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测量的初步知识
磁场
广西省南宁市第十四中陈丹宏
●○教材分析
小学自然课已接触过关于永磁体的磁现象,学生们平常摆弄过吸铁石,对磁现象并不陌生.但是,磁场的存在,用磁感线研究磁场的方向,电流的磁场等却是全新的,是比较抽象的知识.磁场和磁感线是贯穿全章的核心内容,是教学的重点.
磁场看不见,摸不着,很抽象,讲授的关键是:
第一,紧扣磁场的基本性质:
磁场对放入其中的磁体产生力的作用,且具有方向性;第二,做好演示实验,有层次地培养学生分析问题和进行抽象思维的能力;第三,类比空气流动成风,电流使灯丝发光和磁场对磁体有力的作用,说明看不见、摸不着的东西也是可以认识的,使学生认识磁场的存在,渗透科学思维方法.
本节内容多处涉及我国古代文明的辉煌成就,如指南针的发明,磁化法制作人工磁体的发明,磁偏角的论述等,充分利用这些资源可以向学生渗透高尚的爱国主义情怀和激发民族自豪感.
现代多媒体技术也可以通过本节课的内容发挥出它不可忽视的作用,如通过实物投影仪的展示,可以将小磁针的偏转,小铁屑的排布等以往很难顾全全体学生观察的实验转化成了全体学生都易于观察到的现象,为学生从实验中领悟真知提供了很好的依据.
●○教学目标
知识与技能
①知道磁体周围存在磁场,知道磁感线可用来形象描述磁场,知道磁感线的方向怎样确定的;
②知道地球周围有磁场以及地磁场的南、北极.
过程与方法
①回顾简单磁现象;
②观察磁体之间的相互作用,感知磁场的存在.
情感、态度与价值观
通过了解我国古代对磁的研究方面取得的成就,进一步提高学习物理的兴趣.
●○重点与难点
重点:
磁场的存在,用磁感线描绘磁场的分布.
难点:
如何认识磁场的存在.
●○教学准备
教师:
条形磁铁、蹄形磁铁、小磁针、铁屑、实物投影仪、电脑、多媒体课件.
学生:
废旧磁铁、大头钉、别针、钢锯片、钢制小刀、小铁钉、铜片、镍币、铝片、玻璃片、木片、纸片等.
●○教学流程
引入新课→提出问题→讨论猜想→实验探究→分析论证→实际应用→小结.
●○板书设计(多媒体课件显示)
第八章电与磁
第一节磁场
导入新课
通过讲故事的形式引入.
(多媒体课件展示故事内容)
进行新课
一、简单的磁现象
结合学生在小学阶段已学过的简单的磁现象,让学生回忆:
平时摆弄磁铁时看到过哪些磁现象,磁铁有什么特性.
(演示)把一些大头针平铺在一张白纸上,将一块条形磁铁平放在大头针上,然后手捏磁铁中部慢慢提起并轻轻抖动.
介绍磁极.
(演示)用一根线把条形磁铁平挂悬空,使它自由转动后静止,根据它的指向,介绍磁体的南北极.
结合课本提及的罗盘和司南介绍指南针的发明和发展.
联系磁体的分类.
用实验演示课本P47的磁现象说明磁极间的相互作用.
联系磁化方法在我国古代的应用,介绍磁化现象,演示条形磁铁让无磁性铁棒磁化的实验.
二、磁场及磁感线
(演示)将一小磁针静放讲台,用—条形磁体靠近,小磁针偏转.引入磁场及其性质.
(结合多媒体课件展示)
结合“想想做做”说明磁场的方向性.
启发思考:
如果放在磁铁周围的不是几个小磁针,而是许多的小磁针,情况会怎样?
(实验演示,结合投影仪)
如果把小磁针换得更小更多(小铁屑),情况又会怎样?
(用小铁屑演示,结合投影仪)
引入磁感线的概念和特点.
(结合课件展示条形磁体和蹄形磁体的磁场分布)
结合教材P49“想想议议”加深学生对磁感线方向的理解.
三、地磁场
(演示)水平面内自由转动的小磁针,静止时总有相同的指向.
引入地磁场的概念和方向.
(结合多媒体课件展示)
介绍地磁场的有关史料(特别是我国古代科学家沈括的事迹).
四、补充思维拓展题
(课件演示设问):
两块外形一样的条形金属块,可采用哪些办法鉴别出其中的磁体?
