4 跨学科实践：指南针 （导学案）物理教科版2024九年级上册

4 跨学科实践：指南针（导学案） 【学习目标】 1. 了解指南针的发展历史，包括司南、罗盘等演变过程。 2. 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。 3. 能够自制简易指南针，并掌握磁偏角的概念与测量方法。 4. 认识指南针在古代航海与现代生活中的应用，理解其跨学科意义。 【学习重点】 1.指南针的工作原理及其与地磁场的关系；2.指南针的历史演变及其在导航中的应用；3.磁偏角的概念及其简易测量方法。 【学习难点】理解地磁场与地理北极之间的偏差（磁偏角）；掌握自制指南针的方法与步骤。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1. 指南针最早的形态是 ，出现在战国时期，指南针的演变经历了 、 、 三个阶段。 2. 指南针常用于 、 、 和 方面。指南针利用 指示方向，其静止时指向的是 极（地磁 极）。 3. 地磁的南北极与地理的南北极并不完全重合，存在 。 4. 磁偏角是指地球表面任一点的 子午圈同 子午圈的夹角，可以用 测出来。 5. 利用小磁针静止时 极所指的方向（地磁 极）与地理 极的夹角，可以粗略测量当地的磁偏角。 【课堂探究】 探究一、指南针的发展历史 1. 司南的诞生 是中国战国时期发明的指南工具，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 方，这就是指南针的始祖—司南。 这也是人类首次利用磁性材料进行方向的测定。 司南的原理：地球本身相当于一个巨大的 ，其磁场方向大致从地理南极指向地理北极，天然磁石具有磁性，会被地球磁场磁化，并在地磁场作用下自动指向南北方向。 2. 人工磁化与航海应用 司南的缺陷：主要受两方面因素限制，司南的指向精度不高——一是天然磁石本身磁性较弱，二是磁勺与铜盘之间的摩擦干扰。 改进方案：我国古人最早发现天然磁石可使铁针 ，在此基础上，发明了人工磁化制作指南装置的方法。 司南在长期使用过程中不断改进：唐代末期，人们在司南的基础上创制出 ；至北宋时期，又实现重要技术突破，采用磁石磨针法人工磁化铁针，并相继发展出 与 。 航海中的应用: 中国古代航海家们很早就认识到指南针的重要价值，并开始将其用于海上导航。这不仅显著提升了航行的安全性与准确性，也推动了中国远洋航行能力的飞跃。 根据北宋地理学家朱彧《萍洲可谈》的相关记载， 是世界上最早将指南针应用于航海的国家。借助指南针的指引，中国船队得以远航至东南亚、印度洋乃至东非沿岸，开辟了举世闻名的“海上丝绸之路”。 指南针技术在不断发展中逐渐传播到其他地区。据史料记载，大约在12世纪，指南针经阿拉伯商人传入欧洲。到13世纪末，这一导航工具在欧洲已得到进一步普及。此后，欧洲各国纷纷将指南针应用于远洋航行，从而开启了大航海时代。哥伦布、达伽马、麦哲伦等著名航海家正是借助指南针，完成了各自的伟大探险，不仅发现了新大陆，也开辟了全新的海上航路。此后，指南针的应用范围进一步扩展，逐渐在 、 、 等诸多领域发挥重要作用。 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“ ”，显著提升导航精度。 罗盘的核心组件与结构： （1）磁针：位于盘中央，是指南针的核心部件，用于确定南北基准方向。 （2）同心圆圈：罗盘盘面上围绕中心刻有多层同心圆环，每一圈都代表不同的信息体系。 4. 技术改良与全球应用 16世纪后，出现液态罗盘、电磁罗盘，到20世纪初，无线电信标等新技术横空出世，新型指南针或导航技术利用技术进步来提升导航的稳定性、精确性和可靠性。 （1）液态罗盘（陀螺罗盘或液体阻尼罗盘） 将磁针置于充满液体的密闭容器中，通过液体的阻尼作用减少晃动，使指针更快稳定，适合在运动平台上（如船舶、飞机）使用，大大提升了稳定性。 （2）电磁罗盘 利用电磁感应原理或电子传感器测量地磁场，可结合电路处理信号，减少磁干扰影响，并能与其它导航系统集成，提高适应复杂环境的能力。 （3）无线电信标（无线电导航） 20世纪初兴起，通过接收地面无线电信号确定方向或位置，不受地磁场影响，精度更高，尤其适用于航空和航海，代表技术如无线电定向仪。 虽然这些新技术不断涌现，但传统磁性指南针因结构简单、无需电源、成本低廉、可靠性高，在许多领域仍被保留使用，形成新旧技术共存的局面。 