Урок: «Магнитное поле Земли и других планет»

Голубева Л.Д.

Тема: «Магнитное поле Земли и других планет».

«Сначала мы делаем открытия всем

давно известные, потом не так давно

известные, а потом - совсем новые.»

К.Э. Циолковский

Цели: 1. Познакомить ребят с новыми понятиями: «магнитное поле Земли», «магнитная аномалия», «магнитная буря», «магнитные полюса Земли» и др.

2. Дать информацию с передних рубежей науки.

3. Формировать умение самостоятельно работать.

План занятия:

1. Вступление о чём мы говорим сегодня?

2. Устный журнал:

• Первая страница: «Компас указывает нам…» (о компасе).

• Вторая страница: «Загадочный невидимка» (о магнитном поле Земли и его природе).

• Третья страница: «Магнитное поле Земли и климат».

• Четвертая страница: «Будь здоров» (о влиянии на человека и животных магнитного поля Земли).

• Пятая страница: «Космические аппараты рассказывают…» (об исследовании магнитных полей Земли и других планет с помощью космических аппаратов).

3. Заключение (шестая страница «Подумай!»). Самостоятельная работа учащихся: тестирование.

4. Домашнее задание, включающее составление кроссворд.

ХОД УРОКА.

Вступление.

Наш сегодняшний урок пройдет в виде устного журнала о магнитном поле Земли и планет. Речь пойдет о земном и космическом магнетизме.

Человека пронизывают мириады магнитных полей различного происхождения. Мы привыкли к магниту и относимся к нему снисходительно, как к устаревшему атрибуту школьных уроков, порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас.

- Ребята, где вы в быту, в технике встречаетесь с магнитами?

(в электробритве, динамике, магнитофоне, в банке с гвоздями, человек - сам магнит: биотоки, текущие в нем, порождают вокруг причудливый пульсирующий узор магнитных линий. Земля, на которой мы живем, - гигантский голубой магнит. Солнце - желтый плазменный шар - еще более грандиозный магнит. Галактики и туманности, едва различимые радиотелескопами, непостижимые по размерам магниты…)

Нет человека, который бы мог сказать: «Я знаю о магните всё.» Вопрос, почему магнит притягивает, всегда будет волновать людей и рождать жажду новых знаний и новых открытий.

- Об истории происхождения магнита.

Магнит - камень из Магнесии - древнего города в Малой Азии, тело, обладающее намагниченностью. Магнитные явления известны людям с очень давних времен. В 1600 году Уильям Гильберт выпустил книгу под названием «Новая физиология о магнитах, магнитных силах и великом магните - Земле», в которой привел факты, доказывающие, что наша планета - магнит: вертикально стоящие оконные железные решетки с течением времени намагничиваются (очевидно, под влиянием этого магнита); известно, что кусок магнитного железняка (демонстрация образа), будучи подвешенным, ориентируется в пространстве особым образом (опять - таки, видимо, под влиянием этого магнита).Последний факт - основа одного из величайших изобретений человека - компаса.)

- Первая страничка нашего устного журнала называется: «Компас указывает на…». Её ведёт ученик…

Удивительная способность магнита притягивать железа была известна еще в древности. Свойство магнита указывать на юг и север Земли было открыто позже. Но уже в 3 в. Изготовляли особые «югоуказатели» в виде маленького человечка с вытянутой рукой. Эта фигурка - древнейший компас - укреплялась на магните, который мог вращаться. Значительно позже (в 8-9 вв.) арабы стали применять компас для мореплавания. Европейские мореплаватели пользовались компасом примерно с 9-го в., но не знали (также, как китайцы и арабы), почему один конец стрелки указывает на юг, а другой - на север.

Первые компасы представляли собой небольшие кусочки намагниченного железа, прикрепленные к пробке, плавающей в глиняном сосуде с водой. Такие примитивные приборы применяли кочевники при переходах через пески бескрайних пустынь. Эти компасы были настолько ценны для кочевников, что их держали в специальных ящичках между горбами верблюдов.

Шло время, менялся внешний вид компаса. К стойке для стрелки стали прикреплять карточку с нанесенными обозначениями частей света. Потом ввели 4 промежуточных румба: северо-восточный и юго-западный. Все направления изображали в виде лучей, расходящихся из центра круга в разные стороны, как лепестки цветка. Рисунок получил название «роза ветров».

Устройство простейшего современного компаса такое: в плоской цилиндрической пластмассовой коробочке на острие стальной иглы находится магнитная стрелка. Один конец стрелки окрашен в синий цвет, он указывает направление на север, другой окрашен в красный, он указывает на юг. На дне коробочки расположено градусное кольцо. Компасы бывают разные. Например, в маршрутах геологов и географов сопровождает горный компас, у которого есть приспособление для измерения угла наклона поверхности Земли и горных пластов.

Практическое задание:

1. Рассмотрите внимательно компасы, лежащие на ваших столах. Определите, в каком направлении расположена классная доска.

2. На столах перед вами три металлических цилиндра. Определите с помощью компаса, какой из них изготовлен из стали.

3. Всем известно, что магнитная стрелка компаса ориентируется в данном месте пространства всегда определенным образом. Как вы думаете: почему?

Попытаемся ответить на вопрос, послушав материал второй страницы нашего устного журнала «Загадочный невидимка». Её ведёт…

- Моя тема - «Магнитное поле Земли и его природа».

Сегодня ученые знают, что одна из особенностей Земли как планеты - наличие у неё магнитного поля. Именно благодаря ему мы можем пользоваться компасом. Что же является источником этого магнитного поля? По современным воззрениям, первая причина - это процесс, происходящий в недрах Земли. Ядро Земли является жидким и состоящим из железа; в нем циркулируют круговые токи, которые порождают земное магнитное поле: вокруг токов всегда есть магнитное поле.

