Изучение на уроках
основополагающих открытий в физике немыслимо без исторического анализа событий,
без рассмотрения жизни и деятельности выдающихся ученых. Как показывает опыт,
если при объяснении учебного материала учитель обращается к событиям прошлых времен,
судьбам крупнейших исследователей, то ученики с большим вниманием и интересом
воспринимают его рассказ, а их знания становятся более глубокими и
прочными.
Необходимый исторический
материал может быть подан ученикам в самых разнообразных формах. Здесь и
ознакомление школьников с идеями классиков в их современном толковании, и
чтение фрагментов из первоисточников, и изучение принципа действия
экспериментальных установок, с помощью которых были проведены фундаментальные
исследования, и анализ творческого пути выдающегося ученого с современных
позиций, и, наконец, экскурсии в музеи истории физики, политехнические музеи
истории физики, политехнические музеи, физические кабинеты при университетах, на
выставки.
Обратимся к разделу
электромагнитных явлений и на примерах открытий Г.Х. Эрстеда и особенно М.
Фарадея продемонстрируем возможную методику построения исторической части
объясняемого материала.
1.Прежде чем
приступить к изучению вопроса о магнитном поле тока, мы предварительно знакомим
учеников с открытием Эрстеда и с той обстановкой, в которой оно произошло.
Такое вступление не занимает много времени (5-7 минут), но помогает осознать
школьникам органическую связь нового материала с предыдущим и настраивает их на
глубокое изучение магнитных свойств электрического тока. Свое сообщение учитель
строит так:
«До начала XIX
в.среди учены существовало убеждение в том, что электрические явления в своей
основе не связанны с магнитными. Однако, со временем стали обнаруживаться
факты, противоречащие этому. Так, английский химик Х. Деви наблюдал смещение
электрической дуги близи полюсов магнита, а французский физии Д.Ф. Араго -
намагничивание железный частей кораблей и перемагничивание корабельных компасов,
если в корабли попадала электрическая молния. Следовательно, связь между
электричеством и магнетизмом все же существует и ее надо было только выявить в
лабораторных условиях. Здесь удача сопутствовала датскому профессору химии Г.Х.
Эрстеду. В феврале 1820г. он впервые наблюдал действие проводника с током на
магнитную стрелку »
Затем мы показываем
портрет Г.Х. Эрстеда, кратко освещаем основные этапы его жизни и деятельности и
особо останавливаемся на его известном опыте, который воспроизводим перед учениками.
После этого знакомим их со знаменитой статьей Эрстеда «Опыты, относящиеся к
действию электрического конфликта на магнитную стрелку», с тем чтобы осветить
основные положения открытия Эрстеда. Делаем это так:
«Свое открытие Эрстед
изложил на четырех страницах латинского текста в русском переводе их
насчитывается шесть. Сейчас вы увидите эту статью, положившую начало целой
серии крупных исследований в электромагнетизме»
Показываем статью и зачитываем те
отрывки, в которых говорится :
·
о создании электрическим током магнитного
поля и действии его на магнитную стрелку.
(«…Магнитная стрелка отклоняется от
своего положения равновесия под действием вольтаического аппарата и… этот
эффект проявляется, когда контур замкнут….» [1, c. 433]);
·
О передачи действия поля через различные
материалы.
(«Действие соединительной проволоки
на магнитную стрелку передается сквозь стекло, металлы, дерево, воду, смолу,
гончарные сосуды и камни» [1, c.
435]);
·
О том что магнитное поле по своей
структуре является вихревым.
(«Кроме того, из сделанных наблюдений
можно заключить, что этот конфликт образует вихрь вокруг проволоки» [1, c.
438]);
Обращаем внимание на
ошибочность утверждения датского ученого, будто магнитное поле тока
наблюдается лишь при нагретом состоянии проводника [1, c.
434]. Опытом доказываем необязательность такого условия.
Фрагменты из сочинений
подбираем так, чтобы без лишних слов передать ученикам самую суть открытия,
встречающиеся непонятные термины комментируем. В данном случае мы объясним им,
что «Вольтаический аппарат» - это обычный гальванический элемент, что термином
«Конфликт» Эрстед назвал само явление возникновения магнитного поля тока, а
термином «Вихрь» хотел указать на замкнутость его в отличие от электрического.
