教科版物理磁性.doc

教科版：三年級下冊教師用書(修訂版)作者：編寫組 文章來源：本站原創(chuàng) 點(diǎn)擊數(shù)： 30460 更新時間：2008-2-20四、評價建議 1.對科學(xué)概念的認(rèn)識和理解的評價。 能否正確認(rèn)識磁鐵的磁性、磁極、磁極間的互相作用、指示南北的特性。在有關(guān)磁鐵性質(zhì)的表述中能否正確使用這些概念性詞語。 對磁鐵某一個具體的用途，是否知道是應(yīng)用了磁鐵的什么性質(zhì)。 評價可在教學(xué)過程中即時評價，也可在單元結(jié)束時采用回顧總結(jié)或書面自測的形式作出評價。 2.對科學(xué)探究態(tài)度和精神的評價。 是否積極參與研究磁鐵性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)活動，認(rèn)真觀察，如實(shí)記錄。 能否主動合作共同完成實(shí)驗(yàn)和制作任務(wù)。能否注意傾聽同伴發(fā)言，積極表達(dá)個人見解。 評價要穿插在教學(xué)過程中。教師要有針對性地對小組集體進(jìn)行鼓勵評價，也可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)記錄表來評價。 3.對探究能力的評價。 實(shí)驗(yàn)操作方法和步驟是否符合要求，能否對實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)和證據(jù)進(jìn)行分析，得出恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。能否提出與研究課題有關(guān)的問題。 評價應(yīng)在教學(xué)過程中適時進(jìn)行。 4.對解決簡單問題能力的評價。 對辨別物體是不是由鐵材料制成的，尋找磁鐵、磁針的南北極，用指南針定方向等活動進(jìn)行評價。評價應(yīng)在教學(xué)過程中適時進(jìn)行。 5.對動手能力的評價。 對學(xué)生制作指南針的過程和作品進(jìn)行評價。可通過展示作品、介紹作品，師生共同評價。評價要鼓勵學(xué)生的創(chuàng)造性。五、參考資料 磁性 磁性是物質(zhì)的一種屬性。人們發(fā)現(xiàn)一種天然礦石Fe3O4.，就具有吸引鐵、鎳、鉆等物質(zhì)的性質(zhì)。后來還發(fā)現(xiàn)，這種磁性不僅物體有，通電導(dǎo)線也有，并且磁體之間、磁體和電流之間、電流和電流之間都有相互吸引和排斥的磁性作用。電和磁有密切聯(lián)系，磁性起源于電流或物質(zhì)內(nèi)部電子和原子核的運(yùn)動。 所有物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的，原子的中心是原子核，在原子核外軌道上繞著原子核運(yùn)動的是電子。電子繞原子核運(yùn)動時，自身也在做自旋運(yùn)動。運(yùn)動的電子會產(chǎn)生磁場，正是原子中電子的自旋運(yùn)動和軌道運(yùn)動，使得每一個原子相當(dāng)于一個微小的磁體。 在絕大多數(shù)的材料中，原子磁場的指向是雜亂無章的，結(jié)果使得各個原子磁場的作用幾乎被完全抵消。