追根求源尋自然 咬文嚼字學(xué)物理

張協(xié)成 王若智

高中物理教學(xué)，一直是中學(xué)學(xué)科教學(xué)中的難點(diǎn)。這其中的重要原因，是高中物理在知識(shí)結(jié)構(gòu)的全面性和完整性、思維特點(diǎn)的抽象性和邏輯性、解題要求的的推理性和發(fā)散性、實(shí)驗(yàn)分析的量化性和推論性等方面，與初中物理相比，在質(zhì)和量的方面，都有了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。但是，在高中物理教學(xué)，特別是高中物理定義、概念和規(guī)律的初始教學(xué)中，我們很多老師，只教學(xué)生物理知識(shí)是什么，不指導(dǎo)物理知識(shí)是怎么產(chǎn)生的；強(qiáng)調(diào)物理概念（和規(guī)律）的內(nèi)涵和外延，忽視物理概念產(chǎn)生（和規(guī)律發(fā)現(xiàn)）的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的背景，忽視物理概念產(chǎn)生的人文背景；重視物理習(xí)題的解題過(guò)程和技巧，而忽視物理認(rèn)識(shí)的前因后果，造成學(xué)生對(duì)高中物理的認(rèn)識(shí)和理解，“只知其然，卻不知其所以然”，甚至在很多學(xué)生意識(shí)中培植下“物理難，是物理學(xué)科的特點(diǎn)”的必然思想。

十余年來(lái)，我們?cè)诟咧形锢斫虒W(xué)中，試探著從物理知識(shí)產(chǎn)生、物理規(guī)律發(fā)現(xiàn)的源頭上追根求源，在物理定義的方法、物理概念的描述中咬文嚼字，有效地降低了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的畏難情緒。

現(xiàn)舉幾例論證說(shuō)明，以求廣大同仁指正。

1從漢字的源頭學(xué)物理

學(xué)習(xí)物理，較早遇到的一個(gè)概念當(dāng)屬“力”。初中物理對(duì)“力”的定義是：力是物體對(duì)物體的作用；高中物理對(duì)“力”的定義：力是物體間的相互作用。如果再深入一點(diǎn)，我們對(duì)力的描述通常用三句話：力是物體之間的相互作用；力能使物體產(chǎn)生加速度；力能使物體發(fā)生形變。

我們知道，定義是對(duì)于一種事物的本質(zhì)特征或一個(gè)概念的內(nèi)涵和外延所作的簡(jiǎn)要說(shuō)明。比如速度可以如下定義：運(yùn)動(dòng)物體的位移和產(chǎn)生此位移所用時(shí)間的比叫物體運(yùn)動(dòng)的速度?？梢钥闯鏊俣仁怯梦灰坪蜁r(shí)間兩個(gè)簡(jiǎn)單的概念來(lái)描述的。

若不假思索，“力”的定義好像很簡(jiǎn)單。但略一深究，問(wèn)題就暴漏出來(lái)了——什么才叫“物體之間的相互作用”？什么叫“作用”呢？比如，老師批評(píng)學(xué)生說(shuō)：“我已經(jīng)說(shuō)過(guò)你多少次了，怎么對(duì)你毫無(wú)作用？”這也是力嗎？當(dāng)然不是。

這就是說(shuō)，學(xué)生對(duì)“力”是什么，認(rèn)識(shí)其實(shí)是很含糊的。

在長(zhǎng)期的物理教學(xué)探索中，我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于有些物理初始概念的教學(xué)，若從漢字產(chǎn)生的源頭上尋找根由，可以實(shí)現(xiàn)物理初始概念教學(xué)的重大突破。

大概在進(jìn)入夏紀(jì)年之際，先民們?cè)趶V泛吸收、運(yùn)用早期符號(hào)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地發(fā)明了用來(lái)記錄語(yǔ)言的文字符號(hào)系統(tǒng)，在那個(gè)時(shí)代，漢字體系已經(jīng)成熟起來(lái)。

殷墟遺址發(fā)現(xiàn)的商代文字，在造字方式的結(jié)體特征之一，就是以勞動(dòng)創(chuàng)造物和勞動(dòng)對(duì)象為構(gòu)字的基礎(chǔ)。如“力”字，就是個(gè)象形字。

從上述字形我們不難看出，“力”字無(wú)論如何演變，都頗像農(nóng)具中的犁形或權(quán)形，上部為犁把或權(quán)把，下部為耕地的犁頭或鏟柴草的杈排，犁或權(quán)，有柄有尖，用以耕地或鏟柴草。