【例题1】如图所示，我国早期的指南针（司南），它是把天然磁石磨成勺子的形状，放在水平光滑的“地盘”上制成的。东汉学者王充在《论衡》中记载：“司南之杓，投之于地，其柢指南”。 (1)司南的柢指向 ；（选填序号） ①地理的南极　　②地磁的南极 (2)司南静止时，其柢的指向 受到附近磁铁的干扰。（选填“会”或“不会”） 【例题2】人类最早的磁化技术出现在我国宋代。据《武经总要》记载，古人将空腔鱼形铁烧红后，让铁鱼头尾指向南北放入水中冷却，依靠 获得磁性，随后使之漂浮在水中，制成了如图所示的“指南鱼”。若静止时鱼头指南方，则鱼头应标注为 极。 探究二、自制指南针 【思考】在学习过指南针的发展历史后，我们能否利用一些常见的材料和磁化方法，制作出一个能够指示方向的简易指南针？ 1. 磁针的装置方法（仿沈括古法） 北宋沈括亲自试验了磁针的4种装置方法： 装置方法 操作方法简述 优点 缺陷 浮于水面 将磁针横穿灯芯草或轻质浮体，漂浮于静止水面上 转动灵活，易于观察 怕风、怕水波、怕水质污染 置于碗沿 将磁针平放在光滑的碗口边缘 结构简单，响应快 易滑落，稳定性差 置于指甲 将磁针一端置于光滑指甲面上 灵敏度高，便于临时使用 不易固定，易受手部晃动影响 丝线悬挂 用细蚕丝线悬挂磁针中部，使其自由水平旋转 指向稳定，受外界干扰小 悬挂要求高，易受气流影响 2. 自制指南针实验方案 实验目标：利用实验室或生活常见材料，通过 钢针并选择一种支撑方式，制作一个能稳定指示南北方向的简易指南针。 材料准备： 、钢针（或缝衣针）、泡沫塑料片（或吹塑纸）、一碗清水、细线（如蚕丝线）、小纸片、笔。 制作步骤： （1）磁化钢针（任选一法） ：用磁铁沿同一方向摩擦钢针30–50次。 ：将钢针烧红后沿南北方向迅速冷却。 检验方法：吸附小铁屑，验证是否 。 （2）选择装置方式（任选一法，以“浮于水面”为例） 将泡沫塑料剪成小圆片，中心插入磁化钢针。 轻轻放入静置的水碗中，避免触碰碗壁。 （3）标定方向 待钢针静止后，观察其指向。 在泡沫片上标出“北”（N）和“南”（S）方向。 3. 实验检验与优化建议 检验项目 方法说明 优化方向 指向是否稳定 多次扰动后观察是否恢复同一指向 选用更轻浮体、更静水面、无风环境 是否准确指北 与标准指南针比对方向 重新磁化、调整浮体平衡、避免金属干扰 装置是否耐用 重复使用多次，观察是否失效 加强磁化、保持针体干燥、避免强磁环境 【例题3】在课外实践活动中，用硬纸板和大头针制作底座，将磁化后的缝衣针穿过按扣的两孔，放在底座的针尖上，使缝衣针在水平面内转动，当针静止时，针尖指向北方。这样就制成了一个简易的指南针，如下图所示。下列说法正确的是（　　） A．针尖指北是因为针受到磁感线的作用 B．针尖是指南针的南极 C．针尖指向地磁场的南极 D．针头所指方向与该点地磁场的方向相同 【例题4】在项目化学习中，小科用条形磁体、大号缝衣针、硬卡纸、橡皮、大头针制作简易指南针，制作过程如下。 ①取2枚大号钢质缝衣针，分别将条形磁体沿同一方向摩擦10余次（图甲），使缝衣针磁化。 ②将1张硬壳卡纸折成直角，将2枚被磁化的缝衣针对称地穿在卡纸两侧（图乙），用1块橡皮和1枚大头针做成支座。 ③确定简易指南针能否指向南北方向。 ④在老师的指导下，针对制作指南针的科学性设计了如下评价表。 “自制指南针”评价量表 评价指标 优秀 合格 待改进 指标一 指针磁性强，且能自由转动 指针磁性强，不能自由转动 指针磁性弱，不能自由转动 指标二 能准确指示南北方向，能保持水平平衡 能指示南北方向，不能保持水平平衡 不能指示南北方向，不能保持水平平衡 (1)将条形磁铁S极靠近图乙中缝衣针针尖，缝衣针被排斥，则缝衣针针尖的磁极为 极。 (2)在不添加器材情况下，若要确定简易指南针是否能够指示南北，应如何操作？ (3)根据评价量表进行测试评价，小科制作的指南针“指标一”被评为“优秀”，“指标二”被评为“合格”，请你对该指南针提出合理的改进建议： 。 (4)小科用硬纸板和缝衣针制作了另一款指南针底座，使缝衣针磁化后，穿过按扣的两孔，放在底座的针尖上。当小指南针静止后，针尖始终指向北方，由此可知针尖是指南针的 极。 探究三、测量磁偏角 1. 磁偏角的发现 北宋科学家 在《梦溪笔谈》中首次明确记载了 现象，指出地磁南极与地理北极之间存在 。 在西方，直到1492年哥伦布横渡大西洋时才发现磁偏角，比沈括晚了四百多年。 