第4节+跨学科实践　指南针（教学课件）物理教科版2024九年级上册

第4节 跨学科实践　指南针九年级物理上册 •教科版2024年第七章　磁与电理解指南针的工作原理，特别是指南针如何利用地磁场指示方向。教学重点　　明代航海家郑和率领庞大的船队“七下西洋”，用20多年的时间访问了30多个国家和地区，最远到达非洲东岸和红海海口。在没有航标、航道的大海上，这样大规模的远海航行是如何实现导航的呢？指南针的演变历经司南、罗盘、磁针三个主要阶段‌。追溯指南针的进化史1. 司南的诞生　　最早的指南工具出现在中国战国时期，古人将天然磁石制成光滑的磁勺，把它放在刻着方位的铜盘上，静止时勺柄指向南方，发明了指南针的始祖—司南。　　这是人类首次利用磁性材料进行方向测定的尝试。2. 人工磁化与航海应用　　　　司南被不断改进。首先被改为磁针；唐代末期，人们在司南的基础上发明了水罗盘；北宋时期实现技术突破，通过磁石磨针法制造磁化铁针，并发展出指南鱼、指南针。　　人工磁化技术运用：天然磁石的磁性较弱，磁勺与铜盘的摩擦影响其灵敏度，人们发现天然磁石可以使铁针磁化，我国最早发明了人工磁化制作指南装置的方法。航海应用：　　古代中国的航海家们很快就认识到了指南针的重要价值。他们利用指南针进行海上导航，大大提高了航行的安全性和准确性。　　指南针常用于航海、大地测量、军事及旅行等方面。根据北宋地理学家朱彧《萍洲可谈》中的相关记载，我国古人最早将指南针应用于航海。指南针的应用使得中国船队能够远航至东南亚、印度洋甚至东非沿岸，开辟了著名的“海上丝绸之路”。3. 罗盘的成熟　　南宋时期，指南针技术得到继续改进，人们将指南针与方位盘结合，制成了“罗盘”，显著提升导航精度。由位于盘中央的磁针和一系列同心圆组成，每一个圆圈都代表着中国古人对于字宙系统中某一层次的理解,罗盘上各圈层之间所讲究的方位、间隔的配合，也暗含了“磁场”的规律。　　随着指南针技术的发展，这一重要发明逐渐传入其他地区。据历史记载，指南针大约在12世纪经由阿拉伯商人传入欧洲。13世纪末指南针在欧洲的得到进一步普及。随后，欧洲各国纷纷采用指南针进行远洋航行，开启了大航海时代。哥伦布、达伽马、麦哲伦等著名航海家都依靠指南针完成了他们的伟大探险，发现了新大陆，开拓了新的航线。4. 技术改良与全球应用　　16世纪后，液态罗盘、电磁罗盘等技术改进提升稳定性。20世纪初，无线电信标等新技术兴起，但传统磁性指南针因其简单仍被广泛使用。　　司南、磁针、罗盘到指南针的发展历程，充分展现了古代中国作为指南针原创国度所具有的技术创新力，之后常用于航海、大地测量、旅行及军事等重要方面，成为世界称誉的中国古代重要科技发明，为人类文明作出了重要的贡献。你能利用所学知识制作一台指南针吗？自制指南针北宋沈括亲自试验了磁针的4种装置方法：把磁针横贯灯芯浮在水上、把磁针架在碗沿上、把磁针架在指甲上，以及把磁针用缕丝悬挂起来。　　请同学利用实验室器材和生活用具，仿照古代通过淬火或摩擦的方法，设计制作指南针。1. 材料准备一块磁铁，一根钢针或缝衣针，一片泡沫塑料或吹塑纸，一碗清水，一张小纸片，一支笔。2. 制作步骤①小磁针制作磁化完成后，将钢针靠近一些小铁屑，如果铁屑被钢针吸引并粘附，说明钢针已经成功被磁化。②准备浮体　　将轻质材料如泡沫塑料剪成适当大小的小圆片，将小磁针穿过圆片的中心位置，以确保钢针能平稳地漂浮在水面上。　　将带有钢针的泡沫塑料片轻轻置于水面上。需注意避免水花飞溅或触碰碗边，让浮体能够自由地在水面上漂浮。③制作浮式指南针3. 实验展示与优化　　当泡沫塑料片和钢针在水面上静止后，你会发现钢针的一端会指向一个特定的方向，那便是北方。用笔在泡沫塑料片上清晰地标出“北”和“南”的方向，从而完成指南针的制作。　　对比自制指南针与标准指南针的指向一致性，分析磁化强度对精度的影响。测量磁偏角1.磁偏角的发现　　北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中首次记录磁偏角现象，指出地磁南极与地理北极存在偏差，在西方，直到1492年，哥伦布使用指南针横渡大西洋，才发现了磁偏角，这比沈括晚了400多年。2.磁偏角定义　　磁偏角是地球表面磁子午圈与地理子午圈之间的夹角，本质是地磁场方向与地理北极之间的偏差。　　磁偏角因地而异，如中国东部约为西偏5°，该特性要求我们经常校准导航设备，以确保准确的方向指引和定位。　　