也就是說(shuō)，我們的先人很早就意識(shí)到，在用犁頭耕田、拿權(quán)把鏟柴草的過(guò)程中，就存在著“力”。這樣，“力”的概念——物體對(duì)物體施加作用的過(guò)程中，就建立起來(lái)了！

諸如此類，“光”、“熱”、“電”、“功”、“原子”等，人們通常“只可意會(huì)不可言傳”的概念，仿照這種教學(xué)思路，我們都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些原始的、抽象概念在初始認(rèn)識(shí)與理解的突破。

2“鐳射”原來(lái)是“激光”

上世紀(jì)80年代初，曾幾何時(shí)，在我國(guó)的大街小巷，各種電器商城、影院、迪廳，無(wú)不炫示著“鐳射音響”、“鐳射唱盤”的廣告招牌?！拌D射”，一時(shí)成為現(xiàn)代化、酷時(shí)尚的代名詞。

“鐳射”是什么？從字義上理解，很多人誤認(rèn)為它與放射性相關(guān)，因而對(duì)“鐳射音響”、“鐳射唱盤”畏懼不已

“鐳射”——Laser，中文港臺(tái)地區(qū)譯名“萊塞”，大陸地區(qū)譯名“鐳射”。它是英文light amplification by stimulated emission of radiation的首字母縮寫，意指受激輻射的光放大。名字雖然很具體，但太長(zhǎng)不好記。

1964年，錢學(xué)森致電長(zhǎng)春光機(jī)所《受激光發(fā)射情報(bào)》編輯部，建議將“受激輻射的光放大”改成了“激光”；同年，我國(guó)物理學(xué)界在上海開會(huì)，這一具有中國(guó)特點(diǎn)的科學(xué)名詞便被國(guó)內(nèi)學(xué)人正式采納?！妒芗す獍l(fā)射情報(bào)》也順勢(shì)更名為《激光情報(bào)》（后隨科技形勢(shì)的發(fā)展，多次更名，成現(xiàn)在的《激光與光電子學(xué)進(jìn)展》）。

現(xiàn)在，廣大中華學(xué)人對(duì)“激光”這一簡(jiǎn)約明快、直觀形象名詞，耳熟能詳。

目前，除了大陸地區(qū)，其他使用中文的地方仍然叫鐳射、萊塞。

噢，原來(lái)“鐳射”是“激光”！

在高中物理教學(xué)中，如果我們適時(shí)插入像“激光”名詞創(chuàng)生和變遷的花絮，就會(huì)讓學(xué)生感到物理概念也并不那么深?yuàn)W難測(cè)，物理規(guī)律并不那么什么無(wú)理無(wú)據(jù)。物理研究是富有情趣的，物理認(rèn)識(shí)也是富有詩(shī)意的。

在此基礎(chǔ)上，我們?cè)倥c學(xué)生一起認(rèn)識(shí)激光的產(chǎn)生，探究激光的原理，構(gòu)建激光器的結(jié)構(gòu)，拓展激光的應(yīng)用，就會(huì)像詩(shī)人身入深山幽谷，心生探幽攬勝之情，漸入教學(xué)佳境。這樣，我們的物理課堂教學(xué)，也會(huì)自然而然，順心隨意，有效高效。

3“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”就是“簡(jiǎn)單而和諧的運(yùn)動(dòng)”

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，顧名思義，就是“簡(jiǎn)單而和諧的運(yùn)動(dòng)”。簡(jiǎn)單，和諧，恰恰是物理美學(xué)的基本特征。

牛頓曾說(shuō)：自然界喜歡簡(jiǎn)單，不愛(ài)用多余的原因夸耀自己。愛(ài)因斯坦也把簡(jiǎn)約當(dāng)作鑒別科學(xué)理論的重要美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。他曾說(shuō)：要通過(guò)最少個(gè)數(shù)的原始概念和原始關(guān)系的使用來(lái)達(dá)到科學(xué)的目的。

物理學(xué)的簡(jiǎn)單性并不是指物理內(nèi)容本身簡(jiǎn)單，而是具有深刻的物理內(nèi)涵；物理量的關(guān)系及運(yùn)算給人簡(jiǎn)潔明快之感；一個(gè)理論的假設(shè)條件很少，而概括的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)或演譯出的推論卻很多。同時(shí)，一個(gè)具有簡(jiǎn)單美學(xué)屬性物理學(xué)理論，必然與數(shù)學(xué)結(jié)合得完美統(tǒng)一。也就是在說(shuō)，具有美學(xué)屬性的物理學(xué)規(guī)律，一定能用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式去表述，一定能用完美的圖像去描繪。