布置课外阅读科学世界的内容:
动物罗盘.
五、布置作业
课本P50~51:
l,2,3,4.
引入新课
师:
在我国的古书《史记封禅书》中记载了这样一个故事:
汉武帝虽然雄才大略,但是晚年却很迷信.有一天,宫外有位自称叫奕大的人求见,说是有宝物要献给皇帝.汉武帝一听,马上召见.只见奕大从怀中取出一对棋子,说这叫斗棋,放在一起能争斗不已.汉武帝命人拿来棋盘,奕大把两只棋子靠近摆在一起,果然能够“相拒不休”(就是不断排斥).一会儿,奕大又换了个法子,两只棋又相互吸引不肯分开.这个玩意儿可把皇帝给逗乐了,他马上下令封奕大为“五利将军”.
(多媒体课件展示故事内容)
同学们,如果你是奕大,你会用什么来做那两只棋子呢?
生(立即齐声):
磁铁!
讲授新课
一、磁现象
师:
看来同学们对磁铁和磁铁的特点都很熟悉啊.小学的时候,你们就学过了简单的磁现象,也摆弄过磁铁,请大家说说磁铁与别的物体的最大区别是什么呢?
生:
磁铁可以吸铁.
师:
为了加深认识,请同学们利用课前准备的磁铁和其他各种物品再来亲手验证一下,磁铁所具有的吸铁的特性.
(学生利用课前收集的废旧磁体如舌簧喇叭里的圆柱形磁铁,玩具四驱车马达里的磁铁,旧磁性笔盒里的条形磁铁、蹄形磁铁等和准备好大头钉,别针,钢锯片,钢制小刀,小铁钉,铜片,镍币,铝片,玻璃片,木片,纸片等做小组实验)
(教师巡堂观察,控制时间不宜过长)
师:
现在,请同学们结合实验再说说有什么新发现?
生:
磁铁并不能吸引所有的物体,玻璃、木片、纸这些是不行的,有些金属物体也不行,比如铜、铝就不行.
生:
但磁铁不仅能吸起铁制的物体,还能吸钢制的物体.
生:
好像还能微弱地吸引镍币.
师:
对,事实上磁铁还能吸引镍以及钴等金属,但我们平时最常见的是磁铁吸引钢和铁这类物体.
所以,在物理学里,人们便把像磁铁所具有的这种能够吸引钢铁类物质的性质称为磁性,而具有磁性的物体统称为磁体.
师:
磁铁各部分吸引铁的能力一样吗?
(演示:
把一些大头针平铺在一张白纸上,将一块条形磁铁平放在大头钉上,然后手捏磁铁中部慢慢提起并轻轻抖动)
同学们观察到了什么现象?
生:
磁铁两端附近吸引的大头针最多,而中部没有吸附大头针.
师:
(归纳)磁体两端吸引钢铁的能力最强,人们把这两个部位叫做磁极,也就是磁性最强的地方.请大家根据刚才的实验把课本P47图8.1-4中图甲下的空栏填完整.
师:
请大家阅读课本P46第一段和第二段的内容,然后说说我国古代使用的磁体有哪些?
生:
有春秋时期最早发现的天然磁铁矿.
师:
(补充)据史学家考证,古人发现的磁石多是一种以四氧化三铁为主要成分的天然磁体.古代称磁铁矿为慈石,意思是铁的母亲,用慈爱来描述磁石吸铁的现象.
生:
还有我国古代四大发明之一的指南针.
师:
(利用课件展示司南和罗盘的图片)我国最早的指南针——司南是把天然磁石磨成勺子的形状,放在一个水平光滑的“地盘”上制成的,静止时它的长柄指向南方.后来人们又用磁针制成了更能准确测定方位的罗盘,明朝郑和率船队下西洋时就用到了它.我国不但是最早发明指南针的国家,也是最早把指南针用于航海的国家,这在人类文明史上有着非常重大的意义.现代航海也依然沿用着由古代罗盘不断改进的新式罗盘.
师:
从指南针身上,你除了能看出磁体具有吸铁的特性外,还有什么重要特性吗?
生:
能够指示方向.
师:
对,指南针便是因为能够指示出方向而得名的.不光指南针,别的磁体也有类似的特性.
