自然界中植物茎分为直立茎、缠绕茎和攀援茎,它们都起着连接根和叶的桥梁作用,并在根和叶之间不停地传送着营养物质 。像本身细长而柔软,不能直立只能缠绕在其他物体上向上生长的那种茎叫做缠绕茎,如牵牛花、金银花的茎 。我们都知道,植物有向光性 。植物的茎总是向上生长,做“负向地性运动”,以获得光合作用的阳光;根系总是向下生长,做“向地性”以获取水分和养分 。植物的这种向地性和负向地性称为“向地性” 。植物之所以具有向性,主要是生长素的作用结果 。攀援植物的卷须和缠绕茎在接触支架的一侧生长素含量较少,植株生长缓慢 。另一方面,不接触支架的一侧含有更多的生长素,植物生长更快,所以它们绕着支架盘旋,为了阳光和雨水爬得更高 。有趣的是,牵牛花向左旋转并向上缠绕,其缠绕方向为逆时针方向,即其缠绕方向和生长方向有右旋规律(图2);然而,一些植物如金银花 。和菟丝子 。总是向右旋转,它们的缠绕方向是顺时针的,即它们的缠绕方向和生长方向都有左旋的规律性(如图3所示);何首乌 。随意转动它的头,有时用左手,有时用右手,也就是说,它的缠绕方向和生长方向都是非手性的 。
那么,为什么这些具有手性的植物有固定的缠绕方向呢?科学家的最新研究表明,植物旋转和缠绕的方向性特征是它们各自祖先遗传的本能 。亿万年前,攀援植物有两个祖先,一个在南半球,一个在北半球 。为了获得更多的阳光和空的空间,让自己长得更好,它们的茎尖总是面对着升起和落下的太阳 。这样,生长在南半球的植物茎向右旋转,而生长在北半球的植物茎向左旋转 。经过漫长的适应和进化过程,它们形成了自己固定的旋转和缠绕方向 。后来虽然移植到不同的地理位置,但其旋转缠绕的方向性特征得到了继承和固定 。
那么,茎缠绕植物的缠绕方向和生长方向与螺线管中的电流方向及其北极方向之间的关系是否相同?【牵牛花的茎】
根据以上分析不难发现,牵牛花茎的缠绕方向和生长方向与螺线管中的电流方向及其北极方向一致 。教材通过实验探索通电螺线管周围的磁场,总结通电螺线管的极性与电流方向的关系,即安培定律(也称右手螺旋定律) 。为了帮助学生更好地理解和掌握安培定律,教材在《用手和脑学物理》中提出了观察和研究牵牛花茎的问题,让学生从生物知识的角度通过类比感受安培定律的内容 。通过观察和比较,学生学会了手性在物理中的应用,体验和理解了科学方法,同时培养了学生认识自然、探索自然奥秘的兴趣...