高中物理“地磁場(chǎng)”教學(xué)要點(diǎn)

　　高中物理“地磁場(chǎng)”教學(xué)要點(diǎn)
　　
　　文/門(mén)道穎
　　
　　摘 要：高中地磁知識(shí)是高考中經(jīng)常出現(xiàn)的一類題目，從六個(gè)方面對(duì)高中地磁教學(xué)展開(kāi)了詳細(xì)的闡述。
　　
　　關(guān)鍵詞：高中地理；地磁教學(xué)；關(guān)鍵點(diǎn)
　　
　　高中物理教材中對(duì)地磁場(chǎng)的描述只有一段話和一個(gè)插圖，但是卻是平時(shí)和高考中經(jīng)常出現(xiàn)的一類題目，筆者認(rèn)為對(duì)地磁場(chǎng)的教學(xué)應(yīng)從以下幾個(gè)方面去給學(xué)生進(jìn)行講述。
　　
　　一、地球磁場(chǎng)分布和條形磁鐵外部磁場(chǎng)非常相近
　　
　　地磁場(chǎng)的N極在地理南極附近，而地磁場(chǎng)的S極在地理北極附近。但二者有一個(gè)微小的偏角，叫磁偏角。在兩極附近地磁場(chǎng)方向豎直方向，磁性最強(qiáng)。在赤道上方是水平方向，在南半球和北半球有兩個(gè)分量：一個(gè)是水平分量，一個(gè)是豎直分量，磁性較弱。在地面附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度大約只有5×10-5T，而一般的永久磁體附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)0.4～0.7T。對(duì)地磁場(chǎng)形狀和分布必須熟練掌握和應(yīng)用。
　　
　　二、地磁場(chǎng)的起源問(wèn)題
　　
　　人類很早就提出了地磁場(chǎng)的起源問(wèn)題，為解釋這個(gè)問(wèn)題，歷史上曾先后提出過(guò)許多觀點(diǎn)。目前，較為成熟的是磁流體發(fā)電機(jī)學(xué)說(shuō)。1945年，物理學(xué)家埃爾薩塞根據(jù)磁流體發(fā)電機(jī)的原理，認(rèn)為當(dāng)液態(tài)的外地核在最初的微弱磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，像磁流體發(fā)電機(jī)一樣產(chǎn)生電流，電流的磁場(chǎng)又使原來(lái)的弱磁場(chǎng)增強(qiáng)，這樣外地核物質(zhì)與磁場(chǎng)相互作用，使原來(lái)的弱磁場(chǎng)不斷加強(qiáng)。由于摩擦生熱的消耗，磁場(chǎng)增加到一定程度就穩(wěn)定下來(lái)，形成了現(xiàn)在的地磁場(chǎng)。而最初的微弱磁場(chǎng)可能來(lái)自核內(nèi)化學(xué)不均勻性形成的電磁，從而產(chǎn)生的弱電流。還有一種是地心的巖漿出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)產(chǎn)生地磁場(chǎng)。由于磁流體學(xué)說(shuō)能夠解釋較多地磁現(xiàn)象，受到人們重視，但地球內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，有待進(jìn)一步驗(yàn)證�？傊�，地磁起源問(wèn)題目前仍處于不斷發(fā)展和深入研究的階段，此問(wèn)題在2011年新課標(biāo)高考中出現(xiàn)了選擇題。
　　
　　三、對(duì)宇宙射線的作用
　　
　　地磁場(chǎng)并不強(qiáng)，但對(duì)于地球上的各種生命來(lái)說(shuō)，卻顯得非常重要。這個(gè)“超巨”的地磁場(chǎng)，對(duì)地球形成了一個(gè)“保護(hù)盾”，減少了來(lái)自太空的宇宙射線的侵襲，地球上生物才得以生存生長(zhǎng)。如果沒(méi)有了這個(gè)保護(hù)盾，外來(lái)的宇宙射線將把最初出現(xiàn)在地球上的生命幼苗全部殺死，根本無(wú)法在地球上生存。在地球南北極附近或高緯度地區(qū)，有時(shí)在晚上會(huì)看到一種神奇的燦爛美麗的彩色光帶——極光。直到20世紀(jì)末，人造衛(wèi)星和宇宙探測(cè)器的應(yīng)用使人們了解到地磁場(chǎng)分布的特點(diǎn)，才解開(kāi)了極光之謎。原來(lái)當(dāng)太陽(yáng)輻射出的帶電粒子進(jìn)入地磁場(chǎng)后，由于受到洛倫茲力的作用，帶電粒子沿地磁場(chǎng)的磁感線做螺旋線運(yùn)動(dòng)，最終會(huì)落到地球兩極上空的大氣層中，使大氣層中的分子電離發(fā)光。由于在可見(jiàn)光波段受激的氧原子能發(fā)出綠光和紅光；電離了的氮分子發(fā)射紫色光、藍(lán)色光以及深紅色光。因此，通常肉眼看到的極光是綠色、藍(lán)色并帶有粉紅色或紅色的邊緣。在考試中能根據(jù)帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向和地磁場(chǎng)方向判斷粒子在洛倫磁力作用下偏轉(zhuǎn)方向。