當(dāng)質(zhì)點(diǎn)作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，及其數(shù)學(xué)描述方式，必然具有以下幾方面的特點(diǎn)：

①質(zhì)點(diǎn)所受的力跟位移成正比，并且總是指向平衡位置，即F=-kx。

反過(guò)來(lái)，如果我們發(fā)現(xiàn)質(zhì)點(diǎn)受力與位移滿足F=-kx的關(guān)系，那么，我們就可以肯定地說(shuō)，這一運(yùn)動(dòng)，就一定是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

②它是一種由自身系統(tǒng)性質(zhì)決定的周期性運(yùn)動(dòng)，如單擺運(yùn)動(dòng)和彈簧振子運(yùn)動(dòng)。

周期運(yùn)動(dòng)一個(gè)突出特點(diǎn)就是對(duì)稱性。而對(duì)稱性是物理美的另一主要特征。

美和對(duì)稱緊緊相連。對(duì)稱，既有空間對(duì)稱又有時(shí)間對(duì)稱。因此，處理簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，周期性和對(duì)稱性，是我們考慮的首選的方法和觀點(diǎn)。

③簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象，一定是正（余）弦圖象。

反過(guò)來(lái)，如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖象（x-t圖象）是一條正（余）弦曲線，這樣的振動(dòng)一定是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

這樣，根據(jù)數(shù)學(xué)性質(zhì)，我們也可以把任何一個(gè)實(shí)際的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)設(shè)想為一個(gè)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的投影（因?yàn)樽鲃蛩賵A周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，其投影的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)），這個(gè)設(shè)想的圓周叫參考圓。如圖1所示，它以簡(jiǎn)諧振動(dòng)的平衡位置O為圓心，以簡(jiǎn)諧振動(dòng)的振幅A為半徑，以簡(jiǎn)諧振動(dòng)周期T為周期，它的角速度ω=2π/T。

同理，我們可以通過(guò)對(duì)參考圓的討論來(lái)推導(dǎo)出簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移、速度、加速度與時(shí)間的關(guān)系。

這樣，從物理美學(xué)的角度，確定簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的研究方法，探尋簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)各物理量間的關(guān)系，就使這一教學(xué)難點(diǎn)，變得自然而然、簡(jiǎn)單直接了。

4動(dòng)量、動(dòng)能的“同”與“不同”

動(dòng)量和動(dòng)能，都是度量物體運(yùn)動(dòng)大小的物理量。而且，它們對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行度量時(shí)，都用到物體的質(zhì)量（m）和運(yùn)動(dòng)的速度（v）這兩個(gè)物理量。

那么，為什么既要引入動(dòng)量，又要引入動(dòng)能呢？這是高中物理教學(xué)中，經(jīng)常被人們忽視，并且是困擾很多師生的一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)。在動(dòng)量和動(dòng)能這兩個(gè)概念的教學(xué)中，若只講動(dòng)量和動(dòng)能在公式表述形式上的區(qū)別，而不講它們?cè)谘芯繉?duì)象和物理本質(zhì)上的異同，其結(jié)果是學(xué)生只知其然，卻不知其所以然，雖然會(huì)解題了，但他們卻不知道為什么要這樣解題。

原來(lái)，在17～18世紀(jì)，由于“力”的概念還不能完全確定，對(duì)力的各種效應(yīng)以及與之相應(yīng)的各個(gè)物理量的意義和使用范圍也是不清楚的，因而引發(fā)了物理學(xué)史上著名的笛卡兒學(xué)派和萊布尼茨學(xué)派關(guān)于力的正確表示方法的一場(chǎng)曠日持久的爭(zhēng)論。

當(dāng)時(shí)，人們常把力同現(xiàn)在所說(shuō)的力矩、動(dòng)量、功、動(dòng)能等物理量相混淆，習(xí)慣于把外加的力稱為“運(yùn)動(dòng)的力”；把“物體的慣性”稱為“物質(zhì)固有的力”、“阻抗的力”。

