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第十七章　从指南针到磁浮列车
磁是什么
知识与技能：
1．知道磁体的磁极及磁极的相互作用。
2．知道磁化可以使一些物体获得磁性以及生活中的一些磁化现象。
3．知道磁体周围存在磁场。
4．知道磁感线可以用来形象地描述磁场，知道磁感线方向是怎样规定的。
5．知道地球周围有磁场以及地磁场的南北极。
过程与方法：
1．经历观察磁现象的过程，能描述其主要特征，有初步的观察能力和信息交流能力。
2．经历实验观察、总结类比的过程，学习从物理现象和实验中归纳规律，初步认识科学研究方法的重要性。
情感、态度与价值观：
1．通过了解我国古代的科技成就对航海事业的发展作出的贡献，进一步提高学习物理的兴趣。
2．通过感知磁场的存在，知道磁感线和地磁场，使学生养成良好的科学态度和实事求是的精神，帮助学生树立探索科学的志向。
重点：磁场、用磁感线描述磁场。
难点：认识磁感线的特点。
多媒体课件、条形磁体2个、大头针、铁屑、支架、细绳、玻璃板、若干小磁针。
一、情景导入
每到播种季节，小明的爸爸就有一件很头疼的事情，就是他家的种子中混有一些杂草的种子。但两种种子在外表面上是不同的，农作物的种子比较光滑，不易吸附小颗粒物，而杂草的种子表面有许多绒毛，能够吸附靠近它的小颗粒物。怎么把它们很快分离？正在爸爸束手无策的时候，机灵的小明很快利用一些铁屑和一块磁体就把农作物的种子和杂草的种子分离开来。你能说出他是怎么做的吗？其中所含的物理道理是什么吗？通过这节课的学习你就能明白其中的道理。
多媒体播放视频：极光。(视频详见教学课件)
同学们知道美丽的极光的发生与地球的磁场有怎样的关系吗？在本节的内容中我们将找到答案。
传说秦始皇统一六国后，为了自己逍遥作乐，建造了一座富丽堂皇的阿房宫。由于秦始皇曾经历过几次遇刺，虽都侥幸脱险，但仍使他整日提心吊胆，生怕再有人前来刺杀，因此在建造阿房宫时，他命令工匠在大门上安装“机关”，使得身披铁甲、怀揣利刃的刺客休想进入。
同学们知道聪明的工匠们是怎样解决这一难题的吗？学习了本节内容，我们便会找到答案。
二、合作探究
　认识磁现象
1．磁现象及磁极
同学们能说一说生活中用到磁的地方吗？
教师多媒体展示：磁浮列车、指南针、冰箱的磁封……
　　
同学们交流讨论磁是什么，有哪些性质？
(1)每个磁体都有两个磁极，一个叫南极(S极)，另一个叫北极(N极)，自然界中不存在只有单个磁极的磁体，磁体上的磁极总是成对出现的，而且一个磁体也不能有多于两个的磁极。同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
(2)指南针静止时，指南针的N极始终指向北方，S极始终指向南方。
2．磁化
教师按如图所示的操作，将课前准备好的条形磁体接触或靠近大头针，观察现象。
同学们交流讨论观察到的现象。(现象：发现大头针被吸起，且被吸引的大头针又能吸引其他大头针)
我们把原来不显磁性的物质通过靠近或接触磁体等方式使其显出磁性的过程叫磁化，能被磁化的物质叫铁磁性物质，如铁、钴、镍等。
磁化影响
在使用电脑的环境里，总免不了有其他用电设备和通讯设备。当这些设备工作时，就会成为一个电磁源，在周围形成一个磁场并向外辐射电磁波，形成磁场的大小和辐射的强度由这些设备的功率决定。比如手机来电时会不断地发射电磁波，这时我们就会发现在显示器表面发生扭曲、晃动，画面无法正常显示等现象。
要了解显示器磁化问题，必须先了解显示器显示的原理。当显像管内部的电子枪阴极发出的电子束，经强度控制、聚焦和加速后变成细小的电子流，再经过偏转线圈的作用向正确目标偏离，穿越荫罩的金属板或金属栅栏，轰击到一个内层玻璃涂满了无数红、绿、蓝三原色荧光粉的屏幕上。电子束会使得这些荧光粉发光，而这些荧光粉就形成我们所看到的图像画面了。将这些红、绿、蓝三原色以不同的强度加以混合，就会产生各种色彩。
和磁化显示器有关的就是那个偏转线圈。它用于电子枪发射器的定位，通电后能够产生一个强磁场，通过改变磁场强度来移动电子枪。这样一来，在显示器旁边的电磁干扰源就会对偏转线圈的磁场产生影响，会改变它的强度和方向。由于偏转线圈的磁场强度和方向被扰乱，电子枪发射器的定位就会发生偏移，从而使射出的电子流偏离原来的轨道，轻则使画面产生色斑，重则造成画面的错乱。
　磁场
(1)用细绳将一块条形磁体悬挂起来，再用另一块条形磁体靠近它，当两磁体的磁极相对时，如N极与S极相对(如图所示)，你会观察到二者相互吸引，产生此现象的原因是异名磁极相互吸引。由此可知磁体之间没有接触，却存在力的作用，是什么物质在传递着磁极间的相互作用呢？
(2)将铁屑均匀地撒在玻璃板上，再将玻璃板放置在条形磁体上方，然后轻轻敲打玻璃板，观察铁屑的分布情况。如图所示，我们发现铁屑有规律地分布着，这是为什么呢？
同学们交流讨论思考上述两个小实验中的问题，并得出结果。
