结合下表,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又优美的对称关系.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相互联系的.
(1)我们知道,一块磁体无论被分割得多么小,总是有南极和北极.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?
(2)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,推出它们在其他方面也可能相同或相似.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.
| 电现象 | 磁现象 |
示例 | 电荷有正、负两种 | 磁体有南、北两极 |
① | 带电体能够吸引轻小物体 | 磁体能吸引铁、钴、镍等物体 |
② | 同种电荷相互排斥 | 同名磁极相互排斥 |
③ | 带电体周围存在磁场 | 磁体周围存在磁场 |
考点分析:
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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的联系.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”现象.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作出对比,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 | 带电体能够吸引轻小物体 | |
② | | 同名磁极相互排斥 |
③ | 带电体周围存在磁场 | |
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小文同学学习了有关物理知识后,设想制作一个电动充气泵.她画出了如图所示的结构示意图,图中E为电流大小和方向都不断变化的交流电.
(1)你认为小文的设想运用了哪些物理知识?
(2)若电流从电源的a端流入时,小磁铁向下运动,则此时电磁铁的上端为______极,小磁铁的下端为______极.
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如图所示装置,“×”表示垂直于纸面向里的磁场的磁感线;在弹簧测力计下挂一个重为G的软铁块,软铁块下方有一螺线管,螺线管两端导线与金属导轨ab、cd相连,导体棒ef平放在导轨上,当它向右滑动时,弹簧测力计示数将______G(填“大于”、“小于”或“等于”).该实验涉及的两个物理现象是:
(1)______;
(2)______.
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小明在研究性学习活动中,查阅到一种热敏电阻的阻值随温度变化的规律如下表,并将该型号的热敏电阻应用于如图所示由“控制电路”和“工作电路”组成的恒温箱电路中.
温度/℃ | … | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | … |
热敏电阻阻值/Ω | … | 350 | 300 | 250 | 210 | 175 | … |
“控制电路”由热敏电阻R
1、电磁铁(线圈阻值R
=50Ω)、电源U
1、开关等组成,当线圈中的电流大于或等于20mA时,继电器的衔铁被吸合,右边工作电路则断开;
“工作电路”由工作电源U
2(U
2=10V)、发热电阻R
2(R
2=5Ω)、导线等组成.问:
(1)工作电路工作时的电流为多大?电阻R
2的发热功率为多大?
(2)若发热电阻R
2需提供1.2×10
4J的热量,则工作电路要工作多长时间(不计热量的损失)?
(3)若恒温箱的温度最高不得超过50℃,则控制电路的电源电压U
1最小值为多大?
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【提出问题】感应电流方向与哪些因素有关?
【猜想】①金属棒在磁场中运动产生的感应电流的方向可能与磁场的方向有关;
②金属棒在磁场中运动产生的感应电流的方向可能与金属棒的运动方向有关.
【进行实验】实验装置如图:
①使金属棒向右运动,看到电流表指针向左偏.
②把磁铁南、北极上下对调,金属棒变为向左运动,看到电流表指针仍向左偏.根据以上现象,小芳得出感应电流的方向与磁场的方向、棒的运动方向无关的结论.
【评估与交流】你认为小芳的结论正确吗?若认为正确请说明现由.若有错,分析小芳得出错误结论的原因.
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