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牵牛花的茎缠绕原理  

2012-02-20 12:26:25|  分类: 疑难分析 |  标签: |举报 |字号 订阅

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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.
  大家都知道,植物具有向光性.植物的茎总是向上生长,做“负向地性运动”,以便得到阳光而进行光合作用;根总是向下生长,做“向地性运动”,以便得到水和养料.植物的这种向地性和负向地性运动,称为“向性运动”.
  植物之所以会产生向性运动,主要是生长素作用的结果.攀援植物的卷须和缠绕茎,在接触支持物的一面生长素含量少,植物生长较慢;而在不接触支持物的一面含生长素较多,植物生长较快,因此它们就螺旋式地缠绕在支持物上, 攀向高处去争取阳光和雨露。有趣的是,牵牛花向左旋转缠绕而上,其缠绕方向为逆时针方向旋转,即它的缠绕方向和生长方向有右手性的规律;而有些植物如金银花、菟丝花等始终向右旋转,其缠绕方向为顺时针方向旋转,即它的缠绕方向和生长方向有左手性的规律;而何首乌却是“随心所欲”地转头,有时左旋,有时右旋,也就是它的缠绕方向和生长方向是无手性的.
  
  那么,有手性的这些缠绕茎植物为什么会有固定的缠绕方向呢?
科学家最新研究表明,植物旋转缠绕的方向特性,是它们各自的祖先遗传下来的本能.远在亿万年前,有两种攀援植物的始祖,一种生长在南半球,一种生长在北半球.为了获得更多的阳光和空间,使自身生长发育得更好,它们茎的顶端就随时朝向东升西落的太阳.这样,生长在南半球植物的茎就向右旋转,生长在北半球植物的茎则向左旋转.经过漫长的适应、进化过程,它们便形成了各自旋转缠绕的固定方向.以后,它们虽被移植到不同的地理位置,但其旋转缠绕的方向特性却被遗传下来固定不变.
  那么,缠绕植物的茎的缠绕方向和生长方向跟螺线管中电流方向与其北极方向的关系是否相同?
  根据以上分析不难发现,牵牛花茎的缠绕方向和生长方向跟螺线管中电流方向与其北极方向有同一性.教材通过实验,探究出通电螺线管周围存在磁场,总结出通电螺线管的极性与电流方向之间的关系,即安培定则(又称右手螺旋定则).为了帮助同学们更好地理解和掌握安培定则,教材在“动手动脑学物理”中提出了观察和研究牵牛花的茎的问题,让同学们从生物知识角度,采用类比方法去感受安培定则的内容.通过观察和比较,同学们既学习了手性在物理中的应用,体会、领悟了科学的方法,同时,又可以培养同学们认识自然,探索自然奥秘的兴趣.

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