笛卡兒學(xué)派認(rèn)為，所謂“運(yùn)動(dòng)的力”，就是指一個(gè)正在運(yùn)動(dòng)的物體所具有的使另一物體運(yùn)動(dòng)的能力，如推開物體或迫使它向前運(yùn)動(dòng)，或者運(yùn)動(dòng)物體克服障礙和阻力的能力。那么，這個(gè)力決定于哪些量呢？最初，伽利略就認(rèn)識(shí)到“推動(dòng)者或阻擋者的力（動(dòng)量）并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念，它是由兩個(gè)共同決定運(yùn)動(dòng)量度的觀念所決定。其一是質(zhì)量，其二是速度”；笛卡兒在研究碰撞的過(guò)程中，沿襲了伽利略的觀點(diǎn)，提出應(yīng)該把物體的質(zhì)量和速度的乘積作為“力”或物體“運(yùn)動(dòng)多少”的量度；1687年，牛頓在他的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中明確提出了動(dòng)量的定義，提出在物體的相互作用中，動(dòng)量這個(gè)物理量反映著物體運(yùn)動(dòng)變化的客觀效果。這樣，把動(dòng)量作為運(yùn)動(dòng)的量度，一度得到了科學(xué)界的普遍承認(rèn)。

萊布尼茨在他的論文中，對(duì)笛卡兒學(xué)派的這個(gè)量度方法提出了批評(píng)。他認(rèn)為：“力必須由它所產(chǎn)生的效果來(lái)衡量，例如用它能將一個(gè)重物舉起的高度來(lái)衡量……”，他由此得出，應(yīng)該用量值mv²來(lái)量度物體“運(yùn)動(dòng)的力”。

后來(lái)根據(jù)科里奧利的建議以1/2mv²代替mv²，這就是后來(lái)所說(shuō)的運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能。

萊布尼茨也看到了笛卡兒提出的運(yùn)動(dòng)的量度在某些情況下是適用的，因此在1696年萊布尼茨指出，“力”有兩種，一種是“死力”，另一種是“活力”?！八懒Α贝嬖谟谙鄬?duì)靜止的物體間，如吊繩的拉力、桌面的支撐力等。“死力”可用物體的質(zhì)量和該物體由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)所獲得的速度的乘積來(lái)量度，所以，動(dòng)量（mv）是“死力”的量度；1/2mv²就是物體的“活力”的量度，正是由于自身具有這種“活力”，物體才能運(yùn)動(dòng)而永不靜止。

萊布尼茨也看到，在有些情況下，如非完全彈性碰撞中“活力”會(huì)減少，但實(shí)際上“活力”并沒(méi)有損失，而只是被物體內(nèi)部的微小粒子吸收了，微粒的活力增加了。

19世紀(jì)中葉以后，自然科學(xué)家們?nèi)匀粵](méi)有從運(yùn)動(dòng)量度的這場(chǎng)爭(zhēng)論的混亂中完全擺脫出來(lái)。恩格斯根據(jù)自然科學(xué)的最新成就，尤其是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的發(fā)現(xiàn)，提示了兩種量度的本質(zhì)區(qū)別。

恩格斯指出，在不發(fā)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)“消失”而產(chǎn)生其他形式的運(yùn)動(dòng)的情況下（如簡(jiǎn)單機(jī)械在平衡條件下的運(yùn)動(dòng)傳遞，完全彈性碰撞的運(yùn)動(dòng)傳遞等），運(yùn)動(dòng)的傳遞和變化都可以用動(dòng)量mv去量度。就是說(shuō)，“mv表現(xiàn)為簡(jiǎn)單移動(dòng)的，從而是持續(xù)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的量度”；但當(dāng)發(fā)生了機(jī)械運(yùn)動(dòng)“消失”而其他形式的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，即機(jī)械能和其他形式的能（包括勢(shì)能、內(nèi)能、電磁能、化學(xué)能）相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程中、運(yùn)動(dòng)的傳遞和變化都應(yīng)以1/2mv²去量度。在這里，1/2mv²表現(xiàn)為已經(jīng)消失了的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的量度。

這樣，恩格斯便得出結(jié)論：機(jī)械運(yùn)動(dòng)確實(shí)有兩種量度，每一種量度適用于某個(gè)界限十分明確的范圍之內(nèi)的一系列現(xiàn)象。一句話，動(dòng)量（mv）是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)量度的機(jī)械運(yùn)動(dòng)；動(dòng)能（1/2mv²）是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為定量的其他形式的運(yùn)動(dòng)的能力來(lái)量度的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

