改變世界的科學(xué)發(fā)現(xiàn)——手蓄電池 法拉第實驗 發(fā)電機(jī)
作者： ${content.author} 時間：2022-08-29 瀏覽量：21,953同學(xué)們大家好，歡迎來到今天的科學(xué)探究活動。今天我們要探究的話題是改變世界的科學(xué)發(fā)現(xiàn)！大家知道有哪些偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)嗎？同學(xué)們說有萬有引力，有飛機(jī)火箭等等。
縱觀人類科學(xué)史,一些重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)不僅改變了科學(xué)進(jìn)程、更使人類文明的層次產(chǎn)生了巨大飛躍。其中電的發(fā)現(xiàn)可以說了徹底改變了我們的生活?！半姟边@一詞最早是從古希臘文“琥珀”演變而來的。那我們用的電是怎么被發(fā)現(xiàn)呢？又是怎么走進(jìn)我們的生活的呢？我們通過幾個展項來了解一下電的發(fā)展史。
我要介紹的第一件展品是手蓄電池。
請大家仔細(xì)觀察！我們可以看到，這個展品有三組不同的金屬棒，它們分別是鐵、鋁、銅做成的，中間連接了一塊電流表。這位同學(xué)們，請你把雙手分別握住兩端奴同材質(zhì)的金屬棒，發(fā)生什么現(xiàn)象呢？
這位同學(xué)說，電流表指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，這說明什么呢？
是的，電流表用來檢測電流，所以這證明有電流產(chǎn)生了！
這是為什么呢？我們先換一種方式體驗一下。這位同學(xué)請你單手或雙手握住同一塊金屬板或相同材質(zhì)的金屬棒，觀察會發(fā)生以上現(xiàn)象嗎？現(xiàn)象并沒有發(fā)生，這是為什么呢？
這是因為手上的汗液與金屬板之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。由于不同材質(zhì)金屬活潑程度不同，控制電子的能力也不同，兩端分別發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，失去的電子會通過導(dǎo)線經(jīng)過電流表流向另一端，電子的定向移動就形成了電流。
這一現(xiàn)象最早被意大利的解剖學(xué)家伽伐尼率先發(fā)現(xiàn)。伽伐尼在解剖青蛙時用不同的金屬器械觸碰青蛙腿，發(fā)現(xiàn)了放電現(xiàn)象，并做了大量實驗力圖解開其中的奧秘。但最后伽伐尼錯誤地認(rèn)為這是一種“動物電”現(xiàn)象。同時期的意大利科學(xué)家伏打否定了他的結(jié)論，并通過實驗證明了是由于金屬與某種潮濕的東西接觸才發(fā)生的，伏打依此理論發(fā)明了著名的“伏打電堆”，我們的展品“手蓄電池”就是基于這個原理，并且我們現(xiàn)在用的干電池也是一種伏打電堆 。
“伏打電堆”為人類第一次提供了穩(wěn)定的電流來源，為后來的電流磁效應(yīng)的應(yīng)用開創(chuàng)了前景，并很快成為進(jìn)行電磁學(xué)和化學(xué)研究的有力工具。1820年，著名的丹麥科學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)線與電池連接時，靠近導(dǎo)線的指南針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并且兩者之間存在直接關(guān)系。奧斯特使用的電池正是“伏打電堆” ，但奧斯特?zé)o法解釋這種現(xiàn)象，很快安培通過實驗揭開了其中的奧秘，并提出了著名的“右手定則”，即如果為導(dǎo)線通電，四指緊握拇指伸直，大拇指代表了電流的方向，而四指則為磁場的方向，為發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的發(fā)明提供了理論基礎(chǔ)。
