物理选修34 法拉第电磁感应定律教学设计

法拉第的科学思想方法

确信各种运动形式的相互联系和相互转化

    法拉第对自然力(或能)的统一性具有坚定的信念，他始终不渝地为证实各种现象之间的普遍联系而努力。他在《关于光的偏振面的磁致偏转》——文的开始就明确指出：“我长期以来坚持—种看法，几乎可以说是确信，……物质的力借以表现出来的各种形式，都有——个共同的起源，或者换句说，它们如此地直接关联和相互依赖，以至好像可以从——种形式转换成另——种形式．并在它们的作用中具有相等的能力。相信并力图揭示自然力的“统一性”这一指导思想是贯穿他整个研究工作的一条主线。他坚持不懈地为从实验上证实电、磁、光之间的联系而努力。显然，电磁感应现象和磁致旋光现象的发现都是在他的关于自然力之统—的思想指导下得出的。

    法拉第在1831年发现了电磁感应，揭示了电与磁的相互联系后，并不就此止步，而是让研究继续向前发展，揭示自然界各种运动形式的普遍联系。1833年，法拉第研究了用各种不同的方法产生的电(摩擦电、电池的电、动物电、温差热电、电磁感应产生的电等等)是否是同一种电的问题，他在比较了各种电产生的物理效应后得出结论：“电的所有这些形式，与得到它们的来源无关，在其本质上是完全相同的。”

    1834年，法拉第研究了电与化学的关系，得出了电解定律，即电解所析出的物质的质量与溶液的电量成正比，与析出物的化学当量，亦即与原于价除以原子量的数值成正比。他已将化学亲和力，即各种原子之间相互结合的吸引力，理解为参与化学反应的物质粒子的电吸引力。他说：“我们相信物质的原子被以某种方式赋予了电力或者与电力相关联，我们把大多数物质的明显属性归之于物质的原子，其中就有它们相互之间的化学亲和力。”他又说：“化学亲和力和电力是同—种力。’’他反对用接触理论说明电池中电的来源的流行观念，认为接触理论实际上是—种无中生有的能和力的创生说，是和我们已知的各种形式的自然力之间可以互相转换但决不能凭空产生的事实相矛盾的。他说：“……电池的电本身仅仅是真实的化学作用或它的原动力的一种发挥形式，或展现方式，或存在方式，因此我早已说过我赞同那些人的观点，即相信电的供应是来自化学能。”

    1845年，法拉第发现了光的振动面在强磁场中的旋转。这表示光学现象与磁学现象间存在内在的联系。当他用—束偏振光顺着磁力线方向透过置于强电磁铁的两个磁极之间的“重玻璃”时，利用尼科耳棱镜，他发现光的偏振面发生了一定角度的偏转，磁力越强，偏转角越大。这就是法拉第的磁致旋光效应。这个发现载于他的《电学的实验研究》第19节。法拉第兴奋地说：“我确信，光与电和磁的关系是从这里开始被发现的。”“这件事更有力地证明，一切自然力都是可以互相转化的，有着共同的起源。”我们知道，这种效应实际上是磁场使位于其中的物质受到影响，间接地使光的振面发生旋转，并非磁场对光的直接作用。法拉第还考虑过“在引力和电力之间可能的联系”。他写道：“有一个古老而不可改变的信念，即自然界的一切力都彼此有关，有共同的起源，或者是同一基本力的不同表现形式。这种信念常常使我想到在实验上证明重力和电力之间联系的可能性。”1849年，他在日记上写道：“重力这种力与电力、磁力和其它力的实验关系一定能够找出来，从而通过相互作用和等价的效应来确定这种关系。考虑了一下如何用事实和试验着手解决这个问题。”要把这些伟大猜测变成科学事实，还需要经历一个漫长而艰难的路程。这远远不是法拉第所能完成的。他作为先驱者尽了自己最大的努力。1859年，他已是68岁的老人，还步履蹒跚地爬到泰晤士河畔滑铁卢大桥附近的高塔上去做实验，观察是否会因重力的变化而产生电荷的变化，结果失败了。他在日记上写道：“现在我的实验就到此为止，结果是否定的。但它们并没有动摇我坚强的信念，即重力和电力之间一定是有关系的。”今天看来，他把问题想得太简单直观了，但他坚信自然力的统一的思想，仍然是非常可贵的。值得指出的是，相信自然界的和谐统一，这也是法拉第同时代许多科学家共同的信念。他们中也有不少人在这种信念影响下从事研究，终于在科学上有所发现。但他们往往是浅尝辄止，缺少穷追到底的气概，或是择一而终，钻进—个课题便很少再考虑其它方面的问题。而法拉第却不同，他比同时代的科学家站得更高，看得更远，认识得更深刻，处理的问题更广泛，正像他的传记作家克劳塞(Growther)所形容的那样：“他从像庇斯伽山那样的高处，下眺自然界中还没有为人征服的方面，拿出预言家的眼光，画出应该遵循的途径。他使后继的人得到一种线索，可以领导他们在那荆棘丛生的知识道路中安全渡过。”

   法拉第的伟大成就

法拉第所研究的课题广泛多样，按编年顺序排列,有如下各方面：铁合金研究（1818－1824）；氯和碳的化合物（1820）；电磁转动（1821）；气体液化（1823，1845）；光学玻璃（1825－1831）；苯的发明（1825）；电磁感应现象（1831）；不同来源的电的同一性（1832）；电化学分解（1832年起）；静电学，电介质（1835年起）；气体放电（1835年）；光、电和磁（1845年起）；抗磁性（1845年起）；"射线振动思想"（1846年起）；重力和电（1849年起）；时间和磁性（1857年起）．