第与电磁感应定律

摘要：法拉第，在科学史上做出杰出贡献的实验物理学家,他是名副其实的穷二代，凭借高于常人的智商和自己坚持不懈的努力成为了举世闻名的科学家，他不只是在电磁学中引入了电场线和电磁感应线，这使得后人能更清楚、形象地理解电磁场。他最突出的成就就是发现了电磁感应定律，不但促进了科学的发展而且还开创了人类美好生活的新时代，为人类带来了丰富的物质和精神财富。

关键词：法拉第、电磁感应定律、应用、学习、感应电流

0引言

在21世纪的新时代，法拉第电磁感应定律的运用遍及人类生活的很多方面并使我们的生活越来越便捷，享受着这个时代独有的幸福的同时，我们便更想探索法拉第电磁感应定律具体应用在哪些方面，更想知道到底是什么样的天才发现了这样神奇的定律。本篇论文选择了对近代物理学做出了杰出贡献的英国科学家法拉第的生平进行全面

的分析，并综述了电磁感应定律在科技史上的地位。文中有历史、人物和科学的发展过程。

1法拉第简介

1.1法拉第的家庭背景

法拉第，一个自学成才的理工男。1971年9月22日这个未来著名的物理学家呱呱坠地，他是家里的第三个儿子，他的家庭贫困，父亲是一个铁匠，靠着自己勤劳的双手养家糊口，收入甚微，入不敷出。所以，“富二代”、官二代“这样的身份注定与他无缘，要想以后出人头地，只能靠他自己的天赋和努力。贫困的家庭连温饱都难以解决，上学接受教育对他来说那只能是梦想。由于穷困，法拉第在人生最灿烂的时候辍学了，那一年他才13岁，是求知欲最强烈的年华。退学后，为生活所迫，他在街上卖报、在书店当学徒挣钱以贴补家用。是金子就一定会发光，是锤子就一定会受伤，法拉第无疑就是一块金子，就算是出生卑微，无学可上也不会阻碍他这块金子熠熠生辉。

1.2法拉第的求学及工作经历

法拉第酷爱学习，任何一个学习机会对于他都是极其珍贵的，他的哥哥注意到了他的天赋，所以愿意资助他学习，他非常幸运地参加

了很多科学活动。通过这些活动他开始接触到了科学的神秘世界并且深深地被科学所吸引，这一切为他未来成为科学家铺好了道路。如果你足够好上帝一定不会埋没你，而且总会为你开上一扇窗，法拉第就是被上帝宠爱的那个人才，上帝为他开了一扇窗从而结识了著名的化学家戴维，他被戴维的才华所征服，随即他大胆地写信给戴维讲述了他对一些科学的见解，并表明自己热爱科学、愿意为科学献身。机会总是垂青于有准备的人，法拉第的能力才华深受戴维的赏识，22岁

的他就被戴维任命为自己的实验助理。名师出高徒，法拉第以戴维为师，这为他后来的成就铺就了一条康庄大道。而且法拉第聪明、刻苦，很受戴维的器重，所以每次戴维外出考察时总会让法拉第相伴，而每一次外出考察对他来说都是弥足珍贵的学习机会，都会是他增长知识、开拓视野。

法拉第于1815年回到皇家研究所，而且他的启蒙老师戴维非常耐心地指导他做各种研究工作，在他们共同的努力下好几项化学研究都取得了成果。1816年对法拉第来说是不寻常的一年，是他科学道路

的新起点，因为在这一年他发表了他人生中的首篇论文。从1818年

开始他和J·斯托达特共同钻研合金钢，并且第一次独立创立了著名的金相分析方法。由于法拉第工作兢兢业业，深受研究院的重视，所以1821年被学院提升担任皇家学院总监这一要职。在两年之后的1823年，经过刻苦的钻研他发现了氯气与其余一些气体的液化方法。世界总是公平的，春天种下什么种子秋天就会收获什么果实，而法拉

第所付出的努力也是会得到回报的，1824年1月他终于正式成为皇家学会的会员。1825年2月法拉第传承了启蒙老师戴维曾经的职位即被任命为皇家研究所实验室主任。就在这一年，他又有一项伟大的发现-----他发现了有机物苯。