所以，絕大多數(shù)材料的磁性是很微弱的，通常無法檢測到。而在某些材料中，各個原子的電子自旋產(chǎn)生的磁場彼此排列得很整齊。幾十億個原子組成一個集團(tuán)，其中所有的原子產(chǎn)生的磁場都排列整齊，這樣的集團(tuán)叫“磁疇”。磁疇作為一個整體，它的作用就像一個小磁鐵。這種材料未被磁化時，磁疇的指向是雜亂無章的，磁疇產(chǎn)生的磁場的作用彼此抵消，這時材料不顯示磁性。材料被磁化后，其中所有的磁疇或大部分磁疇都沿著相同的方向排列，材料就顯示出磁性了。 具有磁性的物體叫磁體。磁鐵礦是人們最早發(fā)現(xiàn)的天然磁體。磁體也可以利用鋼或其他合金及非金屬磁性材料用人工方法制成，我們所見到的磁體可以說都是人工制造的。每一個磁體上都有兩個地方顯示的磁性最強(qiáng)，這就是“磁極”，一個能夠自由轉(zhuǎn)動的磁體，靜止時，必定一個磁極向南，一個磁極向北，這就是磁鐵的指向性。磁極相互靠近，同性磁極相斥，異性磁極相吸。如果把一個磁體折成兩段，折斷的磁體仍有一端為北極，另一端為南極，兩段各成為一個磁體。如果繼續(xù)折斷，這種情形將繼續(xù)下去。所以磁體總是兩極同時存在，在自然界中沒有獨(dú)立存在的磁南極和磁北極。磁場 磁體間不接觸卻能發(fā)生相互作用，這是怎么回事？人們經(jīng)過長期的研究，認(rèn)識到磁體間的相互作用是通過磁場而發(fā)生的。磁體周圍的空間跟非磁體周圍的空間不同，磁體周圍的空間存在著磁場。磁場的基本性質(zhì)，就是它對其中的磁體、電荷或電流產(chǎn)生力的作用，這種力稱為磁力。磁場是有方向的，人們用磁感線形象地表示出磁場周圍各點(diǎn)的磁場方向，磁鐵周圍的磁感線都是從磁鐵的北極出來，回到磁鐵的南極。磁場中不同的位置磁場方向不同，強(qiáng)度也不同，它的大小取決于磁極的強(qiáng)度，也跟距磁體的距離有關(guān)(和距離的平方成反比)。磁力通過磁場而發(fā)生作用，所以不需要物體互相接觸。 磁鐵能吸引鐵質(zhì)物體，是因?yàn)殍F質(zhì)物體在磁鐵的磁場中被磁化了。鐵質(zhì)物體靠近磁鐵S極一端為N極，遠(yuǎn)端為S極。若靠近磁鐵N極，則近端為S極，遠(yuǎn)端為N極。這樣一來就相當(dāng)于兩個磁鐵在相互吸引。所以磁鐵吸引鐵質(zhì)物體實(shí)質(zhì)上是磁極間的相互作用。 磁場可以穿透一些物體，就是通常說的磁鐵隔著東西也能吸鐵。實(shí)際上，這要分兩種情況：一是隔著非磁性物質(zhì)，如紙、塑料等，它們不會影響磁鐵磁場的大小和方向；二是隔著磁性物質(zhì)如鐵片，它要影響磁鐵磁場的大小和方向。因鐵片厚薄、形狀和具體隔法不同，對磁場的影響也不相同。有時表現(xiàn)為“導(dǎo)磁”，如磁鐵吸起一串回形針；有時表現(xiàn)為“隔磁”，如在蹄形磁鐵兩極間吸一塊鐵板，再隔著鐵板吸鐵釘，磁力會大大減小。地磁場 英國女王的宮廷醫(yī)生吉爾伯特(15401603年)首次證實(shí)地磁場的存在。地球本身相當(dāng)于一個大磁體，但強(qiáng)度很弱。地磁北極在地理南極附近，地磁南極在地理北極附近，地磁兩極與地理兩極的位置稍有差異。地磁北極約在南緯67，東經(jīng)143處；地磁南極約在北緯75，西經(jīng)101處。