电磁知识与科学史的结合例题及参考答案

　　在物理教学中树立历史的观点，渗透科学思想与方法教育，是中外物理学家及物理教育工作者一直关注的话题。在科学史上，许多物理学家孜孜不倦的求真精神和事迹能教育培养学生实事求是的科学态度，帮助树立为追求真理而踏实学习的良好学风，他们的研究方法，也就是我们今天今天学习物理的有效方法。许多省市的中考试题加强了与物理学史的结合，现赏析几例。

　　例1．科学研究经常需要猜想与假设。合理的猜想与假设不是主观臆测，它总伴随着理性的分析和科学的思考，并有待进一步的实验检验。

　　19世纪20年代，以塞贝克为代表的科学家已经认识到：温度差会引起电流。安培考虑到地球自转造成了太阳照射后地球正面与背面的温度差，于是提出如下假没：地球磁场是由绕地球的环形电流引起的。若规定地磁场N极与S极在地球表面的连线称为“磁子午线”(如图1所示)，则安培假设中的电流方向应该是。

　　A．由西向东垂直磁子午线

　　B．由东向西垂直磁子午线

　　C．由南向北沿磁子午线

　　D．由北向南沿磁子午线

　　点拨：地球周围为什么存在磁场？虽然直到今天也没有搞清楚，但科学家们一直没有停止过探索和思考。其中猜想与假设是科学研究经常用到的方法，试题选取了科学家们研究地球磁场的一种猜想，让学生受到科学研究方法的熏陶。解决问题只需利用右手螺旋定则即可。

　　答案：B

　　例2．1820年，安培在科学院的例会上做了一个小实验，引起与会科学家的极大兴趣。如图2所示，把螺线管沿东西方向水平悬挂起来，然后给导线通电，看到的现象是：通电螺线管

　　A．转动后停在任意位置

　　B．转动后停在南北方向上

　　C．不停地转动下去

　　D．仍保持在原来位置上

　　点拨：1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，怎样让这个发现很快让更多的科学家了解呢？当时德高望重的科学家安培就做了这个“演示实验”，使大家一下子就认识到了电流能够产生磁场。题目选取了科学史上这一重要时刻，让学生认识到科学要想让更多的人去接受，也必须“推销”，推销也要讲究方法。解决问题时，需要具备以下知识：通电螺线管能产生磁场，磁场方向可以用右手螺旋定则确定，容易确定图中B为N极，A为S极。这样图中的螺线管就相当于一个指南针，受地磁场作用，静止时其A端指南，B端指北。正确

　　答案：B。

　　例3．法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔由于发现了巨磁(GMR)效应，荣获了2007年诺贝尔物理学奖。如图3是研究巨磁电阻特性的原理示意图。实验发现，当闭合S1、S2后使滑片P向左滑动过程中，指示灯明显变亮，则下列说法正确的是

　　A．电磁铁右端为N极

　　B．滑片P向左滑动过程中电磁铁的磁性减弱

　　C．巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显增大

　　D．巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显减小

　　点拨：题目以2007年诺贝尔物理学奖为命题素材，让学生认识到神圣的自然科学最高奖与大家现在的生活并不遥远。这类题目拉近了科学与物理的距离，能激发学生进一步学习科学的兴趣。根据右手螺旋定则，可知A错误。当滑片P向左滑动过程中，通过电磁铁的电流增大，所以电磁铁的磁性增强，所以B错误。C和D哪一个正确呢？题目中告诉我们“指示灯明显变亮”说明右面电路中的电流变大，由此推算巨磁电阻的阻值减小。综合考虑，正确答案是D。

　　答案：D。

　　例4．很长一段时间里，人们认为电现象和磁现象是互不相关的，但也有人注意到电和磁之间有很多相似之处，他们相信二者之间存在某种内在联系。许多科学家为寻找这种联系进行了不懈的努力。

　　（1）1820年4月，丹麦物理学家发现了“电生磁”现象；1831年，英国科学家又发现了电磁感应现象，实现了“磁生电”。这两个重要的发现，揭示了电和磁之间确实存在不可分割的联系。

　　（2）你一定也发现了电和磁之间存在很多相似之处，下表将电现象和磁现象的某些相似点做出对比，请仿照示例完成该表。

　　电现象

　　磁现象

　　示例

　　电荷有正、负两种

　　磁体有南北两极

　　①

　　带电体能吸引轻小物体

　　②

　　同名磁极相互排斥

　　③

　　带电体周围存在电场

　　结合上表，对比“电生磁”、“磁生电”两个实验的物理内涵，不难发现电和磁之间确实呈现出一种有趣而优美的对称关系。这种对称美促使人们进一步认识到，各种自然现象之间可能是互相联系的。

　　（3）我们知道，一块磁体无论被分割得多么小，总是有南、北两极。是否存在只有一个磁极的粒子——磁单极子？1931年英国物理学家狄拉克在他建立的“电和磁完全对称的理论”中就预言了磁单极子的存在。请猜想狄拉克预言所依据的事实是什么？

　　（4）实际上，狄拉克是运用类比的方法为科学研究提出了一个新的课题，直到现在，寻找磁单极子的工作仍在进行之中。类比是一种重要的思维方法，它将看似无关的两个事物或现象联系起来，根据二者之间在某些方面的相同或相似。回顾你的物理学习历程，列举一个由类比的方法打开思路并获得成功的学习案例，具体说明你的学习过程。（本题研究实例除外）

　　点拨：题目展现了物理学发展过程中的一个侧面，让学生结合具体的科学场景学习其中蕴涵的多种研究方法（如逆向思考、对比、猜想、类比等），以及科学家的探索精神。有利于学生科学素质、科学精神以及科学思维的形成和发展。

　　答案：（1）奥斯特 法拉第

　　（2）

　　电现象

　　磁现象

　　示例

　　电荷有正、负两种

　　磁体有南北两极

　　①

　　带电体能吸引轻小物体

　　磁体能吸引铁、钴、镍等物质

　　②

　　同种电荷相互排斥

　　同名磁极相互排斥

　　③

　　带电体周围存在电场

　　磁体周围存在磁场

　　（3）狄拉克所依据的事实是：正电荷和负电荷都可以单独存在.

　　（4）例如在学习电压的过程中，运用类比“水路模型”和“电路模型”的方法，根据“水压是水管中水定向运动形成水流的原因”，理解“电压是电路中电荷定向运动形成电流的原因”。