Климук Л.Н. Урок-практикум в VIII классе: «Постоянные магниты. Почему земля является магнитом?»

Познавательная цель: знание учащимися свойств постоянных магнитов.

Задачи личностного развития: создать условия для развития интереса учащихся к физике, приобретения навыков проведения эксперимента (наблюдательности, умения работать с приборами, делать выводы).

Ход урока

Слово учителя. Вам сегодня, ребята, предстоит самим исследовать свойства постоянных магнитов. Вы физики-экспериментаторы. Будете работать в парах. Задания и приборы уже лежат на ваших столах. Выполняя задания, будете делать рисунки и соответствующие выводы. У вас появится возможность убедиться в правильности результатов вашей работы, поскольку рисунки учителя и выводы будут в нужное время появляться. Таким образом, можно оценить, насколько вы по-научному мыслите, и поставить себе отметку.

Максимальный балл — 10. Балл должен быть поставлен на полях в тетради рядом с выводом. Вашу самокритичность я тоже оценю.

Задание 1.

Оборудование: металлические скрепки, магниты (полосовой и дуговой). Возьмите полосовой магнит, поднесите несколько скрепок точно к середине магнита, где проходит граница между красной и синей половинками. Притягивает ли магнит скрепки?

Приближайте скрепки к разным местам магнита, начиная от середины. Какие места обнаруживают наиболее сильное магнитное действие? Повторите то же с дуговым магнитом.

Выводы запишите в тетрадь.

Выводы. Линия посередине магнита, называемая нейтральной, не обнаруживает магнитных свойств. Наиболее сильное магнитное действие обнаруживают полюса магнита.

Задание 2.

Оборудование: иголка, железные опилки, тарелка с водой, пробка.

Возьмите иголку и положите ее на железные опилки. Прилипают ли опилки к иголке?

Поместите иголку на магнит, а затем положите на опилки. Прилипают ли опилки? Запишите выводы в тетрадь.

Подумайте, как сделать из иголки компас, используя емкость с водой? Догадались?

Выполните опыт.

Выводы. В первом случае иголка не прилипла к опилкам. Стоило иголке «пообщаться» с магнитом, как она сама стала магнитом.

Посередине иголки опилок немного, зато концы облеплены так, что получились «ежики».

Если положить иголку-магнит на поплавок и пустить плавать в тарелке с водой, то иголка одним концом «смотрит» на север, а другим — на юг. Получился магнитный компас.

Слово учителя. Если попробовать повернуть иголку-магнит наоборот, она тут же возвращается в прежнее положение, как бы мы ее ни крутили.

Одним концом иголка смотрит на север, другим — на юг.

Выполните опыт.

Трудно сказать, когда люди обнаружили магнитные явления и стали их использовать. Во всяком случае, еще более 4000 лет назад они были известны китайцам. Через арабских купцов с принципом действия компаса познакомилась Европа. В течение XIIв. этот прибор широко распространился. Со временем компас стали ставить на корабли, брать с собой в путешествия, использовать при составлении географических карт. В сочетании с ориентированием по звездам компас превратился в незаменимое навигационное средство.

Как устроен магнит? Всякий магнит состоит из множества крошечных магнитиков, и у каждого магнитика есть оба полюса — и северный, и южный.

Ученым удалось доказать, что магнит устроен именно так. Но, оказывается, крошечные магнитики — их называют доменами — есть даже в ненамагниченном железе. А почему же оно не проявляет своих магнитных свойств, хотя прямо-таки набито магнитиками-доменами? Дело в том, что пока кусок железа не намагнитили, его домены ориентированы беспорядочно: «кто в лес, кто по дрова». А вот когда этот кусок намагнитят, все домены поворачиваются, словно миниатюрные магнитные стрелочки: северными полюсами в одну сторону, а южными — в другую.

Теперь понятно, что происходило с нашей иголкой. Стоило прикоснуться ею к магниту, как все ее домены повернулись в одну сторону, словно по команде «равняйсь!», да так и остались. Иголка сама превратилась в магнит, и будет оставаться магнитом, пока что-нибудь не нарушит строй магнитиков-доменов.

Задание 3.

Оборудование: магнит и магнитная стрелка.

1. Поднесите к синему, а затем к красному концу магнитной стрелки магнит. Что можно сказать о взаимодействии магнитной стрелки и магнита?

2. Сделайте рисунки. Подпишите под ними, в каком случае магнитная стрелка притягивается, а в каком — отталкивается.

Вывод. Одноименные полюсы магнита и магнитной стрелки отталкиваются, разноименные — притягиваются.

Задание 4.

Оборудование: полосовой магнит, картон, опилки.

1. Возьмите полосовой магнит. Положите на него сверху картон. Насыпьте на картон железные опилки, встряхните их, слегка постучав по картону пальцем.

2. Зарисуйте картину силовых линий в тетради.

Замкнуты ли магнитные линии поля постоянного магнита? Как располагается магнитная стрелка в заданной точке магнитного поля?

Выводы. Линии замкнуты. Магнитная стрелка располагается ориентировано. Северный полюс магнитной стрелки указывает направление линий магнитного поля (рис. 1).

Рис. 1

Слово учителя. Тысячи таких железных опилок нарисовали картинку магнитных силовых линий. Глянешь на картинку — и магнитное поле как на ладони. Сразу становится ясно, где оно сильнее, где слабее, как повернется магнитная стрелка.

Является ли земной шар магнитом? (Можно попробовать положить на Землю картонку с опилками, но это невозможно.)

Английский физик XVIв. Уильям Гильберт изготовил шарообразный магнит, исследовал его с помощью маленькой магнитной стрелки и пришел к выводу, что земной шар — огромный космический магнит. Это было покушение на небесный мир — особенный, божественный, непостижимый. Однако тайна магнита сохранялась, и сам Гильберт не считал абсурдным мнение древнегреческого ученого Фалеса, приписывающее магниту душу.

Но где же магнит, который создает магнитное поле Земли? Если укрепить внутри глобуса сильный магнит в форме цилиндра, то окажется, что магнитное поле такого глобуса напоминает магнитное поле Земли. Не говорит ли это о том, что внутри нашей планеты «спрятан» подобный магнит? Так считали долгое время.

Геофизики узнали, каким было магнитное поле Земли тысячи и даже миллионы лет·назад: у горных пород, что содержат железо, оказалась отличная «магнитная память». Допустим, вылилась когда-то во время извержения вулкана лава и, пока остывала, намагнитилась в магнитном поле Земли. Потом поле изменилось, но у затвердевшей лавы осталась остаточная намагниченность. Измеряя ее, геофизики обнаружили, что магнитные полюсы Земли много раз менялись местами! Скажем, за последний миллион лет это случилось семь раз. Причем последний раз они поменялись местами где-то 10000лет назад. И вот что удивительно: «обмен» магнитными полюсами совершался прямо-таки с фантастической быстротой — магнитному полю Земли, чтобы перевернуться, требовалось всего-навсего несколько десятков лет! Для нас это немалый срок, а для планеты, которая живет больше четырех миллиардов лет, — краткий миг! Однако никто никогда не видел, чтобы железный магнит сам менял местами полюсы, — недаром его называют постоянным магнитом. К тому же температура в центре Земли такая высокая, что магнитные свойства не могли бы сохраниться ни у какого постоянного магнита.

Но если не железный магнит в ядре Земли главный виновник того, что у нее есть магнитное поле, то что же?

Задание 5.

Оборудование: компас, провод, батарейка от карманного фонарика.

Протяните над стрелкой компаса провод и прикоснитесь на мгновение его концами к « + » и «–» батарейки для карманного фонарика. Что происходит?

Выводы. Стрелка отклонилась, словно к ней поднесли магнит. Рядом с проводом с током есть магнитное поле.

Слово учителя. Я знаю, о чем вы сейчас подумали: «А что если в ядре Земли не железный магнит, а провод с током? Может быть, в ядре Земли движутся какие-то заряженные частицы: в металлах это — электроны (ядро железное), они создают ток?» Это предположение. Вдруг кто-то из вас, ребята, окажется тем самым человеком, который окончательно разгадает вековую тайну природы: почему Земля магнит?

Чтобы доказать, что магнитное поле у Земли появилось именно так, как мы с вами предположили, необходимо точно выяснить, что представляют собой потоки жидкого железа в глубинах Земли, как они возникают и как текут. Кроме того, нужно сравнить магнитные свойства Земли с магнитными свойствами ее сестер — других планет Солнечной системы — и узнать, что у них внутри: есть ли жидкое железное ядро, какие потоки возникают в нем из-за вращения планеты?

Словом, дел много. Желаю успеха!