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是谁发现了电磁感应定律


Vo 1 . 41   N0 . 1 1   NO V . 2 01 2  

中   : } b 量  

参考  

史海 抬贝  

李 晓 龙 

( 陕西 师范大 学 附 中学   西 安  7 1 0 0 6 1 )   文 章编 号 : 1 0 0 2 — 2 1 8 X( 2 0 1 2 ) l 1 — 0 0 0 4 — 0 2   中图分 类号 : G6 3 2 . 0   文 献标识 码 : B  





问 题 的 提 出 

伯( Wi l h e l m  e d u a r d   We b e r , 1 8 0 4 —1 8 9 1 ) 对 电 磁 感 应 
的贡献 .  

笔 者 在 上 中学 及 大 学 时 , 所 使 用 的 教 科 书 中 都 写  道 , 是 法拉 第发 现 了 电磁 感 应 定 律. 笔 者 在 近 三 十 多  年 的中学 物理 教 学 中 , 所 使 用 的 教科 书 也 介 绍 道 , 是  法 拉 第发 现 了电磁感 应 定律 . 而 普 通 高 中 课 程 标 准 实 
验教 科 书选修 3 — 2 ( 人 教 版 2 0 1 0 年 4 月 第 3版 ) 第 

二、 历 史 的 回 顾 
1 . 法拉 第 对 电磁 感 应 的 贡 献 

1 8 2 0年 , 丹麦物 理学 家奥斯特 ( H. C. Oe r s t e d ,   1 7 7 7 —1 8 5 1 ) 发 现 了电流 的磁效 应 , 电磁热 席 卷欧 洲 ,   人 们 自然 会 思 考 : 既 然 电流能够 产 生磁 场 , 反 过来 , 磁  场 是 不 是 能 产 生 电 流 呢 ? 不 少 物 理 学 家 都 开 始 尝 试  怎样 用磁 体使 导 线 中产生 电 流. 在 相 当 长 的时 间 里 ,   并 没 有 得 到 预 期 的结 果 .  
1 8 2 1年 , 英 国《 哲学 学报 》 ( An n a l   o f   P h i l 0 s o p h y )  

1 5页 写 道 : “ 纽曼 ( F. E. Ne u ma n n, 1 7 9 8 —1 8 9 5 ) 、 韦 伯  ( W. E. We b e r , 1 8 0 4 —1 8 9 1 ) 在 对 理 论 和 实 验 资 料 进  行严 格 分 析 后 , 于 1 8 4 5年 和 1 8 4 6年 先 后 指 出 ; 闭 合  电 路 中感 应 电 动 势 的 大 小 , 跟 穿 过 这 一 电 路 的 磁 通 量  的变 化率 成正 比 , 后 人称 之 为法 拉第 电磁 感应 定 律. ”   这就 是说 , 笔 者在 上 中学 、 大 学 及 中 学 物 理 教 学 中 所 

杂志 编辑 约法拉 第写 一篇 关于 电磁 问题 的述评 , 这 件  事导 致法 拉第 开始 了 电磁学 的研究 .   法 拉 第 当 时 正 在 英 国 皇 家 研 究 所 做 化 学 研 究 工  作. 他 原来 是 文 具 店 学 徒 工 , 从小 热爱科学 , 奋发 自  
学. 由 于化 学 家 戴 维 ( H. Da v y, 1 7 7 8 — 1 8 2 9 ) 的帮 助 ,  

使 用 的教 科 书 中 对 电 磁 感 应 定 律 的 发 现 者 都 讲 “ 错 ”  
了. 那么 。 到 底 是 谁 发 现 了 电 磁 感 应 定 律 ? 要 回 答 清  楚这 个 问题 , 须弄 清法 拉第 ( Mi c h a e l   Fa r a d a y , 1 7 9 1 — 
1 8 67 )、 楞 次 ( He i nr i c h   Fr i e dr i c h  Er ai l   Le n z,1 8O 4  

1 8 6 5 ) 、 纽 曼 ( J o h n   He n r y   Ne wm a n, 1 8 0 1 — 1 8 9 0) 、 韦 

进 入 英 国 皇 家 研 究 所 的 实 验 室 当 了戴 维 的 助 手 , l 8 2 1  
l   r  f 一0 . 7 2, 说 明 U 与 J线 性 相 关 程 度 比 较 强 .  