5法拉第電磁感應(yīng)定律發(fā)現(xiàn)的偶然和必然

關(guān)于法拉第電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)，我們不少的教科書，幾乎都會(huì)繪聲繪色地這樣介紹：1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)后，根據(jù)電和磁的對(duì)稱性，有許多物理學(xué)家便試圖尋找它的逆效應(yīng)，提出了磁能否產(chǎn)生電的問(wèn)題。

英國(guó)科學(xué)家法拉第是“磁電對(duì)稱”思想的積極支持者，法拉第堅(jiān)信，很強(qiáng)的磁場(chǎng)，一定可能會(huì)在鄰近的閉合電路感應(yīng)出電流。在這種信念的支持下，他進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)10年的艱苦探索。他做了多次嘗試，經(jīng)歷了一次次失敗，1831年他終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

很多勵(lì)志書，也多把法拉第的這種“在堅(jiān)定信念支持的堅(jiān)守”，總結(jié)為“機(jī)會(huì)和成功總屬于有準(zhǔn)備的人”。

但是，法拉第究竟怎樣終于成功的，并沒(méi)有真正揭示出來(lái)。學(xué)生對(duì)于法拉第為什么會(huì)成功，像夢(mèng)幻一般，認(rèn)識(shí)朦朧，不知究竟是偶然還是必然。給物理發(fā)現(xiàn)增添了一種神秘感，使學(xué)生學(xué)習(xí)物理添加了一種困難。

其實(shí)，在1820年到1931年的十年間，法國(guó)著名物理學(xué)家安培、菲涅耳、阿拉果，瑞士年輕科學(xué)家沃拉斯頓等，都投身于磁生電的研究中去。他們用各種方法產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，希望發(fā)現(xiàn)磁生電的途徑，但都無(wú)功而返。究其原因，都是由于思想方法上的局限性，受思維定勢(shì)的影響。他們認(rèn)為，奧斯特的磁效應(yīng)是一種穩(wěn)定效應(yīng)，因此在研究磁生電時(shí)，也都是從穩(wěn)定條件出發(fā)，而沒(méi)有考慮到這是一種動(dòng)態(tài)效果。

1820年，阿拉果得悉奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)后，親自訪問(wèn)了日內(nèi)瓦的實(shí)驗(yàn)室，驗(yàn)證奧斯特實(shí)驗(yàn)結(jié)果；又在巴黎重復(fù)此實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)軟鐵的瞬時(shí)磁化；1822年，他和洪堡測(cè)量格林威治附近小山的磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，注意到磁針附近的金屬物對(duì)磁針的振動(dòng)有阻尼作用，他考慮是否存在逆效應(yīng)，即旋轉(zhuǎn)的銅盤能帶動(dòng)附近的磁針轉(zhuǎn)動(dòng)，但磁針的旋轉(zhuǎn)與銅盤不同步，稍滯后。

電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)是最早發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但當(dāng)年阿拉果并沒(méi)有認(rèn)識(shí)到。

同年，安培為了驗(yàn)證他的分子電流假說(shuō)，安培又設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，a是一個(gè)固定在支架上的線圈，由很多匝導(dǎo)線繞成并與電池連接；b是一個(gè)由很細(xì)的銅條彎成的銅環(huán)，并用一根穿過(guò)線圈的細(xì)線L把銅環(huán)懸掛在O點(diǎn)，銅環(huán)正好在線圈b中且使兩者同心。將一個(gè)強(qiáng)磁體放在銅環(huán)附近。在未接通電流時(shí)，銅環(huán)與線圈之間沒(méi)有相互作用，當(dāng)線圈中通以電流時(shí)，發(fā)現(xiàn)銅環(huán)發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。安培認(rèn)為，在電流通過(guò)線圈時(shí)，在銅環(huán)中感應(yīng)出了分子電流，銅環(huán)被磁化了，銅環(huán)的偏轉(zhuǎn)是由于強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)磁化了的銅環(huán)作用的結(jié)果，他竟沒(méi)有發(fā)現(xiàn)環(huán)中出現(xiàn)了電流，更未意識(shí)到這一電流就是感應(yīng)電流。

