法拉第

　　邁克爾·法拉第(MichaelFaraday,1791—1867)是19世紀(jì)電磁學(xué)領(lǐng)域中最偉大的實驗物理學(xué)家。他于1791年9月22日生于倫敦附近的紐因格頓，父親是鐵匠。由于家境貧苦，他只在7歲到9歲讀過兩年小學(xué)。12歲當(dāng)報童，13歲在一家書店當(dāng)了裝訂書的學(xué)徒。他喜歡讀書，利用在書店的條件，讀了許多科學(xué)書籍，并動手做了一些簡單的化學(xué)實驗。

　　1812年秋，法拉第有機會聽了著名化學(xué)家戴維的四次講演，激起對科學(xué)研究的極大興趣。他把戴維的講演精心整理并附上插圖后寄給戴維，希望戴維幫助他實現(xiàn)科學(xué)研究的愿望。1813年3月，戴維推薦法拉第到皇家研究院實驗室作了自己的助理實驗員。1813年10月，法拉第跟隨戴維到歐洲大陸進(jìn)行學(xué)術(shù)考察18個月。在這期間他有機會參觀了各國科學(xué)家的實驗室，結(jié)交了安培、蓋·呂薩克等著名科學(xué)家，了解了他們的科學(xué)研究方法。回到英國后，法拉第就開始了獨立的研究工作，并于1816年發(fā)表了第一篇化學(xué)論文，以后又接連發(fā)表了幾篇。

　　1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，受到科學(xué)界的關(guān)注，促進(jìn)了科學(xué)的發(fā)展。1821年英國《哲學(xué)年鑒》的主編約請戴維撰寫一篇文章，評述奧斯特發(fā)現(xiàn)以來電磁學(xué)實驗的理論發(fā)展概況。戴維把這一工作交給了法拉第。法拉第在收集資料的過程中，對電磁現(xiàn)象的研究產(chǎn)生了極大的熱情，并開始轉(zhuǎn)向電磁學(xué)的研究。他仔細(xì)地分析了電流的磁效應(yīng)等現(xiàn)象，認(rèn)為既然電流能產(chǎn)生磁，磁能否產(chǎn)生電呢?1822年他在日記中寫下了自己的思想：“磁能轉(zhuǎn)化成電”。他在這方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。起初，他試圖用強磁鐵靠近閉合導(dǎo)線或用強電流使另一閉合導(dǎo)線中產(chǎn)生電流，做了大量的實驗，都失敗了。經(jīng)過歷時十年的失敗、再試驗，直到1831年8月29日才取得成功。他接連又做了幾十個這類實驗。1831年11月24日的論文中，他把產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況概括成五類：變化著的電流；變化著的磁場；運動的恒定電流；運動的磁場；在磁場中運動的導(dǎo)體。他指出：感應(yīng)電流與原電流的變化有關(guān)，而不是與原電流本身有關(guān)。他將這一現(xiàn)象與導(dǎo)體上的靜電感應(yīng)類比，把它取名為“電磁感應(yīng)”。為了解釋電磁感應(yīng)現(xiàn)象，法拉第曾提出過“電張力”的概念。后來在考慮了電磁感應(yīng)的各種情況后，認(rèn)為可以把感應(yīng)電流的產(chǎn)生歸因于導(dǎo)體“切割磁力線”。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)二十年后，直到1851年才得出了電磁感應(yīng)定律。

　　1833年到1834年，法拉第從實驗得出了電解定律，這是電荷不連續(xù)性的最早的有力證據(jù)。

　　法拉第的另一貢獻(xiàn)是提出了場的概念。他反對超距作用的說法，設(shè)想帶電體、磁體周圍空間存在一種物質(zhì)，起到傳遞電、磁力的作用，他把這種物質(zhì)稱為電場、磁場。1852年，他引入了電力線(即電場線)、磁力線(即磁感線)的概念，并用鐵粉顯示了磁棒周圍的磁力線形狀。場的概念和力線的模型，對當(dāng)時的傳統(tǒng)觀念是一個重大的突破。