В заключение мы говорим,
что открытие Г.Х. Эрстеда и последовавшие за ним исследования магнитного поля
тока очень скоро нашли применение сначала в виде электромагнитов (Первый был
сконструирован англичанином В Стэрдженом в 1825 г.), а затем и
электродвигателей (Практически применимый был построен в 1834 г. русским
ученым Б.С. Якоби). Эти изобретения явились основой развития радиотелефонии,
приборостроения и промышленного электрооборудования.
Такое вступление к уроку
о магнитном поле тока всегда увлекает учеников, возбуждает их интерес к физической
стороне самого открытия и настраивает на сознательное восприятие опытов.
2. открытию явления
электромагнитной индукции мы посвящаем целый урок с тем, чтобы подробно
опираясь на исторические факты, познакомить учеников с фундаментальными опытами
Фарадея, одновременно рассказав им о личности великого английского
исследователя. Объяснение начинаем с характеристики той обстановки, в которой
был сделано это открытие.
Как известно, заметное
влияние на мировоззрение естествоиспытателей Европы в начале XIX
в. Имела натурфилософия немецкого философа Ф.В.Й. Шеллинга, провозглашавшая
иеди всеобщей связи, единства и развития. Поэтому свой рассказ мы начинаем так:
«Одновременно с
обнаружением того факта, что электрический ток создает магнитное поле,
возникало предположение о существовании в природе обратного явления:
возможности с помощью магнитного поля воспроизвести электрический ток. Эта
проблема была не только теоретической. В ее разрешении оказалась
заинтересованной промышленность того времени, поскольку применявшиеся паровые
машины уже не удовлетворяли требования жизни. Поэтому над проблемой работали
многие ученые 30-х готов XIX в. И среди них
Д.Ф. Араго, А.М. Ампер и Ж.Д. Колладон. Однако «превращение магнетизма в
электричество» после десятилетних размышлений и опытов впервые удалось
осуществить английскому ученому М. Фарадею, а затем американскому – Дж. Генри»
После этих слов мы
рассказываем ребятам о жизненном и творческом пути М. Фарадея, его
исследованиях по электромагнитной индукции. При этом останавливаемся на
фактах, особенно убедительно характеризующих М.Фарадея как ученого и человека
и требующих для своего изложения минимум времени, подробнее всего освещая
период становления М. Фарадея как исследователя, поскольку это
представляет для юных слушателей наибольший интерес (его работу учеником в
переплетенной лавке, пристрастие к чтению, первые опыты, начало сотрудничество
с Х. Деви)
Рассказываем о том, что
серьезная самостоятельная исследовательская деятельность Фарадея началась,
когда ему было 24 года. Она изобиловала выдающимися открытиями. Здесь работы по
химии (получение бензола и бутилена, сжижение некоторых газов), по
электричеству (осуществление вращение проводника с токов вокруг магнита,
конструирование своеобразной модели первого электродвигателя изучения явления
электромагнитной индукции, законов электролиза, открытие парамагнетизма и
диамагнетизма, введения представлений о силовых линиях и трактовка понятия
поля). Научные заслуги Фарадея были отмечены всеми академиями мира.
Обращаем внимание
учащихся на душевные качества этого выдающегося ученого: Простоту и скромность
к себе, поэтичность и в то же время рационализм, умение угадывать ей тайны,
энтузиазм и неугасаемую веру в науку.
После того как учитель
увидит, что ученики заинтересовались личностью Фарадея, его работами и,
следовательно, настроились на знакомство с его идеями и открытиями он
приступает к изложению опытов ученого по электромагнитной индукции. Мы это
делаем следующим образом:
«Вот один из томов
сочинений М.Фарадея, который, по существу, является его лабораторным дневником
Он может рассказать нам о том, в каких условиях приходилось работать этому
ученому (отсутствовали необходимые электроматериалы, измерительные проборы,
многое приходилось изготовлять ему самому), о каждом шаге подготовки и
выполнение опытов, последующих анализах полученных данных. В этом томе изложено
самое крупное открытие прошлого века, положившее начало эпохе промышленного
электричества, - явление электромагнитной индукции».