當(dāng)年奧斯特的發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的新聞引起了引起了法拉第對電磁學(xué)的極大興趣。法拉第想要解決的問題是：通電線圈可以產(chǎn)生磁場，那反過來，磁場是否也能產(chǎn)生電流呢？法拉第為此持續(xù)研究了十年之久，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)！
法拉第是如何進(jìn)行實驗的呢?這件名叫法拉第實驗，它真實還原了法拉第對電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)歷程！
法拉第首先制作了電磁旋轉(zhuǎn)器，讓載流導(dǎo)線圍繞著固定磁鐵旋轉(zhuǎn)，同時又讓磁鐵圍繞一根固定的載流導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)，法拉第依此嘗試將磁轉(zhuǎn)變?yōu)殡?，這是第一個原始發(fā)電機(jī)。
再看第二件，線圈間的感應(yīng)。將一個鐵環(huán)右側(cè)一端用線圈纏繞，并接通電池；左側(cè)也用線圈纏繞，然后與導(dǎo)線連城回路，并在導(dǎo)線下放置小磁針。這位同學(xué)，你給右側(cè)線圈通電你發(fā)現(xiàn)有什么現(xiàn)象嗎？
老師，小磁針動了一下了！
那斷開電流呢？
小磁針又動了一下！
這就是最早的變壓器，這表明左側(cè)線圈感應(yīng)帶了右側(cè)線圈的電流，但這似乎只是一瞬間的事！并沒有持續(xù)發(fā)生。這是為什么呢？大家回想一下奧斯特和安培關(guān)于電的磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，通電的右側(cè)線圈產(chǎn)生了磁場，同時左側(cè)的線圈感應(yīng)到了磁場并產(chǎn)生電流，之所以只發(fā)生于通電和斷電的瞬間，是因為兩個瞬間產(chǎn)生磁力線擴(kuò)張和收縮造成的，左側(cè)線圈分別在兩個瞬間切割了磁力線，從而產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流又產(chǎn)生了磁場。
據(jù)此，法拉第又有了一個重大發(fā)現(xiàn)，在第三個實驗中，磁棒以一種特定的形式可以與線圈產(chǎn)生電流。請同學(xué)們將磁棒迅速的插入和拔出線圈，看看會發(fā)生什么呢？沒錯，電流計發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，至此法拉第實現(xiàn)了永磁體產(chǎn)生電流的設(shè)想，法拉第終于明白，只有在運(yùn)動和變化的過程中，磁鐵才能產(chǎn)生電流。于是法拉第通過第四實驗實現(xiàn)了他的設(shè)想?？偨Y(jié)起來，導(dǎo)體均勻地在磁場中切割磁力線會產(chǎn)生電流，這就是“電磁感應(yīng)”原理，發(fā)明了最早的直流發(fā)電機(jī)。
知道了電磁感應(yīng)定律，那再來看這件展品——發(fā)電機(jī)。請你搖一下轉(zhuǎn)輪，動力帶動轉(zhuǎn)子進(jìn)行切割磁力線，發(fā)現(xiàn)了什么？產(chǎn)生了電流。
1832年，法國人畢克西受啟發(fā)發(fā)明了世界第一臺手搖式直流發(fā)電機(jī)，之后的幾十年的時間里，發(fā)電機(jī)得到了不斷的改進(jìn)，性能優(yōu)良的發(fā)電機(jī)得到了應(yīng)用，這也標(biāo)志著人類開始進(jìn)入了電氣時代。
進(jìn)入20世紀(jì)以來，電能已經(jīng)充分滲透到了工業(yè)生產(chǎn)、社會生活的各個方面。電氣化也曾經(jīng)被看成是人類最理想化的生活形態(tài)。同時我們也要看到，科學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了不同時期，是通過不同科學(xué)家努利鉆研才完成的，這是一個不斷總結(jié)前人經(jīng)驗又不斷創(chuàng)新的過程。希望通過今天的輔導(dǎo)，大家不僅能學(xué)到科學(xué)知識，更要體會到科學(xué)史中體現(xiàn)的科學(xué)精神，發(fā)揚(yáng)科學(xué)家大膽假設(shè)、小心求證的科學(xué)方法，將來用你們的智慧服務(wù)社會、改變未來。
