電磁知識與科學(xué)史的結(jié)合例題及參考答案
電磁知識與科學(xué)史的結(jié)合例題及參考答案
在物理教學(xué)中樹立歷史的觀點(diǎn)，滲透科學(xué)思想與方法教育，是中外物理學(xué)家及物理教育工作者一直關(guān)注的話題。在科學(xué)史上，許多物理學(xué)家孜孜不倦的求真精神和事跡能教育培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，幫助樹立為追求真理而踏實(shí)學(xué)習(xí)的良好學(xué)風(fēng)，他們的研究方法，也就是我們今天今天學(xué)習(xí)物理的有效方法。許多省市的中考試題加強(qiáng)了與物理學(xué)史的結(jié)合，現(xiàn)賞析幾例。
例1．科學(xué)研究經(jīng)常需要猜想與假設(shè)。合理的猜想與假設(shè)不是主觀臆測，它總伴隨著理性的分析和科學(xué)的思考，并有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。
19世紀(jì)20年代，以塞貝克為代表的科學(xué)家已經(jīng)認(rèn)識到：溫度差會引起電流。安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽照射后地球正面與背面的溫度差，于是提出如下假沒：地球磁場是由繞地球的環(huán)形電流引起的。若規(guī)定地磁場N極與S極在地球表面的連線稱為“磁子午線”(如圖1所示)，則安培假設(shè)中的電流方向應(yīng)該是。
A．由西向東垂直磁子午線
B．由東向西垂直磁子午線
C．由南向北沿磁子午線
D．由北向南沿磁子午線
點(diǎn)撥：地球周圍為什么存在磁場？雖然直到今天也沒有搞清楚，但科學(xué)家們一直沒有停止過探索和思考。其中猜想與假設(shè)是科學(xué)研究經(jīng)常用到的方法，試題選取了科學(xué)家們研究地球磁場的一種猜想，讓學(xué)生受到科學(xué)研究方法的熏陶。解決問題只需利用右手螺旋定則即可。
答案：B
例2．1820年，安培在科學(xué)院的例會上做了一個小實(shí)驗(yàn)，引起與會科學(xué)家的極大興趣。如圖2所示，把螺線管沿東西方向水平懸掛起來，然后給導(dǎo)線通電，看到的現(xiàn)象是：通電螺線管
A．轉(zhuǎn)動后停在任意位置
B．轉(zhuǎn)動后停在南北方向上
C．不停地轉(zhuǎn)動下去
D．仍保持在原來位置上
點(diǎn)撥：1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，怎樣讓這個發(fā)現(xiàn)很快讓更多的科學(xué)家了解呢？當(dāng)時德高望重的科學(xué)家安培就做了這個“演示實(shí)驗(yàn)”，使大家一下子就認(rèn)識到了電流能夠產(chǎn)生磁場。題目選取了科學(xué)史上這一重要時刻，讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)要想讓更多的人去接受，也必須“推銷”，推銷也要講究方法。解決問題時，需要具備以下知識：通電螺線管能產(chǎn)生磁場，磁場方向可以用右手螺旋定則確定，容易確定圖中B為N極，A為S極。這樣圖中的螺線管就相當(dāng)于一個指南針，受地磁場作用，靜止時其A端指南，B端指北。正確
答案：B。
例3．法國科學(xué)家阿爾貝·費(fèi)爾和德國科學(xué)家彼得·格林貝格爾由于發(fā)現(xiàn)了巨磁(GMR)效應(yīng)，榮獲了2007年諾貝爾物理學(xué)獎。如圖3是研究巨磁電阻特性的原理示意圖。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)閉合S1、S2后使滑片P向左滑動過程中，指示燈明顯變亮，則下列說法正確的是
A．電磁鐵右端為N極
B．滑片P向左滑動過程中電磁鐵的磁性減弱
C．巨磁電阻的阻值隨磁場的增強(qiáng)而明顯增大
D．巨磁電阻的阻值隨磁場的增強(qiáng)而明顯減小