地磁南、北極的位置并不是固定不變的。地磁場方向與地理南北方向的夾角叫磁偏角。地磁場方向與水平方向的夾角叫磁傾角。某處地磁場的水平強(qiáng)度、磁偏角和磁傾角合稱為“地磁三要素”，知道這三個量就可確定該處地磁場的大小和方向。磁性材料 磁性材料是指具有強(qiáng)磁性的材料。這類材料微觀特征是相鄰原子或離子磁矩呈有序排列，從而顯示出鐵磁性或亞鐵磁性。宏觀特征是外磁場作用下具有明顯的磁化強(qiáng)度。 按化學(xué)成分分類，基本上可分為金屬磁性材料與非金屬磁性材料(鐵氧體)兩大類。 1.金屬磁性材料。這類材料主要是鐵、鎳、鈷元素及其合金，如鐵硅合金、鐵鎳合金、鐵鈷合金、鉑鈷合金、錳鋁合金，等等。通常用于大功率電力工業(yè)，例如硅鋼片廣泛用作電力變壓器。金屬永磁材料可以制成體積小、重量輕的永磁器件，宜用于宇航等空間科技領(lǐng)域，其缺點(diǎn)是鎳、鈷以及稀土金屬價格貴，材料來源少。 2.鐵氧體。這類材料是指以氧化鐵為主要成分的磁性氧化物，因其制備工藝沿襲了陶瓷和粉末冶金的工藝，有時也稱為磁性瓷。大多數(shù)為亞鐵磁性，在高頻、微波、光頻段應(yīng)用時顯出其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 按應(yīng)用情況分類，大體上可分為6類。 1.永磁材料，又名硬磁材料，如鋁鎳鈷系合金、錳鋁系合金、鐵鉻鈷系合金以及鋇鐵氧體、鍶鐵氧體等。常用于制作永久磁體。 2.軟磁材料，主要有純鐵、鐵硅合金系、鐵鎳合金系、錳鋅鐵氧體、鎳鋅鐵氧體等。在電力工業(yè)中主要是做變壓器、電動機(jī)與發(fā)電機(jī)的磁性材料，在電子工業(yè)中制成各種磁性元件，廣泛地應(yīng)用于電視、廣播、通信等領(lǐng)域。 3.矩磁材料，主要有鋰錳鐵氧體，錳鎂鐵氧體等。用在電子計算機(jī)和自動控制技術(shù)中，常作為記憶元件、開關(guān)和邏輯元件等。 4.旋磁材料，常用石榴石型鐵氧體、鋰鐵氧體等?？芍谱鞲鞣N類型的微波器件，如隔離器、環(huán)流器、相移器等。 5.壓磁材料，常用鎳片、鎳鐵氧體等。利用磁致伸縮效應(yīng)用于機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換中?？芍瞥筛鞣N超聲器件、濾波器、磁扭線存儲器、振動測量器等。 6.磁記錄材料，包括磁頭材料與磁記錄介質(zhì)兩類。磁頭材料要求高記錄密度低磨損。磁記錄介質(zhì)要求有較大的剩磁值，以便將電的信息通過磁頭而在磁帶上以一定剩磁跡記錄下來。磁記錄材料廣泛應(yīng)用于錄音、錄碼、錄像中。 還有一些新的磁性材料正在研究和開發(fā)之中。磁鐵的不同組合引起磁力的變化 環(huán)形磁鐵的兩個磁極一般在兩個圓面上。讓環(huán)形磁鐵異極相吸在一起，如左下圖，磁力會增大一些，但不是與磁鐵的個數(shù)成倍地增加；把環(huán)形磁鐵同極相對著強(qiáng)行結(jié)合在一起，如右下圖，磁力會減小。 讓條形磁鐵異極相吸，如左下圖，磁力會增大；把同極相對強(qiáng)行結(jié)合在一起，如石下圖，磁力會減弱。 如果讓條形磁鐵并列著異極吸在一起，如左下圖，磁力會大大減弱；而并列著同極強(qiáng)行靠在一起，如右下圖，磁力會有很大增強(qiáng)。 