電磁知識與科學史的結合例題及參考答案

　　在物理教學中樹立歷史的觀點，滲透科學思想與方法教育，是中外物理學家及物理教育工作者一直關注的話題。在科學史上，許多物理學家孜孜不倦的求真精神和事跡能教育培養學生實事求是的科學態度，幫助樹立為追求真理而踏實學習的良好學風，他們的研究方法，也就是我們今天今天學習物理的有效方法。許多省市的中考試題加強了與物理學史的結合，現賞析幾例。

　　例1．科學研究經常需要猜想與假設。合理的猜想與假設不是主觀臆測，它總伴隨著理性的分析和科學的思考，并有待進一步的實驗檢驗。

　　19世紀20年代，以塞貝克為代表的科學家已經認識到：溫度差會引起電流。安培考慮到地球自轉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形電流引起的。若規定地磁場N極與S極在地球表面的連線稱為“磁子午線”(如圖1所示)，則安培假設中的電流方向應該是。

　　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，但科學家們一直沒有停止過探索和思考。其中猜想與假設是科學研究經常用到的方法，試題選取了科學家們研究地球磁場的一種猜想，讓學生受到科學研究方法的熏陶。解決問題只需利用右手螺旋定則即可。

　　答案：B

　　例2．1820年，安培在科學院的例會上做了一個小實驗，引起與會科學家的極大興趣。如圖2所示，把螺線管沿東西方向水平懸掛起來，然后給導線通電，看到的現象是：通電螺線管

　　A．轉動后停在任意位置

　　B．轉動后停在南北方向上

　　C．不停地轉動下去

　　D．仍保持在原來位置上

　　點撥：1820年，奧斯特發現了電流的磁效應，怎樣讓這個發現很快讓更多的科學家了解呢？當時德高望重的科學家安培就做了這個“演示實驗”，使大家一下子就認識到了電流能夠產生磁場。題目選取了科學史上這一重要時刻，讓學生認識到科學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．法國科學家阿爾貝·費爾和德國科學家彼得·格林貝格爾由于發現了巨磁(GMR)效應，榮獲了2007年諾貝爾物理學獎。如圖3是研究巨磁電阻特性的原理示意圖。實驗發現，當閉合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而明顯增大

　　D．巨磁電阻的阻值隨磁場的增強而明顯減小

　　點撥：題目以2007年諾貝爾物理學獎為命題素材，讓學生認識到神圣的自然科學最高獎與大家現在的生活并不遙遠。這類題目拉近了科學與物理的距離，能激發學生進一步學習科學的興趣。根據右手螺旋定則，可知A錯誤。當滑片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，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，人們認為電現象和磁現象是互不相關的，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在聯系。許多科學家為尋找這種聯系進行了不懈的努力。

　　（1）1820年4月，丹麥物理學家發現了“電生磁”現象；1831年，英國科學家又發現了電磁感應現象，實現了“磁生電”。這兩個重要的發現，揭示了電和磁之間確實存在不可分割的聯系。

　?。?）你一定也發現了電和磁之間存在很多相似之處，下表將電現象和磁現象的某些相似點做出對比，請仿照示例完成該表。

　　電現象

　　磁現象

　　示例

　　電荷有正、負兩種

　　磁體有南北兩極

　?、?/p>

　　帶電體能吸引輕小物體

　　②

　　同名磁極相互排斥

　　③

　　帶電體周圍存在電場

　　結合上表，對比“電生磁”、“磁生電”兩個實驗的物理內涵，不難發現電和磁之間確實呈現出一種有趣而優美的對稱關系。這種對稱美促使人們進一步認識到，各種自然現象之間可能是互相聯系的。

　?。?）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年英國物理學家狄拉克在他建立的“電和磁完全對稱的理論”中就預言了磁單極子的存在。請猜想狄拉克預言所依據的事實是什么？

　?。?）實際上，狄拉克是運用類比的方法為科學研究提出了一個新的課題，直到現在，尋找磁單極子的工作仍在進行之中。類比是一種重要的思維方法，它將看似無關的兩個事物或現象聯系起來，根據二者之間在某些方面的相同或相似。回顧你的物理學習歷程，列舉一個由類比的方法打開思路并獲得成功的學習案例，具體說明你的學習過程。（本題研究實例除外）

　　點撥：題目展現了物理學發展過程中的一個側面，讓學生結合具體的科學場景學習其中蘊涵的多種研究方法（如逆向思考、對比、猜想、類比等），以及科學家的探索精神。有利于學生科學素質、科學精神以及科學思維的形成和發展。

　　答案：（1）奧斯特 法拉第

　?。?）

　　電現象

　　磁現象

　　示例

　　電荷有正、負兩種

　　磁體有南北兩極

　?、?/p>

　　帶電體能吸引輕小物體

　　磁體能吸引鐵、鈷、鎳等物質

　?、?/p>

　　同種電荷相互排斥

　　同名磁極相互排斥

　?、?/p>

　　帶電體周圍存在電場

　　磁體周圍存在磁場

　?。?）狄拉克所依據的事實是：正電荷和負電荷都可以單獨存在.

　　（4）例如在學習電壓的過程中，運用類比“水路模型”和“電路模型”的方法，根據“水壓是水管中水定向運動形成水流的原因”，理解“電壓是電路中電荷定向運動形成電流的原因”。