1821年一个十分神奇的与电有关的实验现象被法拉第发现了，出于对这个电现象的好奇，他在奥斯特实验的基础上开始对这种现象潜心研究。直到1831年法拉第又发现当一个磁铁穿过一个闭合线圈的瞬间线圈内就会有电流出现,这就是物理科技史上影响十分重大的电磁感应效应,而且此时线圈中产生的电流就叫做感应电流。电磁感应定律的发现，看似偶然，但其实是努力坚持的结果，从1821年开始法拉第研究观察了近十年。一个人能十年痴心于一件事是非常了不起的。所以，有时候科学的发明看似偶然，但是台上一分钟台下十年功，所以这偶然的背后却是科学家多年的坚持和努力的结果。

在1848年,法拉第被赐予了一个所有一切费用都免得恩典屋恩典之屋。1852年,在多年潜心钻研的基础上,现代电磁学理论的基础磁力线被他提出来了。1858年法拉第不得已离开了他奉献过青春和时间的的科学研究事业，离职后的他就定居在属于他的恩典之屋中，安心享受着生活中的美好。

2法拉第的主要贡献

2.1物理学的主要贡献

2.1.1电动机的发明

1821年，法拉第又一次重复奥斯特做过的实验并且根据电磁感应定律发明制造出了一种“电磁旋转器”，这就是世界上第一台电动机的雏形。电动机的发明使我们的生活发生了质的变化,在现代社会中我们的生活都离不开电动机,比如汽车、火车、洗衣机等一些机器都需要电动机。

2.1.2电磁感应定律的提出

法拉第凭借着对科学的热爱和好奇，在偶然间发现电磁感应现象后便开始深入研究、探索其中的奥秘。并且为了证实这个现象他做了近十年的实验研究,最终在1832年正式发现了电磁感应定律即磁可以生电，该定律又被称为法拉第定律，而且也是人类进入电气化时代的金钥匙。

2.1.3发电机的发明

法拉第还通过非常著名的圆盘实验发现,当圆盘转动的时候电流计的示数会发生变化,这就说明回路中有电流产生了。法拉第根据这个实验原理开始不断钻研最终发明了发电机。生活中凡是用电的地方都会用到发电机,如能源生产、交通、铁路、民航、厂矿、医院、药店、学校等地方,发电机发挥着巨大的作用。

2.1.4物理概念的提出

我们现在常常说到的电场、磁场、磁力线、电场线等也都是法拉第的一项重大贡献,这些概念的提出不仅对物理学的学习和研究带来了便利而且可以解释好多物理现象。

2.2化学方面的主要贡献

法拉第在化学方面的成就也是硕果累累的,就在他当戴维助理的时候,便取得了化学研究的成果。他废寝忘食、呕心沥血地研究氯气,认真严谨地做了很多实验,终于在1833年,这个科学巨人发现了氯气的一种制取方法即

2NaCl+2H?O=2NaOH+H?↑+Cl?↑

在化学方面的研究中,还有很多一些化学常用的方法也是由法拉第发现并总结出来的。此外,他还发现了一些化学物质如双碳化氢和有机物苯等等。

3电磁感应定律

3.1电磁感应定律的产生

从电和磁彼此独立的状态到电磁感应定律的发现经历了很长一段时间，也有许多科学家着手研

究如阿拉果、洪堡、安培、拉顿等，而奥斯特电流的磁效应的发现是法拉第定律的基础。虽然，一个偶然的实验现象是著名的电磁感应定律问世的基石，但电磁感应定律的得出却绝不是偶然的，这与法拉第的勤奋和毅力是分不开的。在了解到电能生磁之后人们对电与磁之间的神秘联系更加好奇更关注了。法拉第与电磁感应定律的渊源还得追溯到1821年法拉第在英国皇家研究院工作的时候，在这一年，戴维需要写一篇有关电流的磁效应的文章。其实，世界上的好多事都是冥冥之中早就注定好的，由于各种原因，法拉第接受了这个光荣而艰巨的任务，而法拉第是一个严谨好学的人，所以为了写好文章，他查阅并学习了大量的电磁学著作、文献，并且逐渐对电磁学产生了浓厚的兴趣，热爱思考的法拉第受到奥斯特实验的启发后他有一个大胆