　　
　　四、地磁場(chǎng)對(duì)大氣的作用
　　
　　在雷雨季節(jié)，雷電會(huì)使空氣中的離子數(shù)大幅度增加，由于潮濕的空氣有弱導(dǎo)電能力，流動(dòng)的空氣在地磁場(chǎng)作用下，相當(dāng)于弱導(dǎo)電體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。如果存在切割磁感線的上、下、東、西方向的運(yùn)動(dòng)則會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，電勢(shì)差隨正負(fù)極間距的增大而增大。而空氣流動(dòng)的寬度往往是很大的，因此電勢(shì)差也很大。大到一定程度則會(huì)使兩極空氣電離，離子數(shù)大大增加，從而對(duì)人的健康影響也較大
　　
　　五、地磁場(chǎng)對(duì)生物活動(dòng)的影響
　　
　　研究人員發(fā)現(xiàn)，像海龜、鯨魚(yú)、候鳥(niǎo)、有些魚(yú)和瞎鼠等眾多遷徙動(dòng)物均能憑借地磁場(chǎng)走南闖北，每年可旅行幾千千米，中途往往還要經(jīng)過(guò)汪洋大海。此外，有的動(dòng)物還能利用磁傾角幫助自己測(cè)定精確的位置。比如，生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，笨拙的海龜就能使用“磁傾角羅盤(pán)”。幼龜在佛羅里達(dá)沿岸出殼后，隨即游人大海。它們?cè)诖笪餮笊�活多年。直到長(zhǎng)成才回到出生時(shí)的岸邊去交配和巢居。在返回過(guò)程中，要是離開(kāi)正道過(guò)于偏南或偏北，便難免凍死途中。多虧了“磁傾角羅盤(pán)”，海龜才得以走在正道上，準(zhǔn)確地回到故鄉(xiāng)。
　　
　　六、探測(cè)地磁場(chǎng)的大小和方向
　　
　　地磁場(chǎng)雖然很弱，除了指南針指向南北的事實(shí)外，人們幾乎感覺(jué)不到地磁場(chǎng)的存在。事實(shí)上，我們完全可以利用課本學(xué)到的知識(shí)探測(cè)它的強(qiáng)弱。試驗(yàn)的器材有：小磁針、電流計(jì)、長(zhǎng)約20m銅芯雙絞線、如有條件可添置微電流放大器。方法如下：將雙絞線兩端接在靈敏電流計(jì)上，拉開(kāi)雙絞線形成一個(gè)回路，東西方向面對(duì)面站立兩同學(xué)像跳繩一樣甩動(dòng)雙絞線，隨著切割地磁場(chǎng)磁感線，回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，隨著甩動(dòng)雙絞線，細(xì)心的同學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針來(lái)回?cái)[動(dòng)。顯然，這是由于上下甩動(dòng)半個(gè)回路時(shí)。導(dǎo)線切割地磁場(chǎng)磁感線的方向不同，從而導(dǎo)致回路中感應(yīng)電流的方向不斷變化，為進(jìn)一步準(zhǔn)確讀出感應(yīng)電流數(shù)值，可將靈敏電流計(jì)換為微電流放大器。如果用小磁針確定好地磁方位角，轉(zhuǎn)軸沿南北方向產(chǎn)生電流與轉(zhuǎn)軸沿東西方向做同樣運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流有明顯差異，這表明地磁感線是沿南北方向，且水平分量更大一些。用上述方法估測(cè)出地磁感應(yīng)強(qiáng)度后，還可進(jìn)一步用小磁針測(cè)出地磁場(chǎng)方向。細(xì)心的同學(xué)還會(huì)發(fā)現(xiàn)支在重心下方的小磁針與水平方向有一個(gè)小的夾角，磁針的指北端向下傾斜，指南端向上翹起，磁針與水平方向的夾角叫磁傾角。地理位置不同時(shí)，磁傾角也不同，它在0～900范圍內(nèi)變化。
　　
　　通過(guò)以上六個(gè)方面的教學(xué)，可對(duì)地磁場(chǎng)有一全方位的理解。
　　
　�。ㄗ髡邌挝� 河南省南陽(yáng)市第一中學(xué)）

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