1962年，我国邮电部发行的《中国古代科学家》纪念邮票（第二组）中，沈括被列入其中，以纪念他的科学贡献。 2. 磁偏角定义 磁偏角是地球表面 与 之间的夹角，即地磁场方向与地理北极方向之间的偏差。 规定：磁针指北极N向东偏时，磁偏角为 ；向西偏时，磁偏角为 。磁偏角是指磁针静止时，所指的北方与真正北方的夹角。 磁偏角 ，例如中国东部约为西偏5°，因此在导航和定位时需校准设备，确保方向准确。 3. 简易测量方法 通过自制指南针测量当地磁偏角，基本思路为： （1）测定磁针静止时所指方向（磁北极方向）； （2）测定地理北极方向； （3）测量两者之间的夹角。 测量步骤： （1）测定磁极方位 使用自制指南针，在无风、无磁干扰环境中静置，待其稳定后，记录磁针静止时所指方向，确定为磁北极方向。 （2）测定地理北极方位 可采用太阳影子法（古代“土圭之法”）： 在水平地面立一直杆，以杆为圆心画圆； 记录日出和日落时杆影顶端与圆周相交的两点； 连接两点得东西方向线，其垂线即为地理南北方向线。 或查阅当地地理坐标数据，获取地理北极方向。 （3）测量夹角 将指南针方向与地理北极方向对齐，使用量角器测量两者之间的夹角，即为当地磁偏角。 4. 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： 在水平地面立直杆，画圆； 记录日出与日落时杆影顶端落于圆周上的两点； 连接两点得东西方向，其垂线即为南北方向。 此方法体现了古人利用自然现象进行科学观测的智慧，也为测定地理北极方向提供了可行方法。 【例题5】若假想地磁场是由地球内部一块大磁铁产生的，如图所示的四个示意图中，能合理描述这块大磁铁的是（   ） A． B． C． D． 【例题6】地磁场： （1）小磁针能够指南北是因为受到了 的作用； （2）地理的两极和地磁的两极并 ，磁针所指的南北方向与地理的南北极方向稍有 （地磁偏角），世界上最早记述这一现象的人是我国宋代的学者 。（《梦溪笔谈》） 【精讲点拨】 1. 地理南北极与地磁南北极相互颠倒，且并不完全重合，存在磁偏角。 2. 指南针的工作原理是利用地磁场，静止时N极指向地磁南极/地理北极。 3. 磁偏角是磁子午圈和地理子午圈的夹角，不同位置的磁偏角也不同，可以自制指南针来测量。 【归纳整理】 4 跨学科实践：指南针 【课堂练习】 1．小明在科技活动中自制了如图所示的“指南鱼”。他用一个薄铁片制作成鱼的形状，用磁体磁化后，放入水中漂浮。多次将“指南鱼”旋转，静止后，鱼头总能指向南方。下列说法正确的是（　　） A．“指南鱼”也可以用铜片制作 B．“指南鱼”的鱼尾应该标注S极 C．沈括最早记录了地理两极与地磁两极并不重合 D．“指南鱼”被磁化后具有磁性，周围存在磁场和磁感线 2．“创新”小组的同学们将一根缝衣针用条形磁铁磁化后，穿过一块塑料泡沫，放在水中漂浮在水面上，制成了一个“水浮式”指南针（如图所示）。下列说法正确的是（    ） A．指南针能够漂浮在水面上，是因为受到地磁场的作用 B．若指南针的针尖指向北方，则指南针的针尖为S极 C．指南针漂浮在水面上，其排开水所受的重力等于缝衣针与泡沫的总重力 D．指南针漂浮在水面上，它受到的浮力大于缝衣针与泡沫的总重力 3．《梦溪笔谈》中记载道： “以磁石磨针锋，则能指南。”根据此描述，可以制作简易指南针。如图所示，将缝衣针在磁铁上摩擦后，穿过扣子的两孔，放在支架上，使其轻轻转动，待它静止时发现针尖指南，下列说法正确的是（　　） A．磁针能指南北是因为地磁场有磁感线 B．磁针中间位置磁性最强 C．针尖是磁针的S极 D．磁针针尖所指的方向为地磁场的南极 4．在研究地磁场方向时，如图所示，发现司南的长柄静止时总是指向南方，则长柄相当于指南针的 极，指向地球磁场的 极。 5．李明用天然磁石仿制图甲所示的勺状的指南针——司南。 （1）他用的材料是图乙所示的天然磁石，该磁石的D端为 （选填“北极”或“南极”）极； （2）他用该磁石的D端磨成勺柄，打磨成勺状指南针（即“司南”），再用细线将其悬挂，如图丙所示，司南静止时，勺柄指向地球的 ； （3）将该司南悬挂在电磁铁正上方，闭合开关S，司南静止时的指向如图丁所示，则电磁铁左端是 （选填“北极”或“南极”）极，则电源M端是 （选填“正极”或“负极”）； （4）为增强司南的磁性，可用图丁所示装置，通过 （填字母序号 ），来增强电磁铁对司南磁化的效果。 A．改变电源的正负极        B．