植物的向性主要是由生长素引起的。攀援植物的卷须和缠绕茎在接触支撑物的一侧生长素含量较少,植物生长缓慢。另一方面,不接触支架的一侧生长素较多,植物生长较快,于是螺旋缠绕在支架上,爬到高处争取阳光雨露。有趣的是,牵牛花旋转并向左缠绕,其缠绕方向为逆时针旋转,即其缠绕方向和生长方向有右旋规律(如图2);但有些植物,如金银花、菟丝子等,总是向右旋转,它们的缠绕方向是顺时针旋转的,即它们的缠绕方向和生长方向有一个左旋规律(图3);但何首乌是“随意”转头的,有时左转,有时右转,即其缠绕方向和生长方向是非手性的。
那么,为什么这些手性缠绕茎类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其祖先遗传的本能。亿万年前,两种攀缘植物的祖先,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,让自己更好的生长发育,它们的茎尖总是对着初升的太阳和落日。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,他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,但其旋转和缠绕的方向性特征是继承和固定的。
那么,缠绕在植物周围的茎的缠绕方向和生长方向是否与螺线管中的电流方向及其北极方向相同呢?
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《动手物理》中提出了观察和学习牵牛花茎的问题,让学生从生物知识的角度,类比感受安培定律的内容。通过观察和比较,学生不仅学会了手性在物理中的应用,而且认识到了科学的方法。同时,他们可以培养理解自然和探索自然奥秘的兴趣...
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