(演示:
用一根线把条形磁铁平挂悬空,使它自由转动后静止;再把它转动180度,它仍要回到原来静止时的位置)
师:
物理学里,把能够自由转动的磁体,静止时指南的那个磁极叫做南极,又叫S极;指北的那个磁极叫做北极,又叫N极.
师:
磁极间的相互作用是怎样的?
怎样来表述呢?
(演示:
将两条形磁铁中部绕绳挂起,分别将它们的S极和N极靠近,再将N极和N极靠近)
请同学们将观察到的现象填入课本P47图8.1-4图乙和图丙下的空栏处.
师:
回忆一下我们课前的小故事,奕大用磁体做出的斗棋,为什么既能相互排斥,又能相互吸引呢?
生:
就是利用了磁极间的相互作用.异名磁极相互吸引,同名磁极相互排斥.
师:
刚才我们主要讨论了古代的磁体,接下来,请同学们说说现代生活中还有哪些磁体的应用呢?
生:
磁性笔盒里装有方形磁铁,舌簧喇叭里装有圆柱形磁铁.
生:
冰箱门框的夹层里装有磁铁,高层建筑擦外层玻璃窗的刷子里装有磁铁.
生:
在机场和一些重要场所,装有磁探测仪,任何铁磁性物质从门中经过,蜂鸣器就会发出呜叫,发现携带者.
师:
大家谈到了那么多的磁体,那你们可不可以给谈到的磁体作一个简单的分类呢?
生:
除了天然的磁铁矿石外,其余的都是人造的磁体.
师:
对,所以我们可以把磁体分为天然磁体和人造磁体两类.
天然磁体可以直接挖掘采集获得,那么有没有同学知道人造磁体是怎么获得的呢?
生:
磁化后获得.
师:
怎么描述你们所说的磁化呢?
生:
(哑言)
师:
(因势利导)(演示:
把条形磁体靠近一无磁性的铁块,铁块也能吸引大头针了)
物理学里,把一些物体在磁体或电流的作用下获得磁性的现象叫做磁化.用磁化的方法制造人造磁体是我国首创的,欧洲人至少经过了400年后才学会这种方法.北宋以前,我国就用磁化法发明了指南鱼,后来又发明了指南龟,它的结构原理已十分接近现代的指,南针了.钢针磁化后,也可以用来制作指南针,你能磁化钢针吗?
请同学们课后参照课本P50的探究内容:
“磁化钢针”和P5“动手动脑学物理”的第3小题的介绍,自制一个指南针.在以后的活动课中我们再集中交流讨论,看谁想出的磁化办法最多,谁的指南针做得最好.
师:
但磁化有利也有害.许多物体都容易磁化.机械手表磁化后,走时不准;彩色电视机显像管磁化后,色彩失真;电脑显示器磁化后,轻则使画面产生色斑,重则造成画面的错乱.
二、磁场及磁感线
师:
接下来,我们还是回到“五利将军”的斗棋故事上.奕大的磁性棋子并没有接触,为什么会相互排斥或吸引呢?
类似地,请同学们再观察一个现象.
(实物投影仪演示:
用一条形磁铁的S极靠近小磁针,小磁针发生了偏转,磁极的指向不再指南北了)
为什么小磁针会发生偏转呢?
生:
受到了力的作用.
师:
这个力是谁施加给它的呢?
生:
(哑言)
师:
历史上,对这个问题的解释曾经有两种对立的意见.一种认为磁体产生的磁力可以超越空间相互作用,这就是超距说.另一种认为任何力都是物质与物质间的作用,磁力只有经过某种物质的帮助,甚至还需要经过一定时间的传递才能作用在另一个物体上.这种学说叫近距说.这种传递磁力的物质是什么呢?
直到19世纪末,科学家们才证实它是磁场.
(展示关于磁场的课件:
在磁体周围时隐时现一些小人,小人能说话,我叫磁场,是我对小磁针发生了力的作用,但我是不能被看见的)
师:
磁场是一种客观存在着的物质,和生活中的一些物质类似,比如说空气、电荷等,都是看不见、摸不着的.但这类物质人们依然可以通过借助别的有形物体来认识它们,如空气流动形成的风可以吹动树叶,电流通过灯丝能使灯泡发光等.同样的,我们也可以借助一些别的物体来认识磁场.刚才小磁针偏转的实验就说明了,对小磁针产生磁力作用的就是磁体周围的磁场.“五利将军”斗棋的奥秘你现在能解释了吗?