将 其 线 性 回 归 方 程 u= = = 6 I +n与 闭 合 电 路 欧 姆 定 
律表 达式 己 , 一 E— f r进 行 比 较 , 于 是 就 得 到 电 池 的 电 

动 势 E — n, 内阻 r 一一b . 下 面 就 来 求 n和 b的 值 .  
  了 一1   2I


6 一 三  = ——— _

∑( I   一了 ) ( 己 ,   一  )  
(f , 一 了) z  


= -  
… …  

一一 0 65 


:  

兰 ±Q :   ± : 兰  ± :   ± :   ±Q : 曼  
6   0.34  

口 一

U — b了: = = 1 . 2 1- t -0 . 6 5× 0. 34 ≈ 1 . 4 3  

所 以 求 得 
E ≈ 1. 43  V , , . ≈ 0.65  Q  



 

O 

综观 以上 三 种 方 法 , 我 们 不难 看 出 , 第 一 种 方 法 
U 一 

比较 简 单 , 但 数 据选 择 的随 意 性 比较 大 ; 第 二 种 方法 

兰   ±  : 兰   ± : 兰 Q ±  :  Q ± :  
6  

比较 直 观 , 但 描 点 和 画线 的偶 然 误 差也 不 可小 视 ; 第  三 种 方 法 比较 严 谨 , 有 数 学 理 论 的 支撑 , 但 运 算 过 程  比较 繁 杂 . 上 述处 理 实 验 数 据 的 三 种方 法各 有 利 弊 .   如 果 说 第 三 种 方 法 比较 可 靠 , 数 据 处 理 的 误 差 比 较 小  的话 , 那 么就 本 文 中 的这 一 组 实 验 数据 而 言 , 第 二 种  方 法 作 图 处 理 数 据 的 误 差 未 必 就 比 第 一 种 方 法 取 两  组数 据列 方程 求解 的误 差小. 因此 , 平 时说 惯 了“ 用 第 

二种 方法 作 图处 理 数 据误 差 比较 小 ” , 是 不 是 要 重 新 

≈ _ ≈  _ 

≈~ 0 . ‘   7 2  

审 视 ?1  

司  
E — ma i l : p h y c f e 2 1 @s i n a   c o n r  

史 海 拾 贝 
年受 聘为英 国皇家研 究所 实验 室主任 .  

中   ’ : } b 圣   裁  参考  
象仍然 发生, 只 是 线 圈 
中的 电流弱些 .  

第4 1 卷 第1 1 期  2 0 1 2  l 1 . , E J  

法拉 第 一 贯 追 求 科 学 真 理 的 结 果 , 他 和 奥 斯 特 一  样 , 笃 信 自然 力 的 统 一 , 早 就 在 寻找 “ 磁生 电” 的 迹 象 了.   从 1 8 2 4年 到 1 8 2 8年 , 法 拉 第 多 次 进 行 电 磁 学 实 
验 . 他仔 细分 析 电流 的 磁 效应 , 认 为 电 流 与 磁 的 相 互  作用 除 了电流x l , 磁 、 磁对磁 、 电流对 电流 , 还 应 有 磁 对  电流 的作用 . 他想 , 既 然 电 荷 可 以 感 应 周 围 的 导 体 使 

法 拉 第 是 怎 样 分 析  他 的实 验 呢 ? 思 路 大 致 
如 下 :  