1823年，瑞士物理學(xué)家科拉頓曾企圖用磁鐵在線圈中運(yùn)動(dòng)獲得電流。他把一個(gè)線圈與電流計(jì)連成一個(gè)閉合回路。為了使磁鐵不至于影響電流計(jì)中的小磁針，特意將電流計(jì)用長(zhǎng)導(dǎo)線連后放在隔壁的房間里，他用磁棒在線圈中插入或拔出，然后一次又一次地跑到另一房間里去觀察電流計(jì)是否偏轉(zhuǎn)。由于感應(yīng)電流的產(chǎn)生與存在是瞬時(shí)的暫態(tài)效應(yīng)，他當(dāng)然觀察不到指針的偏轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的機(jī)會(huì)也失之交臂。

那么，究竟是什么因素引導(dǎo)法拉第邁進(jìn)電磁感應(yīng)發(fā)現(xiàn)的大門？

原來(lái)，就在1822年，阿拉戈和呂薩克發(fā)現(xiàn)當(dāng)有電流通過(guò)其中有鐵塊的繞線時(shí)，它就能使繞線中的鐵塊磁化。這就是電磁鐵的雛形；1823年，英國(guó)人斯特金將一根并非是磁鐵棒的U型鐵棒繞了18圈銅導(dǎo)線，將線接通伏打電池后，U型鐵棒就變成了一塊更強(qiáng)“電磁鐵”。它能吸起比自身要重20倍的鐵塊，而當(dāng)電源切斷后，U型鐵棒就完全沒(méi)有了磁性，回歸為普通的鐵棒；1829年，美國(guó)電學(xué)家亨利對(duì)電磁鐵裝置進(jìn)行了一些改革，他用絕緣導(dǎo)線代替裸銅導(dǎo)線。導(dǎo)線有了絕緣層，它們就能一圈圈地緊緊地繞在一起，因?yàn)榫€圈越密集，產(chǎn)生的磁場(chǎng)就越強(qiáng)，這種方法就大大提高了電磁鐵的效能。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁鐵在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用價(jià)值，愈來(lái)愈得到人們的重視。

苦苦尋找電磁感應(yīng)途徑的法拉第，于1825年左右，也轉(zhuǎn)向投身于電磁鐵的研究和應(yīng)用。

法拉第想，既然U形電磁鐵的磁性比條形電磁鐵的磁性強(qiáng)得多，那么，環(huán)形電磁鐵的磁場(chǎng)是否應(yīng)該比u形磁鐵的磁場(chǎng)更強(qiáng)呢？

正是“有心插花化不開，無(wú)心栽柳柳成蔭”，1831年8月，法拉第的實(shí)驗(yàn)終于得到了突破性進(jìn)展。環(huán)電磁鐵失去了外線的磁性，但是，卻發(fā)現(xiàn)了感應(yīng)電流！

法拉第的實(shí)驗(yàn)大致是這樣設(shè)計(jì)的：

在一個(gè)鐵環(huán)上繞有A、B兩組線圈，如圖3所示，B線圈抽頭接成閉合回路，A線圈兩端接于電池組。在一次實(shí)驗(yàn)時(shí)他突然想到，每次將電池接通后才去看指針是否偏轉(zhuǎn)，會(huì)不會(huì)是把電流表放得太遠(yuǎn)了。法拉第抱著試一試的心情把電流表放在眼前，結(jié)果當(dāng)電源接通時(shí)，電流表指針立即發(fā)生明顯的擺動(dòng)，而切斷電流時(shí)指針向方向相反擺動(dòng)，這表明線圈B中出現(xiàn)了感應(yīng)電流，這就是著名的法拉第圓環(huán)實(shí)驗(yàn)。

這一實(shí)驗(yàn)使法拉第豁然開朗：由于磁感應(yīng)電的現(xiàn)象是一種暫態(tài)效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)了這一秘密后，他設(shè)計(jì)了另外一些實(shí)驗(yàn)，并證實(shí)了自己的想法。就這樣經(jīng)過(guò)近10年的思考與探索，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，找到了電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件。1831年11月24日，法拉第向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)報(bào)告了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的情況，并把這種現(xiàn)象正式定名為“電磁感應(yīng)”。

這樣，潛心發(fā)掘物理學(xué)史素材，精心鏈接物理發(fā)現(xiàn)的史實(shí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理發(fā)現(xiàn)既具有偶然性，又具有必然性，從而破解了物理發(fā)現(xiàn)的神秘莫測(cè)感。顯然，這對(duì)降低物理教學(xué)難度，是一貼良方。

實(shí)踐證明，在高中物理教學(xué)，特別是初始概念和規(guī)律教學(xué)中，追根求源，咬文嚼字，對(duì)增強(qiáng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣，降低物理教學(xué)難度，是有一定的裨益的。