论文部分内容阅读
摘 要：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，更重要的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。
关键词：原子;分子结构;电子;电场;磁场
一、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，因为它总想找到其他原子来结合），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。
二、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。
三、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，自始至终只发现两种力：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。
引力究竟是不是电场力，我们还得用大量的事实来验证：
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，当兩个分子离开（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。
四、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事实依据。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。
关键词：原子;分子结构;电子;电场;磁场
一、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，因为它总想找到其他原子来结合），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。
二、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。
三、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，自始至终只发现两种力：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。
引力究竟是不是电场力，我们还得用大量的事实来验证：
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，当兩个分子离开（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。
四、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事实依据。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。