第一, 线 圈 B 除 了 
处 在 通 电 线 圈 A 的 磁 
图 2  

之带电, 磁铁 可 以感 应 铁 质 物 体 使 之磁 化 , 为 什 么 电 
流 不 可 以 在 周 围 导 体 中 感 应 出 电 流 呢 ? 于 是 他 做 了 


场中, 同 A没有 别 的联 系 , 所 以 B的感 应 电流 只能 由  
A 的磁 场 引 起 ;  

系 列实验 , 想 寻 找 导 体 中 的 感 应 电流 , 其 中有 :  
线 圈 接 电 池通 电 , 一 根 导 线 置 于线 圈近 旁 , 导 线 

第二 , 线 圈 A 中电流 稳定 因而 周 围磁 场 稳 定 时 ,  
线 圈 B 中没有感 应 电流 , 表 明 稳 定 的 磁 场 不 引 起 感 应  电流 ; 只有 当线 圈 A 通 电或 断 电 , 它 的 电 流 变 化 引 起 

两 端 接 电 流 计 构 成 回路 . 结 果 在 电 流 计 中 未 发 现 感 应 
电流 .  

周 围磁场 变' f - E时 , 线 圈 B 中才 有 感 应 电 流 , 这 表 明 变 
化 的磁场 才能 引起感 应 电流 ;  

令导 线 穿 过载 流 线 圈 而过 , 再 接 上 电流计 , 也 未  发现感 应 电流.   再将导 线绕 成线 圈置 于载 流线 圈 内 , 仍 未 发 现 感 
应 电流.  

第三 , 磁 场 可 以 由磁 感 线 形 象 地 表 示 , 线 圈 B 所  在 处 的磁 场 发 生 变 化 时 , 穿 过 线 圈 B 的 磁 通 量 发 生 变  化 , 所 以 感 应 电 流 的 产 生 条 件 可 以 归 结 为 穿 过 线 圈 的 
磁 通量 发生 变- r E.  

尽管 “ 磁转 化为 电” 的迹象 还 未找 到 , 法 拉 第 的 信 
念 始终 没有 动摇. 他 在 实 验 日记 里 多 次 记 录 了 不 成 功 
的尝试 , 顽强 的意 志跃 于纸上 .   经 过 十年坚 持不懈 地努 力 , 1 8 3 1年 8月 2 9 日, 法 


接着, 法 拉第 又做 了一 个实验 . 他 取来 一根 铁棒 ,   在铁棒 上绕 以线 圈 , 再  和 电流 计相 接 . 铁 棒 两 
端各放 一根 磁 棒 , 如 图 一 

t 2第 , 终 于取得 突破 性进 展.  

3所 示 . 当 磁 棒 张 合 之 
际 , 电 流  的 指 针 也 不  断摆 动.  


这 次他是 用一 个软 铁 圆环 , 环 上 绕 两 个 互 相 绝 缘  的线 圈 A 和 1 3 , 如 图 1   所 示 . 法 拉 第 在 日 记 中 
写道 :  

图3  

个月后 , 法 拉 第 对 各项 实验 作 了 总结 , 向 英 国 

皇 家学会 报 告 说 : 产 生 感 应 电 流 的 情 况 可 以 分 为 五 
类 : 一是 变化 中的 电流 , 二 是变 化 中 的磁场 , 三 是 运 动  的恒 定 电 流 , 四是运 动 中的磁铁 , 五是运 动 中的导线 .   法 拉第 由于其 数学 汁算 能力 的 薄弱 , 只 是定 性地  用 文 字 表 述 了 电磁 感 应 现 象 , 从 未 得 出 E。 C  
U £  

“ 使 一 个 有 l 0   x , j   檄板 , 每 板 面 积 为 4 7- '  方英 寸 的 电池 充 电. 用 


根 铜 导 线 将 一 个 线 


或 更确 切 地 说 把 B  

. 原 

图 1  

边 的 线 圈 的  个 端  

很简 单 , 当 时 

用 实验难 以直 接测量 .  