让司南垂直放置在AB中点的正上方 C． 增加电源的电压          D．减少电磁铁线圈的匝数 6．在“探究通电螺线管外部的磁场分布”的实验中（图中小磁针的黑色一端为N极）： (1)在装有螺线管的硬纸板上均匀撒满铁屑，通电后铁屑被磁化，这时 纸板，观察到铁屑排列成如图甲所示的形状，经观察可知通电螺线管外部的磁场分布与 的磁场相似； (2)在通电螺线管周围摆上小磁针，小磁针的指向如图乙所示，由此可知，电源右端为 极； (3)对调螺线管所接电源正、负极，周围小磁针的指向也随之对调，说明通电螺线管的极性与螺线管中的 有关。 (4)如图所示，科技小组自制了一个“树叶水罗盘”，他们将磁化后的缝衣针放在水中漂浮的一片树叶上，多次将树叶轻轻旋转，待其静止后发现树叶的尖端总是指向南方。针尖相当于磁针的 极；磁针有这样的指向性，是因为它受到 作用。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 4 跨学科实践：指南针（导学案） 【学习目标】 1. 了解指南针的发展历史，包括司南、罗盘等演变过程。 2. 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。 3. 能够自制简易指南针，并掌握磁偏角的概念与测量方法。 4. 认识指南针在古代航海与现代生活中的应用，理解其跨学科意义。 【学习重点】 1.指南针的工作原理及其与地磁场的关系；2.指南针的历史演变及其在导航中的应用；3.磁偏角的概念及其简易测量方法。 【学习难点】理解地磁场与地理北极之间的偏差（磁偏角）；掌握自制指南针的方法与步骤。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1. 指南针最早的形态是司南，出现在战国时期，指南针的演变经历了司南、罗盘、磁针三个阶段。 2. 指南针常用于航海、大地测量、军事和旅行方面。指南针利用地磁场指示方向，其静止时指向的是北极（地磁南极）。 3. 地磁的南北极与地理的南北极并不完全重合，存在磁偏角。 4. 磁偏角是指地球表面任一点的磁子午圈同地理子午圈的夹角，可以用磁偏测量仪测出来。 5. 利用小磁针静止时N极所指的方向（地磁南极）与地理北极的夹角，可以粗略测量当地的磁偏角。 【课堂探究】 探究一、指南针的发展历史 1. 司南的诞生 司南是中国战国时期发明的指南工具，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，这就是指南针的始祖—司南。 这也是人类首次利用磁性材料进行方向的测定。 司南的原理：地球本身相当于一个巨大的磁体，其磁场方向大致从地理南极指向地理北极，天然磁石具有磁性，会被地球磁场磁化，并在地磁场作用下自动指向南北方向。 2. 人工磁化与航海应用 司南的缺陷：主要受两方面因素限制，司南的指向精度不高——一是天然磁石本身磁性较弱，二是磁勺与铜盘之间的摩擦干扰。 改进方案：我国古人最早发现天然磁石可使铁针磁化，在此基础上，发明了人工磁化制作指南装置的方法。 司南在长期使用过程中不断改进：唐代末期，人们在司南的基础上创制出水罗盘；至北宋时期，又实现重要技术突破，采用磁石磨针法人工磁化铁针，并相继发展出指南鱼与指南针。 航海中的应用: 中国古代航海家们很早就认识到指南针的重要价值，并开始将其用于海上导航。这不仅显著提升了航行的安全性与准确性，也推动了中国远洋航行能力的飞跃。 根据北宋地理学家朱彧《萍洲可谈》的相关记载，中国是世界上最早将指南针应用于航海的国家。借助指南针的指引，中国船队得以远航至东南亚、印度洋乃至东非沿岸，开辟了举世闻名的“海上丝绸之路”。 指南针技术在不断发展中逐渐传播到其他地区。据史料记载，大约在12世纪，指南针经阿拉伯商人传入欧洲。到13世纪末，这一导航工具在欧洲已得到进一步普及。此后，欧洲各国纷纷将指南针应用于远洋航行，从而开启了大航海时代。哥伦布、达伽马、麦哲伦等著名航海家正是借助指南针，完成了各自的伟大探险，不仅发现了新大陆，也开辟了全新的海上航路。此后，指南针的应用范围进一步扩展，逐渐在大地测量、军事作战、旅行导航等诸多领域发挥重要作用。 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。 罗盘的核心组件与结构： （1）磁针：位于盘中央，是指南针的核心部件，用于确定南北基准方向。 （2）同心圆圈：罗盘盘面上围绕中心刻有多层同心圆环，每一圈都代表不同的信息体系。 4. 技术改良与全球应用 16世纪后，出现液态罗盘、电磁罗盘，到20世纪初，无线电信标等新技术横空出世，新型指南针或导航技术利用技术进步来提升导航的稳定性、精确性和可靠性。 （1）液态罗盘（陀螺罗盘或液体阻尼罗盘） 将磁针置于充满液体的密闭容器中，通过液体的阻尼作用减少晃动，使指针更快稳定，适合在运动平台上（如船舶、飞机）使用，大大提升了稳定性。 （2）电磁罗盘 利用电磁感应原理或电子传感器测量地磁场，可结合电路处理信号，减少磁干扰影响，并能与其它导航系统集成，提高适应复杂环境的能力。 （3）无线电信标（无线电导航） 20世纪初兴起，通过接收地面无线电信号确定方向或位置，不受地磁场影响，精度更高，尤其适用于航空和航海，代表技术如无线电定向仪。 虽然这些新技术不断涌现，但传统磁性指南针因结构简单、无需电源、成本低廉、可靠性高，在许多领域仍被保留使用，形成新旧技术共存的局面。 【例题1】如图所示，我国早期的指南针（司南），它是把天然磁石磨成勺子的形状，放在水平光滑的“地盘”上制成的。东汉学者王充在《论衡》中记载：“司南之杓，投之于地，其柢指南”。 (1)司南的柢指向 ；（选填序号） ①地理的南极　　②地磁的南极 (2)司南静止时，其柢的指向 受到附近磁铁的干扰。（选填“会”或“不会”） 【答案】(1)① (2)会 【详解】（1）地球本身是一个大磁体，司南是用天然磁石磨制成的勺子，其实质就是一块磁铁，在地球的磁场中受到磁力的作用；其柢指南，指的是静止时长柄指向南方，即地理的南极。故选①。 （2）放在磁场中的磁体会受到磁场力的作用，司南静止时，其柢的指向会受到附近磁铁的干扰。 【例题2】人类最早的磁化技术出现在我国宋代。据《武经总要》记载，古人将空腔鱼形铁烧红后，让铁鱼头尾指向南北放入水中冷却，依靠 获得磁性，随后使之漂浮在水中，制成了如图所示的“指南鱼”。若静止时鱼头指南方，则鱼头应标注为 极。 【答案】 地磁场 S/南 【详解】先将鱼形铁烧红，令铁鱼头尾指向南北，依靠地磁场使其磁化，获得磁性，再将其放入水中漂浮，制成指南鱼。若静止时鱼头指南方，鱼头应标注S（南）极。 探究二、自制指南针 【思考】在学习过指南针的发展历史后，我们能否利用一些常见的材料和磁化方法，制作出一个能够指示方向的简易指南针？ 1. 磁针的装置方法（仿沈括古法） 北宋沈括亲自试验了磁针的4种装置方法： 装置方法 操作方法简述 优点 缺陷 浮于水面 将磁针横穿灯芯草或轻质浮体，漂浮于静止水面上 转动灵活，易于观察 怕风、怕水波、怕水质污染 置于碗沿 将磁针平放在光滑的碗口边缘 结构简单，响应快 易滑落，稳定性差 置于指甲 将磁针一端置于光滑指甲面上 灵敏度高，便于临时使用 不易固定，易受手部晃动影响 丝线悬挂 用细蚕丝线悬挂磁针中部，使其自由水平旋转 指向稳定，受外界干扰小 悬挂要求高，易受气流影响 2. 自制指南针实验方案 实验目标：利用实验室或生活常见材料，通过磁化钢针并选择一种支撑方式，制作一个能稳定指示南北方向的简易指南针。 材料准备：磁铁、钢针（或缝衣针）、泡沫塑料片（或吹塑纸）、一碗清水、细线（如蚕丝线）、小纸片、笔。 制作步骤： （1）磁化钢针（任选一法） 摩擦法：用磁铁沿同一方向摩擦钢针30–50次。 淬火法：将钢针烧红后沿南北方向迅速冷却。 检验方法：吸附小铁屑，验证是否磁化。 （2）选择装置方式（任选一法，以“浮于水面”为例） 将泡沫塑料剪成小圆片，中心插入磁化钢针。 轻轻放入静置的水碗中，避免触碰碗壁。 （3）标定方向 待钢针静止后，观察其指向。 在泡沫片上标出“北”（N）和“南”（S）方向。 3. 实验检验与优化建议 检验项目 方法说明 优化方向 指向是否稳定 多次扰动后观察是否恢复同一指向 选用更轻浮体、更静水面、无风环境 是否准确指北 与标准指南针比对方向 重新磁化、调整浮体平衡、避免金属干扰 装置是否耐用 重复使用多次，观察是否失效 加强磁化、保持针体干燥、避免强磁环境 【例题3】在课外实践活动中，用硬纸板和大头针制作底座，将磁化后的缝衣针穿过按扣的两孔，放在底座的针尖上，使缝衣针在水平面内转动，当针静止时，针尖指向北方。这样就制成了一个简易的指南针，如下图所示。下列说法正确的是（　　） A．针尖指北是因为针受到磁感线的作用 B．针尖是指南针的南极 C．针尖指向地磁场的南极 D．