點(diǎn)撥：題目以2007年諾貝爾物理學(xué)獎為命題素材，讓學(xué)生認(rèn)識到神圣的自然科學(xué)最高獎與大家現(xiàn)在的生活并不遙遠(yuǎn)。這類題目拉近了科學(xué)與物理的距離，能激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣。根據(jù)右手螺旋定則，可知A錯誤。當(dāng)滑片P向左滑動過程中，通過電磁鐵的電流增大，所以電磁鐵的磁性增強(qiáng)，所以B錯誤。C和D哪一個正確呢？題目中告訴我們“指示燈明顯變亮”說明右面電路中的電流變大，由此推算巨磁電阻的阻值減小。綜合考慮，正確答案是D。
答案：D。
例4．很長一段時間里，人們認(rèn)為電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象是互不相關(guān)的，但也有人注意到電和磁之間有很多相似之處，他們相信二者之間存在某種內(nèi)在聯(lián)系。許多科學(xué)家為尋找這種聯(lián)系進(jìn)行了不懈的努力。
�。�1）1820年4月，丹麥物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了“電生磁”現(xiàn)象；1831年，英國科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了“磁生電”。這兩個重要的發(fā)現(xiàn)，揭示了電和磁之間確實(shí)存在不可分割的聯(lián)系。
�。�2）你一定也發(fā)現(xiàn)了電和磁之間存在很多相似之處，下表將電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的某些相似點(diǎn)做出對比，請仿照示例完成該表。
電現(xiàn)象
磁現(xiàn)象
示例
電荷有正、負(fù)兩種
磁體有南北兩極
�、�
帶電體能吸引輕小物體
�、�
同名磁極相互排斥
�、�
帶電體周圍存在電場
結(jié)合上表，對比“電生磁”、“磁生電”兩個實(shí)驗(yàn)的物理內(nèi)涵，不難發(fā)現(xiàn)電和磁之間確實(shí)呈現(xiàn)出一種有趣而優(yōu)美的對稱關(guān)系。這種對稱美促使人們進(jìn)一步認(rèn)識到，各種自然現(xiàn)象之間可能是互相聯(lián)系的。
�。�3）我們知道，一塊磁體無論被分割得多么小，總是有南、北兩極。是否存在只有一個磁極的粒子——磁單極子？1931年英國物理學(xué)家狄拉克在他建立的“電和磁完全對稱的理論”中就預(yù)言了磁單極子的存在。請猜想狄拉克預(yù)言所依據(jù)的事實(shí)是什么？
（4）實(shí)際上，狄拉克是運(yùn)用類比的方法為科學(xué)研究提出了一個新的.課題，直到現(xiàn)在，尋找磁單極子的工作仍在進(jìn)行之中。類比是一種重要的思維方法，它將看似無關(guān)的兩個事物或現(xiàn)象聯(lián)系起來，根據(jù)二者之間在某些方面的相同或相似。回顧你的物理學(xué)習(xí)歷程，列舉一個由類比的方法打開思路并獲得成功的學(xué)習(xí)案例，具體說明你的學(xué)習(xí)過程。（本題研究實(shí)例除外）
點(diǎn)撥：題目展現(xiàn)了物理學(xué)發(fā)展過程中的一個側(cè)面，讓學(xué)生結(jié)合具體的科學(xué)場景學(xué)習(xí)其中蘊(yùn)涵的多種研究方法（如逆向思考、對比、猜想、類比等），以及科學(xué)家的探索精神。有利于學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)精神以及科學(xué)思維的形成和發(fā)展。
答案：（1）奧斯特 法拉第
（2）
電現(xiàn)象
磁現(xiàn)象
示例
電荷有正、負(fù)兩種
磁體有南北兩極
�、�
帶電體能吸引輕小物體
磁體能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)
�、�
同種電荷相互排斥
同名磁極相互排斥
③
帶電體周圍存在電場
磁體周圍存在磁場
�。�3）狄拉克所依據(jù)的事實(shí)是：正電荷和負(fù)電荷都可以單獨(dú)存在.
（4）例如在學(xué)習(xí)電壓的過程中，運(yùn)用類比“水路模型”和“電路模型”的方法，根據(jù)“水壓是水管中水定向運(yùn)動形成水流的原因”，理解“電壓是電路中電荷定向運(yùn)動形成電流的原因”。
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