電磁知識與科學史的結合例題及參考答案
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(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)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(xiàn)賞析幾例。
例1．科學研究經(jīng)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(jīng)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(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(jīng)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，怎樣讓這個發(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(xiàn)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(fā)學生進一步學習科學的興趣。根據(jù)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(xiàn)象和磁現(xiàn)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(lián)系。許多科學家為尋找這種聯(lián)系進行了不懈的努力。
（1）1820年4月，丹麥物理學家發(fā)現(xiàn)了“電生磁”現(xiàn)象；1831年，英國科學家又發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，實現(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、負兩種
磁體有南北兩極
①
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(fā)現(xiàn)電和磁之間確實呈現(xiàn)出一種有趣而優(yōu)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(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(jù)的事實是什么？
（4）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(xiàn)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(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(xiàn)了物理學發(fā)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(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、負兩種
磁體有南北兩極
①
帶電體能吸引輕小物體
磁體能吸引鐵、鈷、鎳等物質
②
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(jù)“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”。
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