高二物理选修1-1 磁场专题训练 人教版

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1、高二物理选修1-1磁场专题训练人教版专题一：指南针与远洋航海学习点拨一、两极大翻转想象一下这样的情景：指南针不再总是指向南极，候鸟迁徙迷失了方向，人造卫星被太阳辐射熔化，地球万物岌岌可危。这就是地球南北两极大翻转的后果，也是丹麦科学家日前根据卫星发回的数据作出的惊人预测。丹麦行星科学中心一个研究小组，近日详细分析了丹麦“阿斯泰兹”号人造卫星收集的最新资料，在对比新旧数据后惊讶地发现，地球两极的磁场正以惊人的速度变化着，南大西洋和北冰洋的磁场都出现了多个大洞。因此，这些科学家认为，南大西洋和北冰洋下方的液体金属地核(外核)可能出现了巨型涡流，从而影响了其上空的磁场。由于巨型涡流的力量足以

2、逆转其他涡流的方向，因此极有可能令地磁场南北极就此开始大翻转。地核正经历着巨变据英国《星期日泰晤士报》报道，科学家们研究发现，地球磁场已出现数个大洞，`这表明南北两极正准备随着磁场翻转而进行换位。科学家们详细分析了丹麦“奥斯泰德”号人造卫星收集的最新数据资料，并在新旧数据对比后发现，地球两极磁场的变化速度快得惊人，南大西洋和北极圈内的磁场都出现了多个大洞。丹麦行星科学中心是参与这一研究项目的主要学术机构之一。该中心的研究员尼尔斯·奥尔森说，看起来地核正经历着巨变，“这可能是地球翻转前地球动力发生运动的状态”。由于地球动力的存在，地壳下熔化的铁流围绕着固体的地核流动，从而产生了磁场。有时

3、在熔化的液体金属中会形成巨大的涡流，而此类涡流又可以改变甚至翻转其上空的磁场。奥尔森领导的一个研究小组发现，南大西洋和北极下方都可能出现此类巨型涡流。随着力量的不断积聚，这些涡流将能够逆转其他所有金属流的方向，最终使得南北极换位。翻转将影响整个自然界地球磁极翻转将给人类和整个自然界带来相当严重的影响。首先是由其提供的一个至关重要的磁气圈保护层将可能消失。地球磁场犹如地球的一件外套，保护着地球免受外太空的多种致命辐射。如果磁场发生翻转，高能粒子将如流星般长驱直入袭击地球，炽热的太阳辐射就会使地球变成不毛之地。即使磁场没有完全消失而只是受到削弱，太阳粒子风暴也会猛击地球大气层，使人类癌症发

4、病率上升。这一天如果真的到来，一些低轨道人造卫星也将完全暴露在太阳电磁风暴的吹打中，不久就会被完全摧毁，人类高科技通信技术网络可能由此陷于瘫痪。另外，许多随季节变化而移居的候鸟或动物，诸如燕子和羚羊等，几万年来一直依赖先天本能鉴别地球南北极，秋移春返。到时，此类动物，或许还包括鲸鱼和鸽子等，都会迷失方向。有科学家甚至因此怀疑，地球磁极翻转曾是古人类文明覆灭的原因。判断的依据并不充分地球两极翻转是否不可避免呢？事实上，对这一现象是否真的会发生，科学界也是众说纷纭。英国利兹大学的地磁学专家安迪·杰克逊博士表示，虽然自从有人类以来还未出现过地球磁极翻转，但在此之前确实曾经发生过多次，因而属于

5、正常现象。他说：“此类翻转一般每隔50万年出现一次，但自上次发生后，已有75万年没有出现过了。”对于这派科学家来说，现在问题的关键并不在于南北两极是否会换位，而在于何时换位。与此同时，也有科学家指出，磁场的变化经常呈波浪形，并且通常需要漫长的时间，所以现在还不能判断这是地球磁极要翻转的信号。另外，如果真的发生翻转，那么磁场的减弱应该是十分普遍的现象，而现在只有个别区域出现了明显的磁场减弱迹象，因此目前断定地磁翻转的依据并不充分。有的科学家还表示，假如这一天真的到来，相信人类也会有办法对付，比如建造人工磁场等。二、地磁产生机理　　近一个世纪前，爱因斯坦认为，地球磁场的产生是物理学的主要谜

6、团之一。自那以后，科学家们解决了物理学的大部分问题，但地磁场依然十分复杂，难以解释和模型化。今天大多数科学家都相信，地磁场是地球内部液态铁质流围绕着地核中心旋转产生的。地球的地核分内核、外核两部分，外核由铁、镍组成的液态金属组成，厚2200千米；内核也是由铁、镍组成，温度很高，密度很大，呈固体状态，半径越1200千米。外核围绕内核旋转就产生了地球的磁场。近几年来，国外一些科学家相继建立了一些地球磁场模型，可以模拟外核液态金属流围绕内核旋转运动产生的地磁场。第一个模型是1995年加利福尼亚大学的格拉茨迈尔和罗伯茨研制的。他们借助超级计算机，应用流体动力学、热力学、电磁学的原理，考虑了重力

7、、地球旋转和铁的特性，再现了铁质流体流动，产生磁场，以及后者对前者的反作用。然而，这个模型以及后来的改进模型离现实仍然较远。这是因为同地核中的铁质流相比，这些模型使用的液态铁质流太粘稠，而且传导性差。原因是当时计算机的运算能力无法满足要求，模型难以贴近地核内部的实际情况。2002年，美国加州大学伯克利分校的科学家们通过运用三维模拟技术，已经可以比较准确地模仿出地球磁场详细的构造情况了。负责此项研究的史蒂芬·赛特曼教授称，他们的地球磁场模型与以往