Далее читаем отрывок,
рассказывающий об опыте 29 августа 1931 г. (кстати, вольный перевод этого
фрагмента приведен в учебном пособии «Физика-9»):
«Двести
три фута медной проволоки в одном куске были намотаны на большой деревянный
барабан; другие двести три фута такой же проволоки были проложены в виде
спирали между витками первой обмотки, причем металлический контакт был везде
устранен посредством шнурка. Одна из этих спиралей была соединена с
гальванометром, а другая - с хорошо заряженной батареей из ста пар пластин в
четыре квадратных дюйма с двойными медными пластинами. При замыкании контакта
наблюдалось внезапное, но очень слабое действие на гальванометр, и подобное же
слабое действие имело место при размыкании контакта с батареей. Но в
дальнейшем, при прохождении гальванического тока по одной из спиралей, не
удавалось обнаружить отклонения гальванометра…»
После зачитывания этих
строк ученикам, даем необходимые пояснения, чтобы они зримо представили себе
опыт, о котором пишет ученый.
Далее объявляем ребятам,
что сейчас мы до некоторой степени повторим знаменитый опыты Фарадея. Готовя
эксперимент, обращаем внимание на те несущественные отличия от описанного
опыта, которые имеются у нас (две катушки от универсального трансформатора,
иной конструкции гальванометр, иные источники электроэнергии). Ставим опыт -
ученики убеждаются в справедливости наблюдений Фарадея. (Заметим, что
повторение опыта, выполненного когда-то Фарадеем, производит на учеников
огромное впечатление.) Анализируем результаты выполненного эксперимента и
выявляем условия возникновения электромагнитной индукции.
Сообщаем, что М. Фарадей
в течение месяца произвел целый ряд опытов, желая выявить различные стороны
наблюдаемого явления. Показываем фотографии знаменитых катушек Фарадея,
описание которых имеется в книге. А затем выполняем опыт Фарадея с постоянным
магнитом и даем ему объяснение. Устанавливаем, что если катушка пронизывается
переменным магнитным полем, то в ней наводится э.д.с. индукции и появляется
индукционный ток. Последним ставим опыт современного образца: в катушку от
универсально трансформатора с сердечником внутри подаем переменный ток, на
сердечник же надеваем проволочное кольцо с низковольтной лампочкой. Обращаем
внимание учеников на то, что кольцо находится в переменном магнитном поле,
следовательно, в замкнутом проводнике должен протекать индукционный ток, о чем
и свидетельствует свечение лампочки. Так постепенно мы приводим учащихся к
выводу: электрическое поле создается переменным магнитным полем. В этом
заключается суть явления электромагнитной индукции.
В конце объяснения мы
говорим ученикам, что открытие Фарадея явилось значительным и для промышленного
производства, так как оно ускорило возникновение и развитие радиосвязи и
электроэнергии. С этого периода в жизни человечества наступил век
электричества. Сегодня мы не мыслим своего существования без электрических
машин, преобразователи энергии, без радио и телевидения. А ведь в основе их
работы лежит явление электромагнитной индукции!
Использовании сведений из
истории науки позволяет эффективно решать многие задачи воспитательного и
общеобразовательного характера: показать ученикам логическую последовательность
изучаемого материала, необходимость и закономерность рождения того или иного
открытия, познакомить школьников с жизнью и творческой деятельностью классиков
науки. Все это развивает ученика трудолюбие и преданность избранному пути,
целеустремленность и настойчивость, гражданственность и патриотизм. Когда
выдающийся ученый со своими поступками и привычками, со своей судьбой как бы
приходи из прошлого в сегодняшний день и через свои работы рассказывает о
сделанных им открытиях, то все это оказывает на ребят огромное эмоциональное
воздействие. Именно в такие моменты закладываются основы увлеченности и
устойчивого интереса к физике.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.