資源簡介

第十七章　從指南針到磁浮列車
磁是什么
知識與技能：
1．知道磁體的磁極及磁極的相互作用。
2．知道磁化可以使一些物體獲得磁性以及生活中的一些磁化現象。
3．知道磁體周圍存在磁場。
4．知道磁感線可以用來形象地描述磁場，知道磁感線方向是怎樣規定的。
5．知道地球周圍有磁場以及地磁場的南北極。
過程與方法：
1．經歷觀察磁現象的過程，能描述其主要特征，有初步的觀察能力和信息交流能力。
2．經歷實驗觀察、總結類比的過程，學習從物理現象和實驗中歸納規律，初步認識科學研究方法的重要性。
情感、態度與價值觀：
1．通過了解我國古代的科技成就對航海事業的發展作出的貢獻，進一步提高學習物理的興趣。
2．通過感知磁場的存在，知道磁感線和地磁場，使學生養成良好的科學態度和實事求是的精神，幫助學生樹立探索科學的志向。
重點：磁場、用磁感線描述磁場。
難點：認識磁感線的特點。
多媒體課件、條形磁體2個、大頭針、鐵屑、支架、細繩、玻璃板、若干小磁針。
一、情景導入
每到播種季節，小明的爸爸就有一件很頭疼的事情，就是他家的種子中混有一些雜草的種子。但兩種種子在外表面上是不同的，農作物的種子比較光滑，不易吸附小顆粒物，而雜草的種子表面有許多絨毛，能夠吸附靠近它的小顆粒物。怎么把它們很快分離？正在爸爸束手無策的時候，機靈的小明很快利用一些鐵屑和一塊磁體就把農作物的種子和雜草的種子分離開來。你能說出他是怎么做的嗎？其中所含的物理道理是什么嗎？通過這節課的學習你就能明白其中的道理。
多媒體播放視頻：極光。(視頻詳見教學課件)
同學們知道美麗的極光的發生與地球的磁場有怎樣的關系嗎？在本節的內容中我們將找到答案。
傳說秦始皇統一六國后，為了自己逍遙作樂，建造了一座富麗堂皇的阿房宮。由于秦始皇曾經歷過幾次遇刺，雖都僥幸脫險，但仍使他整日提心吊膽，生怕再有人前來刺殺，因此在建造阿房宮時，他命令工匠在大門上安裝“機關”，使得身披鐵甲、懷揣利刃的刺客休想進入。
同學們知道聰明的工匠們是怎樣解決這一難題的嗎？學習了本節內容，我們便會找到答案。
二、合作探究
　認識磁現象
1．磁現象及磁極
同學們能說一說生活中用到磁的地方嗎？
教師多媒體展示：磁浮列車、指南針、冰箱的磁封……
　　
同學們交流討論磁是什么，有哪些性質？
(1)每個磁體都有兩個磁極，一個叫南極(S極)，另一個叫北極(N極)，自然界中不存在只有單個磁極的磁體，磁體上的磁極總是成對出現的，而且一個磁體也不能有多于兩個的磁極。同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。
(2)指南針靜止時，指南針的N極始終指向北方，S極始終指向南方。
2．磁化
教師按如圖所示的操作，將課前準備好的條形磁體接觸或靠近大頭針，觀察現象。
同學們交流討論觀察到的現象。(現象：發現大頭針被吸起，且被吸引的大頭針又能吸引其他大頭針)
我們把原來不顯磁性的物質通過靠近或接觸磁體等方式使其顯出磁性的過程叫磁化，能被磁化的物質叫鐵磁性物質，如鐵、鈷、鎳等。
磁化影響
在使用電腦的環境里，總免不了有其他用電設備和通訊設備。當這些設備工作時，就會成為一個電磁源，在周圍形成一個磁場并向外輻射電磁波，形成磁場的大小和輻射的強度由這些設備的功率決定。比如手機來電時會不斷地發射電磁波，這時我們就會發現在顯示器表面發生扭曲、晃動，畫面無法正常顯示等現象。
要了解顯示器磁化問題，必須先了解顯示器顯示的原理。當顯像管內部的電子槍陰極發出的電子束，經強度控制、聚焦和加速后變成細小的電子流，再經過偏轉線圈的作用向正確目標偏離，穿越蔭罩的金屬板或金屬柵欄，轟擊到一個內層玻璃涂滿了無數紅、綠、藍三原色熒光粉的屏幕上。電子束會使得這些熒光粉發光，而這些熒光粉就形成我們所看到的圖像畫面了。將這些紅、綠、藍三原色以不同的強度加以混合，就會產生各種色彩。
和磁化顯示器有關的就是那個偏轉線圈。它用于電子槍發射器的定位，通電后能夠產生一個強磁場，通過改變磁場強度來移動電子槍。這樣一來，在顯示器旁邊的電磁干擾源就會對偏轉線圈的磁場產生影響，會改變它的強度和方向。由于偏轉線圈的磁場強度和方向被擾亂，電子槍發射器的定位就會發生偏移，從而使射出的電子流偏離原來的軌道，輕則使畫面產生色斑，重則造成畫面的錯亂。
　磁場
(1)用細繩將一塊條形磁體懸掛起來，再用另一塊條形磁體靠近它，當兩磁體的磁極相對時，如N極與S極相對(如圖所示)，你會觀察到二者相互吸引，產生此現象的原因是異名磁極相互吸引。由此可知磁體之間沒有接觸，卻存在力的作用，是什么物質在傳遞著磁極間的相互作用呢？
(2)將鐵屑均勻地撒在玻璃板上，再將玻璃板放置在條形磁體上方，然后輕輕敲打玻璃板，觀察鐵屑的分布情況。如圖所示，我們發現鐵屑有規律地分布著，這是為什么呢？
同學們交流討論思考上述兩個小實驗中的問題，并得出結果。
