地磁场的探究-[原创]

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1、研究性学习案例：地磁场的探究西安铁一中纪晓军张同国【案例说明】2005年2月物理教研组在讨论纪晓军老师命制的“陕西省2005年高考理科综合模拟试题”物理部分时，纪晓军老师提出“地球磁场”的问题很有讨论价值并且可操作性强。经张同国老师理论推定，微弱地（（3〜4）X10-5T）地球磁场可以用中学物理试验条件半定量（1一位有效数字）测定。高一物理课外小组在3个班级组织100多名同学进行了“方案讨论”、“仪器准备与试验”“实验验证”“方案完善”形成以下研究性学习实施案例（学生实验报告（样）和教师指导建议）前期准备【研究

2、前讨论】地磁场对人类的生产、生活都有重要意义。人类行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向。人们还可以根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏。地磁场的变化能影响无线屯波的传播。当地磁场受到A阳黑子活动而发生强烈扰动时，远距离通讯将受到严重影响，甚至中断。假如没有地磁场，从太阳发出的强大的带电粒子流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏传而直射地球。在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成份可能不是现在的样子，生命将无法存在。所以地磁场这顶“保护伞”对我们来说至关重要。厂研究冃标：【问题】1、地表而的地磁场分布

3、情况应为如右图所示。总体上应当把握好三个特征：第一、地球磁场分布比较简单而规则，它相当于将一个条形磁铁放置在地心所产生的磁场。地球磁场的南极在地理北极附近，/地球磁场的北极地理南极附近。第二、地磁场的强度并不太大，/并随着高度的增加地磁场强度急剧减弱。第三、南北半球

4、的上空的磁场冇向下的分量，接近两极地表处的地磁场方；向几乎与地表垂直。学校附近地磁场的方向是怎样的？、2、我们可以通过那些方法感知地磁场的存在？3、感应电动势和感应电流与那些因索冇关？如何定量测量感应电流的人小？【准备】①小磁针（或罗盘）、②多股铜

5、导线（长约30m）、③灵敏电流计（300

6、iA预知内阻）、④卷尺（或测绳）⑤秒表（或节拍器）⑥量角器【安全提示】实验探究应在室外空旷平整的场地进行，远离输电线等危险物，观察和记录的同学要与晃动的导线保持一定的距离。研究步骤我们的计划：（见附录表）我们的探究步骤1、以班级小组为单位，讨论导线切割磁感线产生感应电流的物理知识。2、用小磁针（或罗盘）确定并标记实验地点地磁场的方向。3、将导线和连接成一个闭合回路4、由两位同学如右图均匀摇动导线（像跳绳一样），一位同学记录30周期所用的时间/，同吋由两名同学测量电线摇动

7、的幅度并在停止摇动时测量两摇动导线同学手间的距离以及两手连与地磁场方向的夹角0。其他同学观察灵敏电流计指针并记录指针摆动的幅值力。5、小组成员记录、论实验现彖，填写实验记录表多股导线根数电流表内阻：Ra=Q摇动30个周期的时间：t=s0LDA10230345460590676、改变夹角，重复上述试验，记录数据并填表。观察和分析1、导线切割磁线可以看作电源，多股导线就相当于多个电源，那么这些电源是怎样连接的？2、感应电流岀现最大值时，导线运动方向和地磁场方向冇什么样的关系?3、如果把导线的摇动看作匀速圆周运动，那

8、么导线切割磁感线的平均速度应当怎样分析？4、地磁场的强度应当如何计算？厂我们的结论:r研究结果说明：I丿理性思维及应用1、地磁场并不强，但对于地球上的各种生命來说，却显得非常重要。这个“超巨”的地磁场，对地球形成了一个“保护盾"，减少了来口太空的宇宙射线的侵袭。请你简要分析地磁场对于高速带电宇宙射线的作用。太空宇宙射线主要来自太阳。当太阳辐射出的带电粒子进入地磁场后，由于洛仑兹力的作用，带电粒子沿地磁场的磁感线方向做螺旋线运动，最终会落到地球两极上空的大气层中，使大气层中的分子电离发光。20世纪末，人造卫星和

9、宇宙探测器的应用使人们了解到地磁场分布的特点，才解开了极光Z谜。2、用你身边的事例说明地磁场对生物活动的影响。我们的反思:我们的建议与改进阅读材料；一、地磁学地球物理学的一个主耍组成部分。地球磁场跟地球引力场一样，是一个地球物理场，它是由基本磁场、地壳磁场与变化磁场三部分组成。基本磁场来源于地核，研究它的变化以及它的起源，一直是地球动力学中的重要内容Z—；而变化磁场则与电离层的变化和太阳活动等有关。对变化磁场的研究是FI地物理研究小的热门课题。磁测卫星、地面台站等观测手段所观测到的地磁场的变化包括了上至太阳活动

10、、星际空间、磁层、电离层活动，下至地壳构造、地层活动、地球深部导电特征、乃至地核变化的各种丰富的信息。地磁学是连接空间物理学与固体地球物理学的桥梁。对地磁学的研究,在新世纪中将得到极大的发展。二、地磁场起源研究地磁场起源一直是一个大的科学难题。到冃前为止，发电机理论是最冇希望的一种假说。鉴于对地球内部物理条件精确了解的缺乏，最近这方面的研究进展不大。例如，对液核内磁流体的运动速度的估计