针头所指方向与该点地磁场的方向相同 【答案】C 【详解】A．地球是一个大磁体，指南针指南北的原因是由于受到了地磁场的作用，故A错误； BC．指南针静止时，指向南的一端是磁体的南（S）极；指向北的一端是磁体的北（N）极，针尖指北，所以针尖是N极，针尖所指是地磁的南极，故B错误，C正确； D．针尖是指南针的N极，所以针尖所指方向，就是该点地磁场的磁场方向，针尾（头）所指方向与该点地磁场的方向相反，故D错误。 故选C。 【例题4】在项目化学习中，小科用条形磁体、大号缝衣针、硬卡纸、橡皮、大头针制作简易指南针，制作过程如下。 ①取2枚大号钢质缝衣针，分别将条形磁体沿同一方向摩擦10余次（图甲），使缝衣针磁化。 ②将1张硬壳卡纸折成直角，将2枚被磁化的缝衣针对称地穿在卡纸两侧（图乙），用1块橡皮和1枚大头针做成支座。 ③确定简易指南针能否指向南北方向。 ④在老师的指导下，针对制作指南针的科学性设计了如下评价表。 “自制指南针”评价量表 评价指标 优秀 合格 待改进 指标一 指针磁性强，且能自由转动 指针磁性强，不能自由转动 指针磁性弱，不能自由转动 指标二 能准确指示南北方向，能保持水平平衡 能指示南北方向，不能保持水平平衡 不能指示南北方向，不能保持水平平衡 (1)将条形磁铁S极靠近图乙中缝衣针针尖，缝衣针被排斥，则缝衣针针尖的磁极为 极。 (2)在不添加器材情况下，若要确定简易指南针是否能够指示南北，应如何操作？ (3)根据评价量表进行测试评价，小科制作的指南针“指标一”被评为“优秀”，“指标二”被评为“合格”，请你对该指南针提出合理的改进建议： 。 (4)小科用硬纸板和缝衣针制作了另一款指南针底座，使缝衣针磁化后，穿过按扣的两孔，放在底座的针尖上。当小指南针静止后，针尖始终指向北方，由此可知针尖是指南针的 极。 【答案】(1)S (2)见解析 (3)见解析 (4)N 【详解】（1），将条形磁铁S极靠近缝衣针针尖时缝衣针针尖被排斥，根据“同名磁极相互排斥”的规律可知，针尖是S极。 （2）指南针能够指示南北是因为受到了地磁场的作用，无论怎样放置指南针，指针静止后都会指示南北方向，所以可以先将简易指南针的指针指示东西方向，然后放手，看静止后的简易指南针能否指示南北方向。 （3）由于缝衣针不是均匀圆柱体，所以图乙中的方法不能保证缝衣针的水平平衡，改进的方法可以通过移动卡纸在大头针上的支撑位置，使它能保持水平平衡。 （4）地理的北极是地磁的南极，所以针尖指向北方是指向地磁场的S极，根据异名磁极相互吸引的规律可知针尖为N极。 探究三、测量磁偏角 1. 磁偏角的发现 北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中首次明确记载了磁偏角现象，指出地磁南极与地理北极之间存在偏差。 在西方，直到1492年哥伦布横渡大西洋时才发现磁偏角，比沈括晚了四百多年。 1962年，我国邮电部发行的《中国古代科学家》纪念邮票（第二组）中，沈括被列入其中，以纪念他的科学贡献。 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，即地磁场方向与地理北极方向之间的偏差。 规定：磁针指北极N向东偏时，磁偏角为正；向西偏时，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。 磁偏角因地而异，例如中国东部约为西偏5°，因此在导航和定位时需校准设备，确保方向准确。 3. 简易测量方法 通过自制指南针测量当地磁偏角，基本思路为： （1）测定磁针静止时所指方向（磁北极方向）； （2）测定地理北极方向； （3）测量两者之间的夹角。 测量步骤： （1）测定磁极方位 使用自制指南针，在无风、无磁干扰环境中静置，待其稳定后，记录磁针静止时所指方向，确定为磁北极方向。 （2）测定地理北极方位 可采用太阳影子法（古代“土圭之法”）： 在水平地面立一直杆，以杆为圆心画圆； 记录日出和日落时杆影顶端与圆周相交的两点； 连接两点得东西方向线，其垂线即为地理南北方向线。 或查阅当地地理坐标数据，获取地理北极方向。 （3）测量夹角 将指南针方向与地理北极方向对齐，使用量角器测量两者之间的夹角，即为当地磁偏角。 4. 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： 在水平地面立直杆，画圆； 记录日出与日落时杆影顶端落于圆周上的两点； 连接两点得东西方向，其垂线即为南北方向。 