如果讓蹄形磁鐵異極吸在一起，磁力會大大減弱；如果并排著同極強(qiáng)行靠在一起，磁力會有很大增強(qiáng)。這和上面條形磁鐵并列在一起是類似的。 磁鐵周圍都存在一個磁場，磁力就是磁場作用的表現(xiàn)，又叫磁場力。磁場是有大小和方向的，兩個或多個磁鐵組合在一起，它們的磁場要發(fā)生相互作用，形成的新磁場自然會發(fā)生一些改變，所以磁力大小也就改變了。磁鐵不同組合磁力發(fā)生不同變化，也是因?yàn)樗鼈冊写艌霾煌南嗷プ饔盟斐傻?。我國古代磁學(xué)研究的成就及對人類文明的貢獻(xiàn) 指南針是我國古代四大發(fā)明之一，它最初是用被稱為“磁石”的天然鐵礦(Fe3O4)制成的。我國在春秋戰(zhàn)國時期就有發(fā)現(xiàn)磁石能吸鐵的記載。在2200多年前，我國人民就發(fā)現(xiàn)了磁石有指示南北方向的特性，制造出了最早的指南針?biāo)灸?。東漢王充(公元27100年)在論衡中就記載了“司南之 投之于地其抵南指”的話。司南是一只磁石做成的底部圓滑的勺子，放在光滑的銅盤上，銅盤上刻著表示方位的符號，用手輕輕一撥勺子，勺子會旋轉(zhuǎn)起來，等它停下來時勺柄就指向南方了。 到了11世紀(jì)，中國人又發(fā)現(xiàn)用磁石摩擦鐵，鐵也會被磁化，這比尋找天然磁石方便多了，于是用磁鐵制造指南針的方法就出現(xiàn)了。宋代沈括(公元10341093年)在夢溪筆談中記載了“以磁鐵磨針則銳處常指南，亦有指北者”。還記載了指南針的四種裝置方法并討論其優(yōu)劣，他還最早記載了地磁傾角。在同時期稍早的武經(jīng)總要一書中詳細(xì)記載了一種“指南魚”的制作方法：以薄鐵皮剪成魚形，用火燒紅后按一定方向和傾斜度蘸水冷卻，使用時令其漂浮水上即可指示方向。這是關(guān)于人工磁化的最早記載，其制作方法實(shí)際上是利用地磁場使鐵片磁化而成磁鐵的。“按一定方向”即按地磁的南北方向，按一定“傾斜度”即按地磁的傾角，表明當(dāng)時人們已經(jīng)認(rèn)識了地磁傾角，燒紅后再冷卻能使鐵片磁化效果更好。這些反映了當(dāng)時磁學(xué)研究已有了相當(dāng)高的水平。 在有了指南魚以后不久，出現(xiàn)了木頭指南魚和木頭指南龜。木頭指南魚是把條形天然磁石放進(jìn)木刻魚的肚子里，木魚浮在水上而指南北。它比鐵片指南魚效果好多了。木頭指南龜是把天然磁石放進(jìn)木刻烏龜?shù)亩亲永?，木龜放在竹釘上，能自由轉(zhuǎn)動，它就能指南北了。 指南針用于航海的最早記載見于北宋萍洲可談一書(1119年)。那時，人們開始把指南針裝到海船上，可以在看不見太陽、星星的陰天或黑夜里辨識地理方向，這比西方人至少早一二百年。南宋時期的人們，已經(jīng)可以把放置指南針的方向盤方位標(biāo)得更加精確，這就是羅經(jīng)，又叫磁羅盤。到了明朝鄭和下西洋時，船隊(duì)就已經(jīng)采用磁羅盤導(dǎo)航。當(dāng)時海船上還設(shè)置專門的艙房來放置它，叫“針房”。 宋代期間，我國與阿拉伯地區(qū)海上交往頻繁，指南針很快傳到了阿拉伯，其后又傳入了歐洲。14世紀(jì)時，歐洲海船也開始裝備磁羅盤了。