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多拳并举优化的物理课堂
多拳并举优化的物理课堂 中学物理教学是以实验为基础的,我们不仅要培养学生实验发现的精神,更 重要是要培养学生的理论创新精神。如何让学生学会总结理论,发现理论是关键 的问题。下面就以中学物理为基础,如何引导学生发现半个多世纪以来的科学难 题吧:地球引力是什么地球的磁场是如何产生的原子构成分子的结合力是什么月 球有磁场吗为什么小天体在巨大天体附近会被撕裂 关键字:原子、分子结构,电子,电场,磁场。物理教学要重视理论研究 我们在多年的物理教学中发现,中学物理教学只重视实验结果和定律的应 用,忽略了理论推导和创新教学的内容。虽然能培养出学生的实验操作能力,但由 于不重视理论的引导、判断和推理的培养。学生的科学观就难以形成,科学研究 和科学发现就更谈不上了。
初中物理学说过,世界是由物质组成的。地球是由物体组成的,物体是由分 子组成,分子由原子组成,原子由电子和原子核组成,原子核由中子和质子组成。但 是,原子与原子能结合成分子其结合力是什么呢初中物理忽略了它的理论推导。
下面就以异性电荷相吸引,同性电荷相排斥为理论基础来推导: 电子与原子核的结合力是电场吸力,电子带负电,原子核带正电。具体表现 在电子高速绕原子核旋转,向心力和离心力平衡,因而构成原子。电子旋转意会着 电子的电场发生了变化,从而产生磁场,即电子转动有部分电场能转化为磁能,这 个磁场能提供了两个原子之间的结合力(这也是一般原子不稳定的原因,因为它总 想找到其它原子来结合),例如,电子绕原子核旋转,假如电子绕转有40%电场能转 化为磁场能(作为两个原子之间的结合力),电子剩下的60%的电场能与原子核60% 的电场力(当然也有偏差)产生吸力,维持电子高速绕原子核旋转,原子核剩下的 40%电场力只能用于原子核之间的斥力了。由于分子的电场或磁场都是中性。从 而可知,分子内原子之间的结合力由磁场吸力提供,原子之间的斥力由原子核之间 的电场斥力提供。
用实际例子验证理论的正确性 上一理论是否正确我们还需要让学生学会用实际例子来验证理论的正确性。
比如:1、在自然界中,为什么有些元素可以以单一元素存在呢(稳定态)原因 是在他们的原子结构中,绕原子核的电子当中,有些电子是“反向”旋转的,能使原 子的磁性为中性。
2、在所有分子结构中,为什么氢分子的结构最不稳定呢因为氢原子只有一 个电子,它绕原子核旋转产生的磁场吸力是最小的,提供两个氢原子之间的结合力 也是最小的。
3、为什么固体分子结构比较稳定呢是因为,当原子之间的距离较近时,斥力 产生,当原子之间有一定的远离时,吸力产生。具体原因是:当两个原子靠近时,两个 原子之间的磁场和电场就会发生变化,与通电的螺线管的电磁场变化类似,因而产 生阻止这种变化的反作用力,具体表现在,两个原子之间的原子核斥力变大,因此, 原子核对周围的电子引力就会变小(上面已证明),从而电子绕原子核旋转半径增 大,虽然电子绕原子核旋转的线速度不变,但是,单位时间内电子绕原子核旋转的 圈数变少了,因而,电子旋转产生的电场力变化变小,也就是说,提供给两个原子的 磁场吸力也跟着变小了。这就是两个原子靠近斥力增大的原因。同理可证,两个 原子远离时吸力增大。这就是分子结构稳定的原因。
中学物理也能科学发现 中学物理虽然是物理学的基础,但是,科学发现并非是大学或以上物理学的 专利,中学物理研究也能科学发现。
上面分析,从原子结构到分子结构,自始自终只发现两种力:一种是磁场力, 另一种是电场力。