根据规定，磁针指北极N向东偏则磁偏角为正，向西偏则磁偏角为负。磁偏角是指磁针静止时，所指的北方与真正北方的夹角。我们使用自制指南针，在静谧的环境中静待其稳定下来，观察并确定磁针静止时指向的方位，从而精准定位磁北极。　　用小磁针静止时N极所指的方向（地磁南极）与地理北极的夹角，可粗略测量当地磁偏角。3.简易测量方法①测定磁极方位测量思路我们可以利用太阳影子法，通过观测太阳高度和影子长度来计算地理北极的方向；或者查阅当地的地理坐标数据。②测定地理北极方位将指南针与地理北极方向线对齐，确保两者完全重合。随后，使用量角器测量指南针与地理北极方向线之间的夹角。③利用量角器测量地磁南极与地理北极的夹角中国古代确定方位的基本方法　　土圭之法是中国古代确定方位的基本方法。在水平地面上竖直立一直杆，以杆为圆心画出一个圆，观察太阳光投射的杆影，将日出和日落时杆影顶端恰好落在圆周上时的两点记录下来，连接两点形成的直线为东西方向，与之相垂直的直线就是南北方向。跨学科实践　指南针设计校园光伏发电项目方案追溯指南针的进化史自制指南针磁偏角的发现磁偏角定义简易测量方法①测定磁极方位②测定地理北极方位③利用量角器测量地磁南极与地理北极的夹角材料准备制作步骤实验展示与优化【解析】解：A、任何磁体都有两个磁极,“司南”也有两个磁极,故A错误;B、司南周围的磁场是存在的,磁感应线不是真实存在的,故B错误:C、“司南”实质上是一个条形磁体,对铁磁性物质具有吸引作用,如果将纸盘换做铁盘,则会由于铁盘的吸引作用而无法指南北，故C误；D、“司南”静止时勺柄指南,就是南极,为S极,故D正确。故选D。1.（2024秋•成华区期末）司南是我国早期的指南针。如图所示,将条形磁体置于塑料勺内,在勺下垫泡沫,一起置于装水的纸盘中,漂浮在水面上,能自由转动,从而得到一个仿制“司南”,下列说法正确的是（　　）A．“司南”只有一个磁极B. “司南”周围的磁场和磁感线,都是真实存在的物质C. “司南”的纸盘换成铁盘后也能正常使用D. “司南”静止时勺柄指南,标为S极D2.（2024秋•武侯区期末）科技小组同学在自制指南针活动中，用条形磁体将缝衣针磁化后,放在水中漂浮的一片树叶上。多次轻轻旋转树叶,待树叶静止后,观察到树叶的尖端总是指向南方,如图所示。下列说法中正确的是（　　）A. 树叶尖端指向地磁场的南极·B. 指南针的S极应标注在树叶尖端C. 树叶尖端会排斥磁体的N极D. 自制指南针周围存在磁场和磁感线B【解析】解：A.树叶的尖端总是指向南方,是地磁场北极,故A错误;B.由异名磁极相互吸引可知,指南针的“S”应标注在树叶尖端,故B正确;C.树叶尖端会吸引磁体的N极，故C错误;D.树叶周围存在磁场,磁场是真实存在的,磁感线是假想的曲线,故不存在磁感线,故D错误。故选：B。3.（2021 • 渠县期末）宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也。”图中符合上述说法的是（　　）C【解析】解：地磁场的南北极与地理南北极相反,且不重合。即：地磁南极在地理北极附近,地磁北极在地理南极附近。如图:A. 小磁针应该指向南北，图中却指向东西，故A错误;B. 小磁针应该指向南北，图中却指向东西，故B错误:CD. 地磁南极在地理北极附近,所以小磁针S应该指向南方,略偏向东方,小磁针N应该指向北方,略偏向西方，故C正确，D错误。故选：C。4. （2023•武侯区校级三模）人类最早的磁化技术出现在我国宋代。据《武经总要》记载古人先将鱼形铁烧红,令铁鱼头尾指向南北,然后将其放入水中冷却,依靠地磁场获得磁性,再将其放入水中漂浮,制成指南鱼。如图所示是它静止时的指向,则指南鱼鱼头应标注____ (选填“南”或“北”)极,指南鱼的腹部磁性最____ (选填“强”或“弱”)。弱北【解析】解：古人先将鱼形铁烧红,令铁鱼头尾指向南北,然后将其放入水中冷却,依靠地磁场获得磁性,再将其放入水中漂浮,制成指南鱼。图中是它静止时的指向,鱼头应标注N极。指南鱼的腹部磁性最弱，两极最强。故答案为：北；弱。1.基础性作业：完成课件中的课堂练习。2.拓展性作业：利用所学知识尝试制作其他类型的建简易指南针找两根缝衣针、一个子母扣、一枚大头针和一块橡皮。如图所示用橡皮和大头针制作指南针的底座，用子母扣固定磁化后的缝衣针，并放在底座的针尖上，这样就制成了一个指南针。分析思路