此方法体现了古人利用自然现象进行科学观测的智慧，也为测定地理北极方向提供了可行方法。 【例题5】若假想地磁场是由地球内部一块大磁铁产生的，如图所示的四个示意图中，能合理描述这块大磁铁的是（   ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】地球是一个大磁体，地磁场的形状与条形磁铁相似，地磁场的南北极与地理位置的南北极相反，并不完全重合会出现磁偏角；即地磁场的北极在地理位置的南极附近，地磁场的南极在地理位置的北极附近，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【例题6】地磁场： （1）小磁针能够指南北是因为受到了 的作用； （2）地理的两极和地磁的两极并 ，磁针所指的南北方向与地理的南北极方向稍有 （地磁偏角），世界上最早记述这一现象的人是我国宋代的学者 。（《梦溪笔谈》） 【答案】 地磁场 不重合 偏离 沈括 【详解】（1）[1]地球本身是个大磁体，小磁针指南北是受到地磁场的作用。 （2）[2][3][4]地理的南北两极与地磁的南北两极并不重合，稍有偏差；我国宋代学者沈括在《梦溪笔谈》中记载“以磁石磨针，则能指南，然常微偏东，不全南也”。 【精讲点拨】 1. 地理南北极与地磁南北极相互颠倒，且并不完全重合，存在磁偏角。 2. 指南针的工作原理是利用地磁场，静止时N极指向地磁南极/地理北极。 3. 磁偏角是磁子午圈和地理子午圈的夹角，不同位置的磁偏角也不同，可以自制指南针来测量。 【归纳整理】 4 跨学科实践：指南针 【课堂练习】 1．小明在科技活动中自制了如图所示的“指南鱼”。他用一个薄铁片制作成鱼的形状，用磁体磁化后，放入水中漂浮。多次将“指南鱼”旋转，静止后，鱼头总能指向南方。下列说法正确的是（　　） A．“指南鱼”也可以用铜片制作 B．“指南鱼”的鱼尾应该标注S极 C．沈括最早记录了地理两极与地磁两极并不重合 D．“指南鱼”被磁化后具有磁性，周围存在磁场和磁感线 【答案】C 【详解】A．铜片不是磁性材料，不能被磁化，所以“指南鱼”不可以用铜片制作，故A错误； B．地球是一个大磁体，地磁的南极在地理的北极附近，地磁的北极在地理的南极附近。根据异名磁极相互吸引，“指南鱼”静止时鱼头指向南方，说明鱼头是S极，那么鱼尾就是N极，应该标注N极，故B错误； C．地理的两极和地磁场的两极并不重合，磁针指的南北方向与地理的南北方向略有偏差，世界上最早记录这一现象的人是我国宋代学者沈括，故C正确； D．“指南鱼”被磁化后具有磁性，周围存在磁场，但磁感线是为了形象、方便地描述磁场而假想的曲线，实际并不存在，故D错误。 故选C。 2．“创新”小组的同学们将一根缝衣针用条形磁铁磁化后，穿过一块塑料泡沫，放在水中漂浮在水面上，制成了一个“水浮式”指南针（如图所示）。下列说法正确的是（    ） A．指南针能够漂浮在水面上，是因为受到地磁场的作用 B．若指南针的针尖指向北方，则指南针的针尖为S极 C．指南针漂浮在水面上，其排开水所受的重力等于缝衣针与泡沫的总重力 D．指南针漂浮在水面上，它受到的浮力大于缝衣针与泡沫的总重力 【答案】C 【详解】A. 指南针能够漂浮在水面上，是因为受到水的浮力作用，而不是地磁场的作用，地磁场是使指南针指向南北方向的原因，故A错误； B.地磁的南极在地理北极附近，地磁的北极在地理南极附近，若指南针的针尖指向北方，则指南针的针尖为N极，故B错误； C. 根据物体漂浮时浮力等于重力，以及阿基米德原理，指南针漂浮在水面上，它受到的浮力等于缝衣针与泡沫的总重力，那么其排开水所受的重力也等于缝衣针与泡沫的总重力，故C正确； D. 指南针漂浮在水面上，处于平衡状态，它受到的浮力等于缝衣针与泡沫的总重力，故D错误。 故选C。 3．《梦溪笔谈》中记载道： “以磁石磨针锋，则能指南。”根据此描述，可以制作简易指南针。如图所示，将缝衣针在磁铁上摩擦后，穿过扣子的两孔，放在支架上，使其轻轻转动，待它静止时发现针尖指南，下列说法正确的是（　　） A．磁针能指南北是因为地磁场有磁感线 B．磁针中间位置磁性最强 C．针尖是磁针的S极 D．磁针针尖所指的方向为地磁场的南极 【答案】C 【详解】A．指南针能指南北是因为地磁场对磁针有力的作用，磁感线只是人为假想的模型，不是真实存在的线，故A错误； B．