在地球上,地球引力处处可见,但是引力究竟是什么呢莫非就是磁场力或电 场力中的一种。显然,地球引力不是磁场力,只能是电场力了。我们生存地球是由 数量极其庞大的分子构成的,因而可见,其引力是非常大的。
事实一:如果引力就是电场力,那么当两个分子靠近时,两个分子之间的电 场就会发生变化,因而产生阻止这种变化的反作用力。具体表现在,两个分子之间 的原子核产生斥力,同时,两个分子之间的电子也产生同等的斥力。这两个斥力构 成了分子之间的斥力。因而分子内的原子结构几乎没有发生变化(除非压力超过 一定的限度)。同理,当两个分子离开(一定距离)时吸力增加。科学观察得出的现象的确如此。
事实二:如果引力就是电场力,那么地球自转就会产生磁场,并且磁场极性 方向要符合右手判定定理。实事的确如此。
有人提出,地球有时候磁极性与地球自转的极性方向有偏离。那是因为,地 球内部有熔岩,地核是固态的,地壳自转产生的磁场表现在高空;地核转动产生的 磁场表现在地表,当地核转动速度大小和方向有变化时,都会导致地表的磁场的变 化或极性变化现象。但地球总的磁场(或高空磁场)保持不变。
事实三:由于黑洞引力非常巨大,并且高速旋转,如果电场力就是引力,那么, 黑洞在高速旋转作用下产生的电流和磁场的巨大是无法估量的。由于电场旋转方 向和磁场方向垂直,由此可知,黑洞的两个吸盘除了有巨大引力外,还有无法估量 的巨大磁场。事实验证的确如此。
推论:月球上有磁场,大约是地球磁场总和的2430分之一。原因:(1)月球旋转 一周,大约要30天;(2)地球的质量是月球的81倍,由于引力和质量成正比,所以地球 引力强度(即电场引力大小)是月球的81倍。但磁场产生的大小与电场力的变化大 小有关。如果不考虑地球或月球内部结构的话。地球电场变化的大小就是月球电 场变化大小的30×81=2430倍,所以地球磁场力的总和大约是月球的2430倍,足见 月球磁场相对于地球磁场是相当小的,没有精密仪器难以测到。
中学物理不能脱离实际,以事实发挥学生的想象力 在中学教学中,有些教师讲课本的内容多,与日常生活的实际应用联系得少。
这是不正确的,要培养学生的创造发明的科学观,就必须从日常生活中见到的现象 研究开始。对每一件事情和物质现象都要探求出理论依据和实事依据。总结、归 纳、推理,并上升为理论。
比如,上面说到,地球引力就是电场力,还不够完满,其具体表现是怎么样的 呢是如何达成的呢这个还得必须讲清楚。
其实,电场引力说得更具体一些就是:地球分子内的原子核对物体分子内的 电子之间的吸引;地球分子内的电子与物体分子内的原子核之间的吸引。即是这 两个双向吸引,构成地球引力。
另外,从实际的天体之间的引力观察分析可知,天体内部分子的原子核(或电子)都“喜欢”超距离找对方(天体)相应的电子(或原子核)相互吸引。正因为这个 原因,在巨大天体面前,小天体内部的电子的电场力和原子核的电场力都“喜欢”往 外“跑”(当然巨大天体的也同样),这情形就造成了小天体内部分子之间、原子之间 的结合力减弱,最后就被撕裂了(天文观察的确有这种现象)。
由于人体也是由分子、原子构成的,由于分子内部的原子核或电子的上述 这种“喜欢”,也反映到人们的生活之中,人们对外界的吸引力往往大于对内的吸引 力。比如:人们总喜欢旅游(对外面有吸引力);总觉得外面的东西比自己的东西好 (对外有吸引);外面的风景比自己家乡的风景好(对外有吸引);有好奇心,新鲜感,特 别对异性,这种心理更为明显(有对外的心理)等等,数不胜数。