　　法拉第從近距作用的物理圖景出發(fā)，還預(yù)見了電、磁作用傳播的波動性和它們傳播的非瞬時性。他在1832年3月12日寫給英國皇家學(xué)會的一封密封信中，信封上寫著“現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)收藏在皇家學(xué)會檔案館里的一些新觀點”，這封信直到1938年才啟封公布，信中法拉第說明了他的上述新觀點。表現(xiàn)了法拉第深邃的物理洞察力和深刻的物理思想。

　　法拉第把他做過的實驗整理成《電學(xué)實驗研究》一書，書中收集了三千多個條目，詳細(xì)記述了他做過的實驗和結(jié)論，是一本珍貴的科學(xué)文獻(xiàn)。

　　法拉第是靠自學(xué)成才的科學(xué)家，在科學(xué)的征途上辛勤奮斗半個多世紀(jì)，不求名利。1825年，他參與冶煉不銹鋼材和折光性能良好的重冕玻璃工作，不少公司和廠家出重金聘請法拉第為他們的技術(shù)顧問。面對15萬鎊的財富和沒有報酬的學(xué)問，法拉第選擇了后者。1851年，法拉第被一致推選為英國皇家學(xué)會會長，他也堅決推辭掉了這個職務(wù)。把全身心獻(xiàn)給了科學(xué)研究事業(yè)，終生過著清貧的日子。

　　1855年他從皇家學(xué)院退休。1867年8月25日在倫敦去世。遵照他“一輩子當(dāng)一個平凡的邁克爾·法拉第”的意愿，遺體被安葬在海格特公墓。為了紀(jì)念他，用他的名字命名電容的單位──法拉。

選自：《物理教師手冊》

摘要：本文分析了如何挖掘物理題中隱含條件的途徑和方法。并對物理學(xué)試題題型進(jìn)行歸類、例舉和解析。學(xué)生要解好物理題，必須要有扎實的物理知識和相關(guān)學(xué)科的知識，綜合分析和解決問題的能力。因此，在物理教學(xué)過程中要注重提高學(xué)生的解題能力，加強對解題方法的教學(xué)。

關(guān)鍵詞：隱含條件　物理學(xué)　解題能力

學(xué)習(xí)在解物理習(xí)題時，經(jīng)常會遇到這種情況，有些解題的必要條件，題中并為明確給出，而是隱含在字里行間。充分挖掘隱含條件，明確題目要求，采用合適方法，選擇正確答案，是解好這類題的關(guān)鍵。本文就如何挖掘試題中的隱含條件，提高解題能力作一例析。

一、從關(guān)鍵詞中挖掘隱含條件

在物理題中，常見的關(guān)鍵用語有：表現(xiàn)為極值條件的用語，如“最大”、“最小”、“至少”、“剛好”等，它們均隱含著某些物理量可取特殊值；表現(xiàn)為理想化模型的用語，如“理想滑輪”、“輕質(zhì)杠桿”、“光滑水平面”等，扣住關(guān)鍵用語，挖掘隱含條件，能使解題靈感頓生。

例1 一個物體在平衡力的作用下，在光滑水平面上做勻速直線運動，當(dāng)這對平衡力突然消失，則物體將（　）

A．立刻停止運動

B．運動速度越來越快

C．速度減慢，最后停止

D．仍作勻速直線運動

解析：題中“光滑水平面”為關(guān)鍵詞。光滑水平面意味著物體不受摩擦力的作用。題目中的物體待平衡力消失后，將不再受力的作用，因此仍要保持勻速直線運動（牛頓第一定律）。

答案：D

二、從物理學(xué)常識中找隱含條件

有些題目幾乎沒有條件，但仔細(xì)研究就會發(fā)現(xiàn)條件其實全部隱含于物理常識中，這就要求學(xué)生根據(jù)題意進(jìn)行發(fā)散性思維，努力挖掘相關(guān)知識，在條件不足的情況下，根據(jù)常識假設(shè)適當(dāng)?shù)臈l件和數(shù)據(jù)以彌補題中明確給出的已知條件的不足。

例2 一個中學(xué)生對地面的壓強大約是（�。�

A．10Pa   B．100Pa   C．1000Pa     D．10000Pa

解析：此題隱含條件有兩個，一是中學(xué)生的體重約為50kg，二是中學(xué)生雙腳底面積約為5dm²，而這兩個條件都非常隱蔽，屬于物理學(xué)常識，只要明確了這兩點，不難得出正確答案D。

