7.4 跨学科实践：指南针 教案--2025-2026学年物理教科版（2024）九年级上册

4.跨学科实践：指南针 一、教学目标 【知识目标】 1.知道磁场，会用磁感线描述磁体周围的磁场方向和强弱。知道地磁场。 2.了解我国古代对磁现象的研究成就。 3.了解指南针的制作。 【能力目标】 1,通过了解指南针的进化史，增长知识，激发创新意识。 2.通过观察实验现象能描述磁极之间的相互作用规律，有初步的观察能力和信息交流能力。 3.通过实验感受磁场的存在，经历描述磁场的方法的过程，初步认识科学研究方法的重要性。 4.通过设计、动手制作和操作的过程，培养学生的实践操作能力、观察分析能力和解决问题的能力。 【素养目标】 1,使学生在经历分析、观察的过程中体会到学习探究的乐趣。 2.通过了解我国古代对磁的研究方面取得的成就，增强学生的民族自豪感和使命感，进一步激发学生学习物 理的兴趣。 二、教学重难点 【教学重点】 了解指南针的进化史，知道指南针的制作及使用方法。 【教学难点】 知道地磁场，了解怎样测量磁偏角。 三、教学过程 一、新课导入 源远流长，辉煌灿烂的中国古代科技为人类文明作出了重要的贡献。四大发明之一的指南针，是中国古代磁学 领城的创新成就。下面我们就一起了解指南针的进化史，制作一个指南针，并试着测量磁偏角。 二、教学步骤 探究点1追溯指南氏的进化史 【阅读课本】P1213“追溯指南针的进化史” 【思考1】查阅资料，了解中国古代指南针的进化史。 【提示】中国指南针的进化史可分为以下阶段： 1.雏形阶段（战国至汉代） (①)天然磁石的应用 ①战国时期（公元前475221年）发现天然磁石的指极性，制成“司南”一由磁石琢磨成勺状，置于光滑铜盘 上旋转指向南方。 ②东汉《论衡》记载“司南之杓，投之于地，其柢指南”，但天然磁石磁性弱且易损，实际应用受限。 (2)早期定向需求 除司南外，古人通过日影、星辰、地标等方式定向，但阴雨或复杂地形中难以操作，推动磁石工具的改进。 2.技术突破阶段（唐至宋代） (1)人工磁化技术的出现 唐代开始用磁石摩擦铁针磁化，制成“水浮式指南针”；北宋的《武经总要》记载“指南鱼”一将铁片磁化 后制成鱼形漂浮水面，虽精度有限但简化了制作流程。 (2)航海应用的普及 ①宋代沈括在《梦溪笔谈》中明确记载，以磁石磨针锋制作指南针，并试验悬挂、水浮、碗沿、指甲四种使用 方法。 ②指南针与方位盘结合形成“罗盘”，用于航海导航，南宋海上丝绸之路依懒其指引航线。 3.成熟与传播阶段（元至明清） (1)罗盘技术的精细化 元代改进罗盘刻度精度，结合天文观测与航海图形形成综合导航系统。明代郑和船队通过罗盘实现跨洋航行， 最远抵达东非，推动中外贸易与文化交融。 (2)西方技术的吸收与改进 明清时期，欧洲州航海罗盘技术传入中国，与中国传统工艺结合，提升耐用性与便携性。 【思考2】古代指南针的应用有哪些？ 【提示】古代指南针的应用主要包括以下领域： 1.航海导航 (1)海上方向定位 在天气恶劣或无法观测星象时，通过磁针指向功能辅助航海，极大提升了航行的安全性与准确性。宋代文献已 记载指南针用于航海，明代更在船上设置专门存放指南针的“针房”。 (2)推动地理探索与贸易 指南针使远洋航行成为可能，促进海上丝绸之路的繁荣和地理大发现。 2.军事领域 军队利用指南针在复杂地形中确定行进方向，辅助战术执行和战场调度。 3,陆地旅行与商队 沙漠与森林导航：商队、旅行者依赖指南针在缺乏地理标志的区域引路，避免迷路。 4.农业与建筑 (1)农业生产定向：古代农民通过指南针确定耕作方向，优化土地利用。 (2)建筑方位设计：建筑师借助指南针规划建筑朝向，符合自然与人文需求。 探究点2自制指南针 【阅读课本】P13“自制指南针” 【设计制作指南针】 利用实验室器材和生活用具，仿照古代通过摩擦或淬火的方法，设计制作指南针。 方法一：摩擦磁化法（更简单易行） 【材料】缝衣针/铁钉（长3~5cm):条形磁铁/冰箱贴；浅碗或塑料盖（装水用）：树叶/泡沫板/瓶盖（漂浮载体）： 水；记号笔（可选标记）。 【制作步骤】1.磁化针体：将磁铁N极对准针尖，沿同一方向单向摩擦50次（不可来回）翻转磁铁，用S极重复 摩擦针尾50次（增强磁性）。 2.测试磁性：用针尖靠近回形针，若能吸附说明成功。 组装指南针：碗中注水至23处：将针水平穿在泡沫片上，或置于漂浮的树叶：静置30秒待其自然旋转停止。 3.校准方向：用手机指南针确认南北：用记号笔在载体边缘标注NS极。 方法二：淬火磁化法（需加热工县） 【材料】：铁钉/钢钉；酒精灯/燃气灶；钳子（防烫）：冷水容器；悬挂用细线。 【制作步骤】1加热处理：用钳子夹住铁钉尖端，在火焰中烧至通红（约800C)。 2,定向淬火：快速将铁钉南北方向浸入冷水，保持5秒后取出擦干。 3.磁化验证：悬挂铁钉观察是否自动转向南北，若效果弱可重复淬火2~3次。 4.优化显示：用彩色胶带标记南北端；放置在避风处减少晃动。 【交流展示】 展示自己制作的指南针，并说明是怎样制作的，看谁的更具有创意性。与大家的交流中，总结制作过程中的经 验教训和解决办法。 探究点3测量磁偏角 【阅读课本】P14“测量磁偏角” 【测量当地磁偏角的粗咯方法】 步骤： 1.测量磁北方向 利用自制的指南针可以测定磁极方位。将小磁针（如指南针）水平放置于无磁性干扰的环境中，待其自由静止后， 磁针北极N极)所指方向为地磁场的磁北方向。 2.确定地理正北方向 ()太阳投影法：在晴朗天气的正午，将垂直杆立于地面，其阴影最短时的指向即为地理正南方向（北半球），反 方向为地理正北方向。 (2)北斗导航、GPS或地图校准：若条件允许，利用北斗导航、GPS设备或电子地图标注的地理方位作为参考。 3.计算磁偏角 用量角器或带刻度的圆盘，对比磁北方向与地理正北方向的夹角。若磁针北极东偏，磁偏角为正值：若西偏则 为负值。 示例：若磁北方向比地理正北方向偏西3°，则当地磁偏角为一3（或西偏3） 注意事项： 1.环境干扰：避开高压线、电子设备等可能干扰磁场的物体，确保小磁针指向准确。 2.精度限制：此方法为粗略测量，实际磁偏角会受地理位置、时间（年变幸）等因素影响。 四、教学反思