连接 , 让铜线通 过

一 个距离, 恰 好 经 过 一 根 磁 针 的 上 
2 . 楞 次 对 电磁 感 应 的 贡 献 

方 ( 距 铁 环 3英 尺 远 ) . 然 后 把 电 池 连 接 在 A 边 线 圈 的 

两端 ; 这时立 即观察到 磁针 的效 应 , 它振 荡起 来 , 最 后  又停在 原先 的位 置 上 , 一 旦 断 开 A边 与 电池 的 连接 ,  
磁 针再 次被 扰动 . ”  

1 8 3 2年 , 当俄 国 物 理 学 家 楞 次 知 道 了 法 拉 第 研 
究“ 磁 生 电” 取 得 了成 功 , 很 受鼓 舞 , 也 开 始 进 行 一 系  列 电磁 实验. 1 8 3 3年 , 楞次 在 俄 罗斯 圣 彼 得 堡 ̄ c , l - 学 院  读 了他 的 题 为 《 关 于 用 电 动 力 学 方 法 决 定 感 应 电 流  方 向 》 的论文 , 指 出感 应 电 流 的 方 向 是 这 样 确 定 的 : 它  所 产 生 的 磁 场 方 向 与 引 起 感 直 的 原 磁 场 的 变 化 方 向 

法拉第继续试验 , 注 意 到 如 果 维 持 处 于 通 电 状 

态 , 磁 针 毫无反 应. 法 拉第 这才 猛醒 , 原 来 这 类 感 应 现 
象有 特殊 性 , 是 和 瞬 间 变 化 的 过程 联 系在 一 起 的. 具  体地 说 , 这个 实验 的过 程 大致 如下 : 法 拉 第 把 丽 个 线 
圈 绕 在 一 个 铁 环  , 线 圈 A 接 直流 电源 , 线 圈 B 接 电  流 表 , 如 图 2所 示 . 法拉第 发现 , 当 线 圈 A 的 电 路 接 通 

相 反. 这对 充实 、 完善 电磁感应 规 律 是一 大 贡献. 后 被 
称 为楞次定 律. 这 一定 律 表 明 , 电 磁 感 应 现 象 也 是 遵  从能 量守恒 定律 的.  
3.纽 曼 对 电 磁 感 应 的 贡 献  

或 断开 的瞬 间 , 线 圈 B 中产 生 瞬 时 电 流 , 他 发现 , 铁 环  并 不是 必须 的. 拿 走铁环 , 再 做这 个 实验 , 电 磁 感 应 现 

1 8 4 5年 , 德 国物理 学 家纽 曼 从 楞 次定 律 。 即 在 磁 

E — ma i l : p h y c f e 2 1 @】 6 3   C O n r  

V O1 . 4l   N O. 11   N OV . 201 2  

中  

参 考  

史 海 抬 贝 

场 中 移 动 一 个 导 体 环 路 要 克 服 磁 力 做 功 这 个 事 实 出 

非 常 重 视 知 识 产 生 过 程 的描 述 , 因 为 他 们 深 知 这 样 的 

发 , 认 为 如 果 要 把 一 个 导 体 环 路 从 无 限 远 移 到 磁 场 中  某一 位置 , 就 必 须 做 出一 定 的 功 , 他 把 这个 功称 为 势 .  
感 应 电 流 仅 仅 取 决 于 由 于 运 动 引 起 的 这 个 势 函 数 的 

描述是 必 不可少 的 , 即使牺 牲 一些 时间也是 值得 的.   物 理 科 学 方 法 是 指 人 们 在 学 习 或 研 究 物 理 问 题 

的过 程 中发现 问题 、 提 出假 说 、 搜集 事 实 、 做 出 解 释 论 
证 等 所 遵 循 的途 径 和 使 用 的 手 段 , 实 际 上 是 思 维 的 方  法 和程序 . 物理 学 方 法 与 物 理学 的研 究 相 伴 而 生 , 物 
理 学 的 发 展 也 就 是 物 理 学 方 法 的 发 展 .因 此 , 物 理 学 