三、從物理學(xué)發(fā)展史中尋找隱含條件

這類試題一般涉及對物理學(xué)研究有貢獻(xiàn)的科學(xué)家、科研成果和歷史進(jìn)程等，增加了學(xué)生的愛國情感，有利于培養(yǎng)學(xué)生的高尚情操，激起學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)知識的遠(yuǎn)大理想。

例3 發(fā)電機和電動機的發(fā)明使人類步入電氣化時代，制造發(fā)電機的主要依據(jù)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，首先發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是（�。�

A．愛因斯坦

B．帕斯卡

C．奧斯特

D．法拉第

解析：知道這些科學(xué)家的研究成果和對社會的巨大貢獻(xiàn)，很快就能準(zhǔn)確地選出正確答案D。

四、從物理現(xiàn)象的出現(xiàn)條件中尋找隱含條件

一定的物理現(xiàn)象的出現(xiàn)，是以具備一定的條件為前提的，當(dāng)知道什么條件具備時可出現(xiàn)什么現(xiàn)象后，一旦題目給出某種現(xiàn)象，馬上可以找出相應(yīng)的隱含條件。

例4 我國“遠(yuǎn)望號”衛(wèi)星測控船從江陰出發(fā)執(zhí)行任務(wù)，由長江進(jìn)入海洋。下列有關(guān)測控船所受浮力的說法正確的是（　）

A．由于海水的密度大，所以船在海洋力受到的浮力大

B．由于船排開海水的體積小，所以它在海洋里受到的浮力小

C．由于船排開的海水的體積大，所以它在海洋力受到的浮力大

D．由于船始終漂浮在水面上，所以它受到的浮力不變

解析：“一個物體漂浮在液面上……”，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的條件是物體所受浮力等于物重，所以隱含條件是物體受到的浮力等于重力。

答案：D

例5 放在水平常木板上重10N的木塊，受到水平向右，大小為5N的拉力作用，沿水平方向做勻速直線運動，這時木板水平方向受的合力為_______N。當(dāng)拉力增大到8N時，木塊受到的合力為_______N。

解析：“一個物體勻速運動……”要出現(xiàn)這種現(xiàn)象，前提條件是物體必須不受力或受平衡力作用，所以隱含條件為：物體不受力或受平衡力作用。

答案：0；3

五、從物理概念、物理原理中尋找隱含條件

有些物理學(xué)問題、現(xiàn)象、判斷等條件隱含于相關(guān)的概念和原理中，或是命題時有意混淆概念，偷換概念，要求學(xué)生對概念掌握準(zhǔn)確，理解要透徹。

例6 晴天，幾位大學(xué)生在森林中迷路了，下面四種利用風(fēng)向引導(dǎo)他們走出森林的說法中，正確的是_______（圖中虛線為空氣流動形成風(fēng)的路徑示意圖）

A．森林吸熱，溫度升高慢，空氣溫度低、密度大，地面空氣從森林流向外界，應(yīng)順風(fēng)走

B．土地吸熱，溫度升高快，空氣溫度高、密度小，地面空氣從外界流向森林，應(yīng)順風(fēng)走

C．森林吸熱，溫度升高慢，空氣溫度低、密度大，地面空氣從森林流向外界，應(yīng)迎風(fēng)走

D．土地吸熱，溫度升高快，空氣溫度高、密度小，地面空氣從外界流向森林，應(yīng)迎風(fēng)走

解析：本題中隱含了比熱容的概念。物體的比熱容越大，吸收熱量后溫度變化越小。

土地的比熱容大，吸熱后溫度升高較快，空氣溫度高。熱空氣因密度小而向上升，地面空氣從森林流向外界，應(yīng)順風(fēng)走。

答案：A

六、數(shù)學(xué)關(guān)系之中尋找隱含條件

正確的示意圖不僅能幫助我們理解題意、啟發(fā)思路，而且還能通過數(shù)學(xué)關(guān)系找出題中的隱含條件。這種方法不僅在幾何光學(xué)中有較多的應(yīng)用，而且在其它物理問題中也經(jīng)常應(yīng)用。