指南針應(yīng)用于航海，在人類歷史上有非常重大的意義，從此，航海事業(yè)更加發(fā)達(dá)，世界各國人民的交往更加頻繁，航海家開辟了新航路，發(fā)現(xiàn)了美洲新大陸，完成了環(huán)繞地球的航行，等等，極大地促進(jìn)了世界文明的發(fā)展，馬克思把磁羅盤的發(fā)明稱作資產(chǎn)階級發(fā)展的“先決條件”。自制指南針的幾種方法 水浮式指南針 方法一： 1.做方向盤。把吹塑紙剪成一個圓形，過圓心畫十字線，寫上東、南、西、北四個方位。還可以在東北、東南、西南、西北四個方向處畫短線表示。 2.做磁針并測定出磁針的南北極。把磁針固定在方向盤上，方法是：使磁針的南北極與方向盤上的南北方向一致，用針尖刺入吹塑紙一些，沿著方向盤的南北線穿過。 3.把帶方向盤的磁針放入水中，帶磁針的方向盤轉(zhuǎn)動，就指示出方向了。 方法二： 1.在吹塑紙上用簡筆畫方法畫一條魚的形狀，剪下來作為“方向盤”。 2.確定出磁針的南北極。把磁針穿在魚形吹塑紙上，方向是魚頭至魚尾，并讓磁針的北極在魚嘴方向。 3.把帶磁針的“魚”放入水中，“魚”頭就總是朝北方了。 方法三： 1.用吹塑紙剪一個船的形狀，船頭尖船尾平，用這個“船”充當(dāng)方向盤。 2.把磁針穿在船形吹塑紙上，方向順著船的方向，并讓磁針的北極在船頭方向。 3.把帶磁針的“船”放入水中，“船”頭就總是朝北方了。 以上方法中的磁針都可以用小條形磁鐵代替。為了承載磁鐵，方向盤、魚、船要多用幾層吹塑紙并做得大一些，或者改用泡沫塑料制作。 懸掛式指南針 方法一： 1.把紙裁成邊長大約2厘米的正方形，在中心扎一個小孔，把紙對折起來，用一根長約20厘米30厘米的細(xì)線穿過小孔，線頭打結(jié)或用膠帶粘在折紙的內(nèi)面。 2.把磁針插入對折后的紙中間，調(diào)整磁針在紙上的位置，使磁針保持水平狀態(tài)。 3.用手提著線，磁針就可以指示南北方向了。可以在折紙朝向北的一面寫上“北”， 在朝向南的一面寫上“南”。 4.做掛架。在一個小瓶中裝滿砂，把一根粗銅絲一端彎成圓弧形，頭部向上翹一點(diǎn)，把直端插進(jìn)瓶中，再把磁針懸掛在掛架上。 方法二： 1.把一小張紙對折，開口向上，在卡片紙的兩端上分別寫“N”“S”，還可以涂上藍(lán)色和紅色，使之更加醒目。 2.在開口一邊中間穿兩個小孔，用一根線穿過小孔，打結(jié)，懸掛在掛架上。3.把磁針按紙上寫的南北方向放入紙中，使紙成水平狀態(tài)。 方法三： 1.把磁針穿在一小塊泡沫塑料塊上。 2.在塑料塊中穿一根細(xì)線，懸掛在支架上。使塑料塊連同磁針能在水平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，磁針在靜止時就指南北方向了。當(dāng)然也可以把它掛在掛架上。方法四：1.如上面做水浮式指南針方法一中那樣，做一個圓形的方位盤。2.如上面做懸掛式指南針方法三那樣做指南北的磁針。3.在一個透明的塑料杯底扎一個小孔，把懸掛指南針的線從杯子里面穿出來。4.把杯子倒扣在方向盤上，調(diào)節(jié)線的長短，固定在杯底上。5.轉(zhuǎn)動方向盤，使方向盤標(biāo)明的南北方向與磁針指的南北方向一致。懸掛式指南針都可以懸掛小磁鐵指南北方向，再配上標(biāo)明方位的附件更好。磁鐵的保護(hù) 實(shí)驗(yàn)室中的磁鐵保護(hù)不好容易失去磁性。保護(hù)的方法是：把兩根條形磁鐵南北極倒置合并