缝衣针在磁铁上摩擦后类似条形磁铁，条形磁铁的磁性两端（磁极）最强，中间几乎无磁性，故B错误； CD．地理南极附近是地磁场的北极，所以会吸引磁针的南极（S极），由题可知缝衣针在磁铁上摩擦后，静止时针尖指南，因此针尖是S极，故C正确，D错误。 故选 C。 4．在研究地磁场方向时，如图所示，发现司南的长柄静止时总是指向南方，则长柄相当于指南针的 极，指向地球磁场的 极。 【答案】 南/S 北/N 【详解】[1][2]地球是一个巨大磁体，地磁的南极在地理北极附近，地磁的北极在地理的南极附近。司南是用天然磁石磨制成的勺子，即其本质就是一块磁铁，在地球的磁场中受到磁场力的作用，其静止时其长柄指向地理南方，即指向地磁的北极；由磁极间的相互作用可知，司南的长柄是南极，用S表示。 5．李明用天然磁石仿制图甲所示的勺状的指南针——司南。 （1）他用的材料是图乙所示的天然磁石，该磁石的D端为 （选填“北极”或“南极”）极； （2）他用该磁石的D端磨成勺柄，打磨成勺状指南针（即“司南”），再用细线将其悬挂，如图丙所示，司南静止时，勺柄指向地球的 ； （3）将该司南悬挂在电磁铁正上方，闭合开关S，司南静止时的指向如图丁所示，则电磁铁左端是 （选填“北极”或“南极”）极，则电源M端是 （选填“正极”或“负极”）； （4）为增强司南的磁性，可用图丁所示装置，通过 （填字母序号 ），来增强电磁铁对司南磁化的效果。 A．改变电源的正负极        B．让司南垂直放置在AB中点的正上方 C． 增加电源的电压          D．减少电磁铁线圈的匝数 【答案】 南极 南极 北极 负极 C 【详解】（1）[1]在磁体外部，磁感线总是从磁体的N极发出，最后回到S极。所以由图乙得，该磁石的D端为磁感线进入端则为南极。 （2）[2]如图（乙）所示，根据天然磁石的磁感线分布，可判断D端是磁南极，也就是磁勺的勺柄，地磁场的北极在地理南极附近，根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引的作用规律得，勺柄指向地球的南极。 （3）[3][4]因为异名磁极相互吸引，通电螺线管的左端是N极，用安培定则可判断通电螺线管中的电流方向，再根据电流方向是从电源正极出发通过用电器回到负极，所以电源左端为电源的负极。 （4）[5]电磁铁的线圈匝数越多，电流越大磁性越强。为了增强司南的磁化效果，应增强电磁铁的磁性，即可以增加电源电压，使线圈中电流增大，同时增加线圈的匝数，故ABD不符合题意；故C符合题意。 故选C。 6．在“探究通电螺线管外部的磁场分布”的实验中（图中小磁针的黑色一端为N极）： (1)在装有螺线管的硬纸板上均匀撒满铁屑，通电后铁屑被磁化，这时 纸板，观察到铁屑排列成如图甲所示的形状，经观察可知通电螺线管外部的磁场分布与 的磁场相似； (2)在通电螺线管周围摆上小磁针，小磁针的指向如图乙所示，由此可知，电源右端为 极； (3)对调螺线管所接电源正、负极，周围小磁针的指向也随之对调，说明通电螺线管的极性与螺线管中的 有关。 (4)如图所示，科技小组自制了一个“树叶水罗盘”，他们将磁化后的缝衣针放在水中漂浮的一片树叶上，多次将树叶轻轻旋转，待其静止后发现树叶的尖端总是指向南方。针尖相当于磁针的 极；磁针有这样的指向性，是因为它受到 作用。 【答案】(1) 轻敲 条形 (2)正 (3)电流方向 (4) 南/S 地磁场 【详解】（1）[1]在硬纸板上均匀撒满铁屑后，铁屑会因与纸板间的摩擦力无法自由排列，轻敲纸板可减小摩擦力，让铁屑在磁场作用下排列出磁场分布形状。 [2]由图甲可以看出，通电螺线管外部的磁场呈现两端磁性最强，中间磁性较弱，磁场分布与条形磁体的磁场相似。 （2）由图乙中小磁针的指向可知，螺线管左端为N极、右端为S极；再用安培定则，右手握住螺线管，大拇指指向N极，四指指向电流方向，可判断电流从螺线管右端导线流入、左端导线流出，因此电源右端为正极。 （3）调换电源正、负极，螺线管中的电流方向改变，周围小磁针的指向，即螺线管的极性也随之改变，说明通电螺线管的极性与螺线管中的电流方向有关。 （4）[1]树叶的尖端总是指向南方，根据磁体的指向性，磁体的S极会指向地理南极，因此针尖相当于磁针的S极或南极。 [2]地磁场的北极在地理南极附近，南极在地理北极附近，磁针具有这样的指向性，是因为受到地磁场的作用。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $