电磁知识与科学史的结合

在物理教学中树立历史观点，渗透科学思想和方法教育，是中外物理学家和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行为，可以教育和培养学生实事求是的科学态度，有助于树立求真务实的良好学风。他们的研究方法也是我们今天学习物理的有效方法。在许多省市，中考试题加强了与物理学史的结合。现在，我欣赏几个例子。

科学研究经常需要推测和假设。合理的推测和假设不是主观的推测。它们总是伴随着理性分析和科学思考，需要进一步的实验检验。

在19世纪20年代，以塞贝克为代表的科学家已经认识到温差会引起电流。考虑到太阳照射后地球的旋转导致地球前后的温差，安培提出了以下假设:地球磁场是由地球周围的环流引起的。如果规定地球表面地磁场的北极和南极之间的连接称为“磁子午线”(如图1所示)，安培假设中的电流方向应为。

A.从西向东的垂直磁子午线

B.从东到西的垂直磁子午线

C.沿着磁子午线从南向北

D.沿着磁子午线从北向南

为什么地球周围有磁场？尽管至今还不清楚，科学家们并没有停止探索和思考。其中，猜想和假设常用于科学研究。试题选择了一种猜想，即科学家研究地球磁场，因此学生受到科学研究方法的影响。为了解决这个问题，我们只需要使用右手螺旋法则。

回答:b

1820年，安培在科学院的例会上做了一个小实验，引起了与会科学家的极大兴趣。如图2所示，螺线管沿东西方向水平悬挂，然后电线通电。你可以看到螺线管通电了

A.旋转后停止在任何位置

转弯后在南北方向停车。

C.继续转弯

D.保持在原始位置

说明:奥斯特在1820年发现了电流的磁效应。如何让更多的科学家很快知道这个发现？当时，备受尊敬的科学家安培做了这个“演示实验”，使每个人立刻意识到电流可以产生磁场。这个话题选择了科学史上的这一重要时刻，让学生们意识到，如果科学要被更多的人接受，它就必须被“营销”，在营销中必须强调方法。要解决这个问题，需要具备以下知识:通电的螺线管可以产生磁场，磁场的方向可以由右手螺旋法则确定。在图中很容易确定B是N极，A是S极。这样，图中的螺线管相当于一个指南针。在地磁场的作用下，当它静止时，它的A端是导向，B端是北。正确的

回答:b。

法国科学家阿尔伯特·费尔和德国科学家彼得·格林·伯杰因发现巨磁电阻效应获得2007年诺贝尔物理学奖。图3是示出研究巨磁电阻特性的原理的示意图。实验发现，当滑块P在S1和S2关闭后向左滑动时，指示灯明显亮起，所以下面的说法是正确的

A.电磁铁的右端是n极

B.在滑块p向左滑动的过程中，电磁铁的磁性减弱。

巨磁电阻的电阻随着磁场的增加而明显增加

随着磁场的增加，巨磁电阻的阻值明显减小。

说明:该主题基于2007年诺贝尔物理学奖。它让学生们意识到自然科学的最高奖项离每个人现在的生活并不远。这些话题拉近了科学和物理之间的距离，可以激发学生进一步学习科学的兴趣。根据右手螺旋法则，A是错误的。当滑块P向左滑动时，通过电磁铁的电流增加，所以电磁铁的磁性增加，所以B是错误的。哪个是正确的，c还是d？标题告诉我们“指示灯明显亮起”表示右边电路中的电流变大，因此估计巨磁电阻的电阻正在减小。总的来说，正确答案是d。

回答:d。

长期以来，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许多相似之处，并认为两者之间有某种内在联系。许多科学家为找到这种联系进行了不懈的努力。

①1820年4月，丹麦物理学家发现了“发电磁力”现象；1831年，英国科学家发现了电磁感应现象，并实现了“磁发电”。这两个重要的发现揭示了电和磁之间确实有着不可分割的联系。

你一定发现了电和磁之间的许多相似之处。下表比较了电和磁之间的一些相似之处。请按照示例完成表格。

电现象

磁性现象

例子

有正电荷和负电荷

磁铁有北极和南极。

①

带电体可以吸引光和小物体。

②

同名磁极互相排斥。

③

带电体周围有一个电场

结合上表，比较“发电磁”和“磁发电”两个实验的物理内涵，不难发现电和磁之间确实存在一种有趣而又美丽的对称关系。这种对称之美促使人们进一步认识到各种自然现象可能是相互关联的。

(3)我们知道，无论一块磁铁被分割得多小，总会有两极，南和北。有只有一个磁极的粒子吗——磁单极子？1931年，英国物理学家狄拉克在他的电和磁完全对称理论中预言了磁单极的存在。请猜猜狄拉克的预测是基于什么事实。

(4)事实上，狄拉克通过类比为科学研究提出了一个新课题。直到现在，对磁单极子的探索仍在进行中。类比是一种重要的思维方式。它根据两个看似不相关的事物或现象在某些方面的相似性，把它们联系起来。回顾你的物理学习过程，列出一个通过类比打开你的思维并获得成功的学习案例，并详细说明你的学习过程。(关于这一主题的案例研究除外)

说明:本主题展示了物理学发展的一个方面，允许学生学习各种研究方法(如逆向思维、对比、猜想、类比等)。)和科学家的探索精神与具体的科学场景相结合。它有利于学生科学素质、科学精神和科学思维的形成和发展。

答案是:(1)奥斯特拉瓦里

(2)

电现象

磁性现象

例子

有正电荷和负电荷

磁铁有北极和南极。

①

带电体可以吸引光和小物体。

磁铁可以吸引铁、钴、镍和其他物质。

②

相同的电荷互相排斥。

同名磁极互相排斥。

③

带电体周围有一个电场

磁铁周围有磁场。

(3)狄拉克基于正电荷和负电荷可以独立存在的事实。

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