生:
两个带磁性的棋子,通过磁场产生了磁力的作用.
师:
(重复一次上面的实验)大家再观察一遍实验,看看还能发现什么问题吗?
生:
小磁针停止偏转之后仍然会静止下来,磁极仍有一定的指向,只是不再是原来的南北指向了.
师:
再仔细观察,小磁针磁极的新指向与条形磁体的磁极方向有什么关系吗?
生:
小磁针的N极靠近磁体的S极,小磁针的S极靠近磁体的N极.
师:
这种现象符合我们前面提到的哪个结论?
生:
异名磁极相互吸引,同名磁极相互排斥.
师:
好,接下来,请同学们利用逆向思维的方法,按照课本P48“想想做做”的描述,看看能不能利用小磁针的指向探测一根条形磁体的磁极.实验小组之间进行比赛,看哪个小组探测得又快又准.
(学生分组实验,教师巡堂观察)
师:
请做得最快最好的小组成员上讲台利用实物投影仪展示实验过程.大家鼓掌欢迎.
(学生展示)
师:
(实物投影仪演示:
把5只小磁针分别放在条形磁体周围不同的地方)请大家观察小磁针指示的方向相同吗?
生:
不相同.
师:
小磁针处在磁场的不同位置,在磁场的作用下有不同的指向,能够说明什么问题呢?
生:
磁场是具有方向的.
师:
对.为了方便描述磁场的方向,在物理学中,人们把小磁针静止时北极所指的方向定为那点的磁场方向.
如果在磁体的周围放更多的小磁针,这些小磁针在磁场的作用下会排列起来,这样我们就能知道磁体周围各点的磁场方向了.
(实物投影仪演示:
在条形磁铁的周围放置一圈小磁针,观察小磁针N极的指向)
如果放在条形磁铁周围的不只是一圈小磁针,而是许许多多小磁针,情况又会怎样呢?
(实物投影仪演示:
在条形磁铁上放一块玻璃,并在玻璃上均匀地撒些小铁屑,轻敲玻璃片,让学生观察)
同学们观察到了什么现象?
生:
铁屑转动,排出了一个特殊的形状.
师:
铁屑在磁场中被磁化后,成为了一个个小磁针,它们受到磁力的作用,从无序变为有序,形象直观地呈现出了磁场的分布情况.如果让你用做图的方法把这样的形状描绘下来,你会用什么样的线条来表示?
生:
曲线.
师:
好,请同学们自己动手画一画,看谁画得最快又最形象?
(教师巡视,将画法最接近课本的一些同学的图通过实物投影仪展示)
师:
你们都是非常棒的物理研究者.因为在物理学里,人们也是和你们一样依照铁屑在磁场中的排列情况,画出了一些曲线,用来形象地描述磁场的分布情况,这样的曲线叫做磁感线.
(实物投影仪展示课本上的条形磁体和蹄形磁体的磁感线)
请同学们看看物理学里的磁感线和你自己画的曲线有什么不同?
小组同学交流讨论一下,从图上你能看出磁感线分布有哪些规律吗?
等一下请小组代表发言.
生:
磁感线上标有箭头,我自己画的没有.
师:
那请你想想这些箭头的作用是什么呢?
生:
应该是为了表明磁场是有方向的.
师:
对,所以有方向的曲线我们才能称之为磁感线.
生:
磁感线在靠近磁极的地方比较密,在远离磁极的地方比较疏.
师:
很好,请你说说磁感线的疏密能够体现磁场的什么特点呢?
生:
磁场是有强弱的,越靠近磁极的地方磁场越强.
师:
非常好,磁感线的疏密可以表现磁场的强弱.还有没有别的小组有新的发现?
生:
磁感线也不全部是曲的,也可以有直线在里面,像蹄形磁体的磁感线里就有.
生:
磁体不同,磁感线的形状也不同,像条形磁体和蹄形磁体周围的磁感线就不一样.
师:
你们的发现都非常好,也都是正确的结论.老师还要补充的是,磁场是客观存在的一种物质,但磁感线只是为了形象地描述磁场而引入的一种假象的曲线,实际上是并不存在的.此外,磁场存在于磁体周围的整个立体空间,因此磁感线的分布也必然是立体的,纸面上画的磁感线的分布,只是反映了所选取的磁场某一剖面的磁感线分布.
师:
刚才大家提到了磁感线的方向性.请大家再想想,在磁感线上标出的箭头,方向应该怎样标才合适呢?