(1)磁体的周围存在着一种看不见、摸不着的物质，人们将其称为磁场。磁体之间的相互作用正是通过磁场发生的。
(2)条形磁体异名磁极和蹄形磁体周围的铁屑分布图像：
　
　磁感线
1．磁感线
将若干小磁针均匀地放置在条形磁体周围，待小磁针全部静止时，观察小磁针N极的指向。
同学们交流讨论观察到的实验现象。
把小磁针在磁场中的排列情况用一些带箭头的曲线画出来，可以方便、形象地描述磁场，这样的曲线叫做磁感线。
2．磁感线的分布规律
把玻璃板放在条形磁体上，在玻璃板上均匀撒上铁屑，轻敲玻璃板，观察现象。(前面实验重做)
同学们交流讨论观察到的实验现象，并试着在白纸上将铁屑排成的曲线画出来。画出来之后仔细观察这些线条的分布有什么规律？
(1)磁感线只是帮助我们描述磁场，是假想的物理模型，实际并不存在。
(2)磁体外部的磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极。磁感线越密集，磁场越强。
(3)任何两条磁感线都不能相交。
(4)磁感线是闭合的曲线。
(5)磁感线上任意一点的切线方向，与该点的磁场方向相同。
几种磁体周围磁感线的形状：
　地磁场
小磁针周围没有磁体时，它的北极为什么总指北呢？指南针为什么永远指南呢？
(1)地球周围存在磁场，即地球是个大磁体。
(2)地磁场的形状与条形磁体的磁场相似。
(3)地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近。
(一)指南针为什么会指南
我们知道磁极间的相互作用规律为：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。那么，地球本身就是一个巨大的磁体，它的南极和北极位于地球的两端。根据磁极之间相互作用的规律，指南针的北极与地磁的南极相互吸引，指南针的南极与地磁的北极相互吸引。所以指南针静止时，它的北极总是指向地球的北端，南极指向地球的南端。公元11世纪，我国科学家通过长期的观察发现，指南针的指向并不是地球的正南和正北，而是略微偏离一点。也就是说，地球的两极和地磁的两极并不完全重合。地磁的北极在地理南极附近，地磁的南极在地理北极附近。意大利航海家哥伦布横渡大西洋时(1492年)，才观察到这一现象，比我国科学家发现要晚400多年。
(二)动物罗盘
有些动物有某种类似罗盘或导航仪的“仪器”，能够帮助它们准确地确定方位。这种“仪器”被称做“生物罗盘”。
绿海龟是著名的航海能手。每到春季产卵时，它们就从巴西沿海向坐落在南大西洋的“沧海一粟”——阿森松岛游去。这座小岛全长只有几千米，距非洲大陆1 600 km，距巴西2 200 km。但是绿海龟却能准确无误地远航到达。产卵后，夏初季节，它们又渡海而归，踏上返回巴西的征途。据研究，绿海龟也是利用地磁场进行导航的。
在加勒比海沿岸水域生活着一种形体较大的节肢类动物——大鳌虾，这种动物白天栖息在暗礁中，晚上出来活动觅食。让科学家感到迷惑不解的是，这种动物在离开其巢穴一段距离后仍能准确无误地找到自己的巢穴。它们是如何在漆黑一片的大海中找到归途的呢？美国科学家发现它们体内有一个能辨认方向的“磁罗盘”。
每年深秋，数百万的王斑蝶都要从美国和加拿大的栖息地迁徙到墨西哥中部山区越冬，行程可达3 200 km，堪称昆虫迁徙距离之最。但这些王斑蝶却是前一年春季自墨西哥返回到北美等地区的王斑蝶后代，从未飞到过墨西哥，它们靠什么认路呢？人们曾经认为这些蝴蝶以太阳作为“指南针”来导航，但在乌云蔽日的天气中它们照样迁飞。研究人员在实验室中对秋季王斑蝶进行测定发现，将王斑蝶放在正常的磁场中，它们朝西南方向飞行，与从美国东部向墨西哥方向迁飞的方向一致。而将其放在逆向磁场中，则纷纷朝东北方向迁飞。撤掉磁场时，则呈现漫无目标的乱飞状态，这表明王斑蝶体内存在磁性物质，其迁飞方向与体内磁性物质有关。
第一节　磁是什么
磁是什么
完成本课时对应练习。
在本节的学习中，学生会遇到两个难点：第一是磁场的概念，这是由于磁场看不见、摸不着，而又客观存在，对初中学生不能深讲，对这个问题，教师只有通过实验、比喻让学生领会。第二是磁感线，难在磁感线的本质究竟是什么，搞不清楚磁感线的分布情况。
这节课要取得较好的教学效果，关键是做好三个演示实验。即(1)通过演示两条形磁体的异名磁极相对时(不相互接触)，二者相互吸引的现象，说明两磁体之间存在力的作用，使学生知道磁体周围存在着磁场；(2)通过演示条形磁体周围、条形磁体异名磁极周围以及蹄形磁体周围铁屑的分布情况，使学生知道磁场是有方向的；(3)通过演示条形磁体周围均匀排列的小磁针静止时N极的指向以及细铁屑在磁场作用下有规则地排列，从而引入磁感线，使学生知道，磁体周围有磁感线，形象而又方便地表示出磁极在磁场中各点所受磁力的方向。这三个实验作为三个层次，是学生头脑中初步建立磁场分布的物理图景的基础。

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