的猜想电也应该可以生磁，在猜想的基础上他开始不断试验、思考，最终才会有电磁感应定律的诞生。

任何一项科学的发现都不是一帆风顺的，失败是成功之母，法拉第也是经过了不断地失败并善于从失败中积累经验，最终才发现电磁感应定律这一巨大成果，曾经他最开始研究时的三个实验就是在他错误的指导思想下以失败而告终的，每一次失败都会有新的认识然后再去指导下一次实验，他一共做了很多次实验才获得成功。所以世界上最可怕的就是“坚持”，即使失败也不要放弃，事情总会有柳暗花明的一天。

从1821年开始经过大约十年的实验研究法拉第终于在1831年发现只有磁场发生瞬时的变化时附近的线圈才会有感应电流，并且把这个现象称为“电磁感应现象”，但由于法拉第没有受过系统的教育,所以他的研究以实验为基础,以形象思维进行定性分析,而没有精确

具体的数学语言,所以缺乏说服力,一直备受争议，一直到1851年法拉第定律才被世人认可，至此电磁感应定律正建立。

3.2电磁感应定律的学习

对于电磁感应定律的学习是循序渐进的，随着知识的积累难度不断加深。从初中到大学，我们对电磁感应定律的学习由表及里，最终揭示了电磁感应定律的本质，为麦克斯韦方程组奠定了基础。

3.2.1初中阶段

初中学生没有物理学的基础知识而且想象力不够丰富。所以，电磁感应定律的学习应该从学生能够观察到的实验现象出发，使学生开始进入到电与磁的神秘世界中。初中有关电磁感应定律主要学习了电流的磁效应和电磁感应现象，从现象出发开始学习电磁感应定律，这个阶段对于电磁感应定律的学习注重从学生自己的观察和体验切入，这样通俗易懂。初中对电磁感应定律学习的内容如下图：

3.2.2高中阶段

经过初中三年的学习，高中学生不仅有了一定的知识储备，而且思维也更抽象化了，所以这一阶段对电磁感应定律的学习又上升到另一个高度了。这个阶段我们所学到的电磁感应定律定义为：当穿过回路的磁通量发生变化时，回路中的感生电动势的大小和穿过回路的磁通量的变化率成正比，即?感?-??。所以在高中阶段对电磁感应定律的学习最重要的是认识到电动势以及磁通量的概念?t

和感应流方向的实质。电

3.2.3大学阶段

通过中学阶段对电磁学的学习，学生对有关电磁感应定律的知识已经有了十分浓厚的兴趣和非常深刻的认识。所以，在大学阶段，基于中学物理的基础，对于电磁感应定律的学习就应该深入讨论，从现象逐渐揭示出事物的本质。在这个阶段我们学习了感生电场，而且知道感生电场是由时变磁场激发的电场，与感生电动势相对应的非静电力是感生电场力，并且作用于单位电荷上的感生电场力的功就是感生电动势。所以当沿某一闭合曲线L积分一周等于感生电动势，于是电磁感应定律可以表示为

LE感?dl??

Sd?dt而闭合曲线L的磁通是指以它为边线的任一曲面S的磁通，故????B?dS

代入上式中

LE感?dl??ddt??B?dSS

上式右面对曲面的积分和对时间的积分可以交换顺序，即

LE感?dl?????B?dSS?t

可以看出不是势场，而不是势场的矢量场被称为涡旋场，所以感生电场就是涡旋场。变化的磁场可以激发电场，上式就是电磁感应定律的实质。麦克斯韦就是从电磁感应定律的本质出发建立了著名的麦克斯韦方程组。

3.3电磁感应定律对人类的贡献

3.3.1物质方面

电磁感应定律的发现促进了科学的进步和提高了人类生活的幸福指数。电磁感应定律的发现使人类进入了电气化时代并且惠及我们每一个人，电气化的最基本的设备就是发电机，发电机是将其他形式的能转化为电能，原理就是法拉第定律。汽车和飞机是当代生活必不可少的代步工具，汽车行业的不断发展，不仅方便了人们的日常生活并且还使世界经济迅速增长。电磁感应定律的应用还有很多方面比如汽车和飞机的内燃机、水泵、无线电和电视等。麦克斯韦在麦克斯韦方程组的基础上预言了电磁波，而麦克斯韦方程组是在电磁感应定律的

基础上建立起来的。此外，电磁感应定律对人类物质方面的贡献还很多，体现在社会生产和生活的方方面面。

3.3.2精神方面

在电磁感应定律发现的过程中科学家所表现出的各种精神品质对我们人类也是一笔巨大的精神财富。法拉第出生于贫苦人民家庭并且连受教育的基本权利都没有，但在科学的道路上他自学成才、不断奋斗，最终才取得惊人的成功。电磁感应定律的发现在精神方面使我们受益匪浅。首先，教会我们一个人应该有坚持不懈、不屈不挠的品质，单靠聪明的大脑是不够的，更需要有坚定的意志力

和屡败屡战的拼搏精神。法拉第为建立电磁感应定律有过很多失败的实验，但是如果他没有坚定的毅力，经历失败后或许他会放弃对科学的研究，这样便不会有现在我们生活的美好时代。其次，我们应该有探索精神，每一项成功都是在不断试验、不断探索的过程中产生的。做任何事情都应该有这样的精神，只有不断探索、实践才有可能得到真理。最后，对于科学的研究一定要有淡泊名利、吃苦耐劳的精神品质，从事一项科学的研究不会带来丰厚的利润，不会有物质上的富裕，而且还要有吃苦精神，从事科学研究是非常累的，每天都要辛苦地做实验、记录数据，甚至连休息的时间都是很奢侈的。同样，对于我们普通人而言，即使是做着平凡的工作，但要想成功、要想在自

己的领域有所成就，就必须不畏辛劳，努力工作，这样才会有成功的机会。

法拉第电磁感应定律的发现所留给我们的精神财富不断地指导、鼓舞着我们走向光明辉煌的人生。

小结

本文通过对19世纪最伟大的科学家法拉第的家庭背景求学经历、对社会的重大贡献以及他最伟大的贡献---电磁感应定律的发现过程和对人类的贡献进行了论述。从以上的分析可以看出，法拉第是一个聪明努力、善于思考、善于实验的科学家，而且电磁感应定律对现代社会的影响极大。所以，通过文章我们更加深刻地了解了法拉第这位著名的科学家和法拉第定律。

本论文的顺利完成离不开我的指导老师闫映策老师的悉心指导和帮助。闫老师多次询问研究进程，并为我指点迷津。

致谢：本论文的顺利完成离不开我的指导老师储河林老师的悉心指导和帮助，在完成论文的过程中储老师多次指导并提出建议。因此我要特别感谢储老师给予我的帮助

参考文献

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篇二：法拉第电磁感应

法拉第电磁感应定律

例1：如图所示，A、B是两个同心圆，半径之比RA∶RB=2∶1，A、B是由相同材料，粗细一样的导体做成的，小圆B外无磁场，B内磁场的变化如图所示，求

A、B中产生的感应电流大小之比（不计两圆中电流形成磁场的相互作用）。

例2：如图甲所示，光滑导轨宽0.4m，ab金属棒长0.5m，均匀变化的磁场垂直穿过其面，方向如图，磁场的变化如图乙所示，金属棒ab的电阻为1Ω，导轨电阻不计，自t＝0时，ab棒从导轨最左端，以v＝1m/s的速度向右匀速运动，则以下说法正确的是：

A．1s末回路中的电动势为1.6V

B．1s末棒ab受安培力大小为1.28N

C．1s末回路中的电动势为0.8V

D．1s末棒ab受安培力大小为0.64N

例3.如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中放有固定的金属框架ABC，已知∠B=θ，导体棒DE在框架上从B点开始以速度v匀速向右平移，平移过程中导体棒和框架始终构成等腰三角形回路。设框架和导体棒的材料相同，其单位长度的电阻均为R，框架的导体棒

均足够长，不计摩擦及接触电阻。图乙中关于回路中的电流I和电功率P随时间t变化的图象可能正确的是（）

例4.在图甲、乙、丙三图中，除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，甲图中的电容器C原来不带电。设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计。图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面(即纸面)向下的匀强磁场中，导轨足够长。今给导体棒ab一个向右的初速度v0，在甲、乙、丙三种情形下导体棒ab的最终运动状态是（）

A.三种情形下导体棒ab最终均做匀速运动

B.甲、丙中，ab棒最终将以不同的速度做匀速运动；乙中，ab棒最终静止

C.甲、丙中，ab棒最终将以相同的速度做匀速运动；乙中，ab棒最终静止

D.三种情形下导体棒ab最终均静止

例5.如图所示，足够长的金属导轨MN和PQ与R相连，平行地放在水平桌面上，质量为m的金属杆可以无摩擦地沿导轨运动。导轨与

ab杆的电阻不计，导轨宽度为L，磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过整个导轨平面。现给金属杆ab

一

个速度v0，使ab杆向右滑行。求：（1）回路的最大电流。

（2）当滑行过程中电阻上产生的热量为Q时，杆ab的加

速度多大？（3）杆ab从开始运动到停下共滑行了多少距离？

例6.光滑的平行金属导轨置于水平面内，间距为L、导轨左端接有阻值为R的电阻，质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计。在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。开始时，导体棒静止于磁场区域的右端。当磁场以速度v1匀速向右移动时，导体棒随之开始运动，同时受到水平向左、大小为f的恒定阻力，并很快达到恒定速度，此时导体棒仍处于磁场区域内。求：（1）求导体棒所达到的恒定速度v2；（2）为使导体棒能随磁场运动，阻力最大不能超过多少?（3）导体棒以恒定速度运动时，单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大?

例7.如图，光滑的平行金属导轨水平放置，电阻不计，导轨间距为l，左侧接一阻值为R的电阻。区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场，磁场宽度为s。一质量为m，电阻为r的金属棒MN置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，受到F＝0.5v＋0.4（N）（v 为金属棒运动速度）的水平力作用，从磁场的左边界由静止开始运动，测得电阻两端电压随时间均匀增大。（已知l＝1m，m＝1kg，R＝0.3?，r＝0.2?，s＝1m）（1）分析并说明该金属棒在磁场中做何种运动；

（2）求磁感应强度B的大小；(3）若撤去外力后棒的速度v随位移x的变化规律满足,且棒在运动到ef处时恰好静止，则外

力F作用的时间为多少？

例8：如图所示,OACO为置于水平面内的光滑闭合金属导轨,O、C 处分别接有短电阻丝（图中用粗线表示），R1=4Ω、R2=8Ω,(导轨其它部分电阻不计)，导轨OAC的形状满足方程y=2sin(π/3·x)(单位：m),磁感应强度B=0.2T的匀强磁场方向垂直于导轨平面，一足够长的金属棒在水平外力F作用下，以恒定的速率v=5.0m/s水平向右在导轨上从O点滑动到C点，棒与导轨接触良好且始终保持与OC导轨垂直，不计棒的电阻，求：（1）外力F的最大值，（2）金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的的最大功率（3）在滑动过程中通过金属棒的电流I与时间t的关系。

例9：倾角为37°的光滑绝缘的斜面上放着M=1kg的导轨abcd，ab∥cd。另有一质量m=1kg的金属棒EF平行bc放在导轨上，EF下侧有绝缘的垂直于斜面的立柱P、S、Q挡住EF使之不下滑，以OO′为界，斜面左边有一垂直于斜面向下的匀强磁场。右边有平行于斜面向下的匀强磁场，两磁场的磁感应强度均为B=1T，导轨bc段长L=1m。金属棒EF的电阻R=1.2Ω，其余电阻不计，金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.4，开始时导轨bc边用细线系在立柱S上，导轨和斜面足够长，当剪断细线后，试求：（1）求导轨abcd运动的最大加速度；（2）求导轨abcd运动的最大速度（3）若导轨从开始运动到最大速度的过程中，流过金属棒EF的电量q=5C，则在此过程中，系统损失的机械能是多少？（sin37°=0.6）

例10：两条互相平行的光滑金属导轨处于水平面内，距离为

L=0.2m，在导轨的一端接有阻值为R＝0.5Ω的电阻，在x≥0处有一与水平面垂直的均匀磁场，磁感应强度B＝0.5T，一质量为m＝0.1kg 的金属直杆垂直放置在导轨上，并以v0=2m/s的初速度进入磁场，在安培力和垂直于杆的水平外力F的共同作用下做匀变速直线运动，加速度大小为a=2m/s2,方向和初速度方向相反，设导轨和金属杆的电阻都可以忽略，且接触良好．求：（1）电流为零时金属杆所处离坐标点O的距离；（2）电流为最大值的一半时施加在金属杆上外力F