(1)磁體的周圍存在著一種看不見、摸不著的物質，人們將其稱為磁場。磁體之間的相互作用正是通過磁場發生的。
(2)條形磁體異名磁極和蹄形磁體周圍的鐵屑分布圖像：
　
　磁感線
1．磁感線
將若干小磁針均勻地放置在條形磁體周圍，待小磁針全部靜止時，觀察小磁針N極的指向。
同學們交流討論觀察到的實驗現象。
把小磁針在磁場中的排列情況用一些帶箭頭的曲線畫出來，可以方便、形象地描述磁場，這樣的曲線叫做磁感線。
2．磁感線的分布規律
把玻璃板放在條形磁體上，在玻璃板上均勻撒上鐵屑，輕敲玻璃板，觀察現象。(前面實驗重做)
同學們交流討論觀察到的實驗現象，并試著在白紙上將鐵屑排成的曲線畫出來。畫出來之后仔細觀察這些線條的分布有什么規律？
(1)磁感線只是幫助我們描述磁場，是假想的物理模型，實際并不存在。
(2)磁體外部的磁感線都是從磁體的N極出發，回到S極。磁感線越密集，磁場越強。
(3)任何兩條磁感線都不能相交。
(4)磁感線是閉合的曲線。
(5)磁感線上任意一點的切線方向，與該點的磁場方向相同。
幾種磁體周圍磁感線的形狀：
　地磁場
小磁針周圍沒有磁體時，它的北極為什么總指北呢？指南針為什么永遠指南呢？
(1)地球周圍存在磁場，即地球是個大磁體。
(2)地磁場的形狀與條形磁體的磁場相似。
(3)地磁南極在地理北極附近，地磁北極在地理南極附近。
(一)指南針為什么會指南
我們知道磁極間的相互作用規律為：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。那么，地球本身就是一個巨大的磁體，它的南極和北極位于地球的兩端。根據磁極之間相互作用的規律，指南針的北極與地磁的南極相互吸引，指南針的南極與地磁的北極相互吸引。所以指南針靜止時，它的北極總是指向地球的北端，南極指向地球的南端。公元11世紀，我國科學家通過長期的觀察發現，指南針的指向并不是地球的正南和正北，而是略微偏離一點。也就是說，地球的兩極和地磁的兩極并不完全重合。地磁的北極在地理南極附近，地磁的南極在地理北極附近。意大利航海家哥倫布橫渡大西洋時(1492年)，才觀察到這一現象，比我國科學家發現要晚400多年。
(二)動物羅盤
有些動物有某種類似羅盤或導航儀的“儀器”，能夠幫助它們準確地確定方位。這種“儀器”被稱做“生物羅盤”。
綠海龜是著名的航海能手。每到春季產卵時，它們就從巴西沿海向坐落在南大西洋的“滄海一粟”——阿森松島游去。這座小島全長只有幾千米，距非洲大陸1 600 km，距巴西2 200 km。但是綠海龜卻能準確無誤地遠航到達。產卵后，夏初季節，它們又渡海而歸，踏上返回巴西的征途。據研究，綠海龜也是利用地磁場進行導航的。
在加勒比海沿岸水域生活著一種形體較大的節肢類動物——大鰲蝦，這種動物白天棲息在暗礁中，晚上出來活動覓食。讓科學家感到迷惑不解的是，這種動物在離開其巢穴一段距離后仍能準確無誤地找到自己的巢穴。它們是如何在漆黑一片的大海中找到歸途的呢？美國科學家發現它們體內有一個能辨認方向的“磁羅盤”。
每年深秋，數百萬的王斑蝶都要從美國和加拿大的棲息地遷徙到墨西哥中部山區越冬，行程可達3 200 km，堪稱昆蟲遷徙距離之最。但這些王斑蝶卻是前一年春季自墨西哥返回到北美等地區的王斑蝶后代，從未飛到過墨西哥，它們靠什么認路呢？人們曾經認為這些蝴蝶以太陽作為“指南針”來導航，但在烏云蔽日的天氣中它們照樣遷飛。研究人員在實驗室中對秋季王斑蝶進行測定發現，將王斑蝶放在正常的磁場中，它們朝西南方向飛行，與從美國東部向墨西哥方向遷飛的方向一致。而將其放在逆向磁場中，則紛紛朝東北方向遷飛。撤掉磁場時，則呈現漫無目標的亂飛狀態，這表明王斑蝶體內存在磁性物質，其遷飛方向與體內磁性物質有關。
第一節　磁是什么
磁是什么
完成本課時對應練習。
在本節的學習中，學生會遇到兩個難點：第一是磁場的概念，這是由于磁場看不見、摸不著，而又客觀存在，對初中學生不能深講，對這個問題，教師只有通過實驗、比喻讓學生領會。第二是磁感線，難在磁感線的本質究竟是什么，搞不清楚磁感線的分布情況。
這節課要取得較好的教學效果，關鍵是做好三個演示實驗。即(1)通過演示兩條形磁體的異名磁極相對時(不相互接觸)，二者相互吸引的現象，說明兩磁體之間存在力的作用，使學生知道磁體周圍存在著磁場；(2)通過演示條形磁體周圍、條形磁體異名磁極周圍以及蹄形磁體周圍鐵屑的分布情況，使學生知道磁場是有方向的；(3)通過演示條形磁體周圍均勻排列的小磁針靜止時N極的指向以及細鐵屑在磁場作用下有規則地排列，從而引入磁感線，使學生知道，磁體周圍有磁感線，形象而又方便地表示出磁極在磁場中各點所受磁力的方向。這三個實驗作為三個層次，是學生頭腦中初步建立磁場分布的物理圖景的基礎。

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