例7 有一均勻正方體對水平地面的壓力是F，壓強是P，如下圖所示。若切去陰影部分，則剩余部分對地面的壓力是原來的_______倍，壓強是原來的_______倍。

解析：該題的條件隱含在數(shù)學(xué)關(guān)系之中，解題的關(guān)鍵要建立物理模型的空間想象力。切去部分的正方體邊長為a/2，體積為V/8。切去陰影部分后，其質(zhì)量為7/8m，底部受力面積為3/4S，剩余部分壓強為P’＝m/S＝7/6P，壓力為F’＝Ps＝7/8F。

答案：7/8；7/6

七、從圖形、圖表與曲線關(guān)系中尋找隱含條件

圖示是貯存和傳遞科學(xué)文化知識比較便捷的一條途徑，它能夠高度濃縮物理學(xué)的基本概念及原理，使之更加形象、直觀。試題圖文并茂，生動活潑，但圖表曲線中隱含了相當(dāng)多的沒有敘述和未提及的條件，解題時結(jié)合題設(shè)條件分析圖形，從圖形中挖掘隱含條件，才能正確作答，較好地培養(yǎng)學(xué)生的觀察和分析問題的能力。

例8 在如圖所示的各圖中，關(guān)于磁場的描述和小磁針表示正確的是（　）

解析：這是一道集概念、實驗和理論于一體的圖形選擇題，要求學(xué)生明確磁場的概念、磁場方向及磁場方向的規(guī)定等情況，這樣才可選出正確答案為B。

八、從實驗的器材、操作過程或結(jié)果中尋找隱含條件

在理論試題中，也有相當(dāng)多的題干條件看似不足，其實隱含在實驗器材、操作步驟和實驗結(jié)果之中，要求學(xué)生根據(jù)已有知識，挖掘這些隱含條件，從而得出正確答案，這有利于考查學(xué)生的實驗操作技能，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

例9 如圖所示電路，圖中1、2、3表示電流表或電壓表，請?zhí)钌细鞅黼娐贩�號．并�?biāo)出正、負(fù)接線柱的位置。

解析：判斷電表的類型，需了解器材的使用規(guī)則。電流表要串聯(lián)接入電路，電壓表要并聯(lián)接入電路。判斷時，可假設(shè)將改表處斷開，凡對電路結(jié)構(gòu)有影響的是電流表，沒有影響的是電壓表。答案如上圖。

九、選擇合適的方法

確定解題思路，根據(jù)題型特點，充分理解題意。采用合適方法，能很好地提高解題能力，常用的物理方法有控制變量法、等效法、轉(zhuǎn)換法、數(shù)據(jù)歸納法等。

例10 下表列出由實驗測定的幾種物質(zhì)的比熱容。認(rèn)真閱讀，你一定會有所發(fā)現(xiàn)，請?zhí)畛鋈我馊龡l：

（1）________________________________________；

（2）________________________________________；

（3）________________________________________。

解析：給表找規(guī)律時一般采用比較分析，綜合分析的方法，即可找一般規(guī)律如某種變大或變小的趨勢，共性等，也可找特殊規(guī)律。此表中12種物質(zhì)除煤油和冰比熱相同外，其他不同。說明不同物質(zhì)得比熱一般不同，這是共性。但冰和煤油不同物質(zhì)比熱相同這是特殊性質(zhì)。水、冰同種物質(zhì)，狀態(tài)不同，比熱容也不同。且可將物質(zhì)分為金屬、非金屬進(jìn)行比較。還可找比熱容最大的、最小的。

例11 用實驗研究決定電阻大小的因素，供選擇的導(dǎo)體規(guī)格如下表:

①要比較電阻與長度的關(guān)系應(yīng)選擇導(dǎo)線：_______________________；

②要比較電阻與橫截面積的關(guān)系應(yīng)選擇導(dǎo)線：_______________________；

③要比較電阻與材料的關(guān)系應(yīng)選擇導(dǎo)線：_______________________。

解析：本題中導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長度、材料、橫截面積三個物理量有關(guān)，要探究它們之間的關(guān)系，要采用“控制變量法”。要驗證猜想一，就要取不同的長度，相同材料和橫截面積的導(dǎo)線，所以應(yīng)選序號1、2，同理可選出另兩個猜想的序號。

答案：（1）1、2；（2）3、4；（3）1、3