变化 . 并 在此 基础 上 , 在 对 理 论 和 实 验 资 料 进 行 严 格 
分析 后 , 以定 律 的形 式 提 出 电磁 感 应 的定 量 表 达 式 ,  

即感 应 电 动 势 为 

E—  l  
J  

d l  

发展 史也 就是 物理 学方法 的演 化史 . 在 物 理 学 史 教 学 

中, 让 学生 遵循 前 人 科 学 发 现 和发 明 的思 路 来 学 习 ,   学会 科学 研究 的 方法 . 具 体 地讲 , 就 是 善 于 把 学 生 推  到若 干年 前 , 让 他 们 从 当 时 的科 学 背 景 出 发 去 重 温 科  学 家们在 什 么问题 上 、 什 么环 节 、 什么 情 况下 、 用 什 么  方 法 和 思 路 做 出 了 科 学 发 明 和 发 现 ? 把 这 些 关 键 的 
步 骤 联 系 起 来 有 助 于 学 生 掌 握 物 理 学 家 们 在 发 现 问 

其 中 A 是 纽 曼 最 先 提 出 的 矢 势 函数 , 这 里 A — 

J I   - r /  ̄ -   d 1 .  
4 .韦 伯 对 电 磁 感 应 的 贡 献  l 8 4 6年 , 德 国 的 另 一 位 物 理 学 家 韦 伯 继 纽 曼 的  电磁感 应定 律 之后 发展 了 安 培 ( An d r e —Ma r i e   Am—   p e r e ,1 7 7 5 —1 8 3 6 ) 的理论 , 他 采 纳 了 一 年 前 德 国 物 理  学 家 费 希 纳 ( G. T. Fe e h n e r , 1 8 0 1 — 1 8 8 7 ) 提 出 的 假  说 , 把 电 流 看 成 是 由 沿 相 反 方 向 以 相 同 速 度 运 动 的 同 

题 、 研究 问题 、 分析问题、 解决问题、 探 索 真 理 过 程 中 
运 用 的科 学 思 维 方 法 .   尽 管 我 国 新 一 轮 基 础 教 育 课 程 改 革 后 的 新 教 科 

样 数量 的正 负 电荷 组 成 , 在安 培定 律 的基 础 上 , 提 出 


书从 形式 到 内容都 开始 重视 物理 学史 内容 的介绍 , 但  是 在具体 的课 堂教 学 中 , 我 们 对 于 物 理 学 史 内 容 的 重  视 程度是 不 够 的. 因此 , 我 们 需 要 研 究 如 何 充 分 利 用  现行 物理 教科 书 中的物 理学 史素 材 , 将 其 融 入 课 堂 教  学 , 从 知识 与技 能 、 过程 与方 法 、 情 感 态 度 与 价 值 观 这 
三 个方 面推 动学 生的持 续发 展.  

种假 说 , 即认 为 导 线 中的 电 流是 由 正 、 负 电 粒 子 在 

两 个方 向上 的运 动构 成 的 , 并 在 牛 顿 引 力 公 式 基 础 上 

建 立 了 韦 伯 电作 用 公 式 , 韦 伯 认 为 他 的 电 动 力 学 可 以 
推 导 出 安 培 电动 力 学 推 导 不 出 的 电 磁 感 应 规 律 , 在 对 

理 论 和实 验资 料进 行 严 格 分 析 后 , 进一步推导, 可 以 
引 出安 培 定 律 和 纽 曼 电磁 感 应 公 式 . 在 此 基 础 上 总 结 