小组讨论一下,并完成课本P49图8.1-8的“想想议议”内容.
(抽取两个,小组的代表将书面结果通过实物投影仪展示)
师:
为什么你们都选取了使箭头从N极标向S极的办法?
生:
因为磁感线的方向体现的是磁场的方向,而按照物理学的规定,把小磁针静止时北极所指的方向定为那点的磁场方向.我们把箭头的方向看作是小磁针北极的指向,就得出了磁感线上的箭头都是从磁体的N极指向S极的画法.
师:
非常好.也就是在磁体周围,磁感线都是从N极出发,回到S极.
其他同学同不同意他们的画法?
生:
同意!
三、地磁场
师:
接下来,请同学们继续观察实验.能水平转动的小磁针就是指南针.
(演示:
一根支起的小磁针,附近没有磁体或铁器的影响,小磁针静止时总是指示南北向.用手把小磁针拨到东西向)
放手后小磁针会怎样?
生:
小磁针仍转回原来的南北指向.
师:
小磁针为什么会发生转动呢?
生:
受到磁场的作用.
师:
但是在小磁针附近并没有放置磁体,为什么会有磁场存在呢?
生:
(预习效果)地磁场.
师:
对,因为地球本身也是一个大磁体,地球周围也存在着磁场,人们称之为地磁场.小磁针正是在地磁场的作用下指示出南北向的,世界各地都是如此.除了指南针受地磁场的作用外,来自太阳的高速粒子流也在地磁场的作用下飞向地球的两极,与空气中的分子、原子作用,形成了绚丽的极光.(请学生观看本章首页插图)
如果在地球表面及空中的不同位置测量地磁场的方向,也可以画出地磁场的磁感线.(课件展示地磁场的磁感线的示意图,参照课本P49图8.1-9))
请同学们看看,地磁场的形状与哪种磁体的磁场很相似?
生:
条形磁体.
师:
小磁针的两个磁极指示的方向我们通常描述为地理的南北方向,如果把地球近似看作一个巨大的条形磁体的话,请同学们说说,地理的南北两极和地磁的南北两极方向是相同还是相反呢?
生:
相反.
师:
根据是什么?
生:
异名磁极相互吸引,同名磁极相互排斥.
师:
对.但还要请同学们注意的是,地理的两极和地磁的两极并不重合,也就是小磁针所指的南北方向与地理的南北方向稍有偏离.地理南极附近为地磁北极,地理北极附近为地磁南极.世界上最早记述这一现象的人是我国宋代学者沈括,这个发现比西方早了400多年.他当时描述的指南针指向为“略微偏东,不全南”,即指南针指的并不是正南方,而是略微偏东.这个偏差,在现代科学技术里可以用磁偏角来描述.
地磁场究竟是怎样产生的,这个问题已经研究了多年,至今没有满意的答案.只是发现大气上层和地壳中流动着的各种电流都能影响地磁场的变化.一些人造卫星和宇宙空间实验站在飞行期间都十分注意对地球磁场的结构、性质等进行研究.有兴趣的同学可以课后自行查阅资料探究,在学习了下一节电流的磁场以后,也许你会为此多一份猜想.
四、补充思维拓展题
师:
最后,请同学们根据本节课的学习内容来想办法帮老师解决一个问题.
(课件展示:
如果有两块外形一样的条形金属块,其中一块是磁体,可以采用什么办法将它鉴别出来呢?
)
生:
分别拿它们去吸引大头钉,观察哪个能吸起大头针.(吸铁性)
生:
分别把它们用绳悬吊起来,转动后看哪个具有一定的指向.(磁体指向性,地磁场)
生:
手拿其中一块金属块,用它的一端去靠近另一块的中部,能出现明显吸引现象的话,手上那块就是磁体.(磁体两端磁性最强)
生:
分别拿它们去靠近别的已知磁体,能出现吸引或排斥现象的那块也为磁体.
(磁极间的相互作用)
生:
分别在它们上面架玻璃板,并撒上小铁屑,轻轻抖动玻璃板,看哪个能显示出一定形状.(磁体周围存在磁场)
师:
课后,请同学们自行阅读课本P5“科学世界”的内容,了解有趣的现象.同时还可以通过上网查询等方式,了解更多的磁现象.
五、布置作业
课本P50~51:
1,2,3,4.
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