物 理 学 史对 提 高 学 生 科 学素 养 、 培 养 创 造 素质 、   沟 通科 学 与 人 文 、 培 养 学 生 的 思 想 品 德 都 有 重 要 作  用. 物 理 学 史 集 中 体 现 了人 类 探 索 和 逐 步 认 识 物 理 世 
界 的现 象 、 特 性 、 规 律 和本质 的历 程 , 蕴 涵 着 丰 富 的 认 

出 电磁 感 应 的定 量 表 达 式 , 即 感 应 电 动 势 为 
E— 一  

西  = = =I   l   B ?d s是 通 过 以 闭合 回 路 为 边 界 的 任 意 
曲面 的磁通 量 , 感 应 电 动 势 表 达 式 中 的 负 号 可 用 以 确 

识 论和 方法 论 因素. 物 理 学 史 和 中 学 物 理 教 学 结 合 成 
为 当 前 物 理 教 学 改 革 的 中心 议 题 之 一 . 深 入 研 究 这 一 

课题, 对 构建 面 向世 界 、 面 向 未 来 的 我 国 物 理 教 育 体 
系 , 促 进 教 学 内 容 和 课 程 体 系 的 改 革 具 有 重 要 的 现 实 
意 义.   参 考 文 献 

定 闭 合 回路 中感 应 电 流 的 方 向 .  
三 、 结 论 

虽 然 电磁感 应定 律并 非是 法拉 第 亲 自给 出的 , 但 
由于他 对 电磁 感 应现 象 丰 富 的 、 开创 性 的研 究 , 将 这 


[ 1 ]   赵凯 华, 陈 熙谋. 电磁 学 [ M2 . 北京: 人 民教 育 出版社 ,  
1 97 8. 7 .  

发 现 的荣誉 归于 他 的名下 , 他是 当之 无愧 的.  
综 上 所述 , 纽 曼 、 韦伯 发现 了电磁感 应 定律 , 荣 誉 

[ 2 ]   广仲彻. 物 理 学 史[ M] .北 京 : 求 实 出版 社 , 1 9 8 P   5 .   [ 3 ]   弗? 广约 里著. 物理 学 史[ M] . 戴念社 译. 北 京: 人民大  
学 出版 社 , 2 0 1 0 . 4 .  

归于法 拉 第 , 所 以称 之 为 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 .  
四 、 对 中 学 物 理 教 学 的 启 示 

在 以 往 的物 理 教 学 中 , 受 应试 教育 的影 响 , 过 于 注  重知识本身 的系统 传 授 , 而 忽 视 了 物 理 科 学 自 身 的 科 

[ 4 ]   郭奕玲 , 沈 慧君 . 物理学史[ M] . 北京 :清 华 大 学 出 版社 ,  
2 01 1. 1 .  

学 方法论. 当 前 我 国 基 础 物 理 教 学 中存 在 着 只 教 知 识 
结论 , 不教知 识 产生 过 程 ; 只教 科 学家 的研 究结 果 , 不  讲科 学家为 何 能做 出这样 的 结果 . 这 其 中 就 有 很 多 的 
科学 精神与科学 方 法 的东 西 被 “ 简化 ” 掉 了. 或 许 有 人 

[ 5 ]   仲扣 庄. 物 理 学史教 程 [ M] . 南 京: 南 京 师 范 大 学 出 版 
社 , 2 0 1 2 . 5 .  

[ 6 ]   张文杰 , 曹 阳. 大学物理教程 [ M] .北 京 : 中 国 农 业 大 学 
出版 社 , 2 0 0 9 . 1 2 .  

会说 , 这 样 的教学 效 率更 高 , 如 果 什 么都讲 , 我 们 的 教 
学 任 务 如 何 完 成 ? 其 实 国 外 的 中 学 物 理 教 学 一 直 都 

[ 7 ] 袁玉珍 , 武步 宇, 陈钦生. 大学 物 理 [ M] .北 京 : 科 学 出版 
社 , 2 0 1 1 . 1 .  

@ 
E - ma i l : p h y c f e 2 1 @s i n a   c o m  


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