В 1958 г. при помощи космических аппаратов российские и американские учёные открыли существование вокруг Земли двух «поясов», которые расположены в экваториальной плоскости. Эти «пояса» (их называют радиационными) состоят из движущихся потоков заряженных частиц - протонов и электронов, которые создают кольцевой ток. Таким образом, радиационные пояса - вторая причина существования у Земли магнитного поля. В первом приближении на не слишком больших расстояниях от поверхности планеты её магнитное поле представляет собой поле полосового магнита. Северный полюс этого магнита находится в Южном полушарии и не на поверхности Земли, а на некоторой глубине, а Южный магнитный полюс - в Северном полушарии и тоже в недрах планеты. Если мы мысленно соединим эти полюсы прямой, то полученный отрезок диаметром Земли не будет. Это первая особенность магнитных полюсов Земли. Вторая особенность - эти полюса постепенно смещаются.

- На глобусе обозначены полюсы Земли: Северный и Южный. Их координаты - 90 северной широты, 90 южной широты. Координаты магнитных полюсов: Южный - 77 северной широты, 102 Западной долготы (Северная Америка, Канадский Арктический архипелаг, п-ов Бутия); Северный магнитный полюс - 65,5 южной широты, 39,5 восточной долготы (Антарктида).

• Обозначение на глобусе магнитных полюсов красным и синим флажками.

• Опыт по демонстрации одноименных полюсов магнита.

• Опыт по демонстрации определенной ориентации магнитной стрелки в магнитном поле постоянного магнита.

Магнитное поле Земли образует магнитосферу нашей планеты. Она простирается на расстояние 70-80 тыс. км. в направлении на Солнце и на многие миллионы км в противоположную сторону. Это поле имеет магнитный шлейф или магнитный «хвост», он направлен на ночную сторону планеты. Земной магнитный шлейф тянется очень далеко и «заходит» за орбиту Луны.

В некоторых районах Земли величина, характеризующая её магнитное поле (напряженность), всегда резко отличается от средних значений. Эта ненормальность (аномалия) может охватывать большие региональные площади или малые. Большинство аномалий объясняется залеганием под поверхностью Земли горных пород, содержащих горные руды. Примерами могут служить такие места, как Криворожский бассейн, Горная Шория. В районе Курской магнитной аномалии напряженность магнитного поля в 5 раз больше средней.

Кратковременные изменения магнитного поля Земли, называемые магнитными бурями, вызывают вспышки на Солнце и сопровождающие их выбросы потоков заряженных частиц. Особенно сильные магнитные бури возникают в том случае, когда такой поток охватывает всю Землю, менее сильные порождаются потоками частиц, проходящих мимо Земли.

- Перейдем к третьей странице нашего устного журнала «Магнитное поле Земли и климат».

Магнитное поле Земли препятствует проникновению заряженных частиц и

космических лучей в атмосферу. В 80-е гг. XX в. Ученые разработали методы определения напряженности магнитного поля, которую Земля имела тысячи и миллионы лет назад. Было установлено, что вулканическая лава, остывая, фиксирует магнитное поле, которое Земля имела во время извержения. Так восстановили историю магнитного поля Земли. В последние миллионы лет магнитное поле Земли возрастало. В то время, когда на Земле случались крупные оледенения, оно было наиболее сильным. Первые признаки оледенения Гренландии и Антарктиды проявились практически вместе с появление магнитного поля Земли: около 3-4 млн. лет назад. С тех пор напряженность магнитного поля возросла в 6-10 раз; особенно высокой она была 380 000 лет назад, когда и происходил активный процесс оледенения континентов и океана, шло понижение температуры мирового океана.

Интересны такие данные: конец последнего оледенения (около 12 000 лет назад) совпал с периодом резкого усиления магнитного поля Земли; период же очень теплого климата (608 000 лет назад) совпал с периодом очень слабого магнитного поля Земли (оно было в 2-3 раза слабее современного). Изменения климата нашей планеты связаны с изменениями магнитного поля Земли.

Демонстрация опыта: изменение магнитного поля постоянного магнита при изменении температуры.

- Переходим к 4 странице нашего устного журнала, которая называется «Будь здоров!»

Магнитное поле Земли (геомагнетизм) - еще один фактор воздействия среды обитания на человека и живые существа, его относят к геофизическим факторам. Действие геомагнетизма на здоровье человека может быть благоприятным и неблагоприятным, в зависимости от силы воздействия.

Наш выдающийся соотечественник А.Л. Чижевский доказал, что магнитные бури влияют на состояние нервной системы, которая является их своеобразным «приемником». Нервы и головной мозг - очень чувствительные «приемники» и реагируют с большой быстротой. В наше время все знают о неблагоприятных днях (когда сильны магнитные возмущения), о том, что кровать или диван, на котором спят, надо ставить изголовьем на север, чтобы магнитные силовые линии геомагнитного поля шли параллельно телу, тогда мозг и нервная система отдыхают более продуктивно.

Влияние магнитных бурь на организм человека, и особенно на больных сердечно-сосудистыми заболеваниями, было выявлено французскими медиками в 1915 - 1919 гг. Они установили, что во время таких бурь больных охватывают продолжительные приступы болей, длящиеся 2-3 дня. Исследования показали, что реакция организма человека на магнитные бури зависит от его возраста, пола и реактивности нервной системы, состояния здоровья. У людей пожилого возраста в эти дни учащается пульс и повышается артериальное давление. Было отмечено также, что мужчины более подвержены воздействию магнитных бурь, чем женщины. В магнитоактивные дни инфаркты миокарда случаются на 4-5% чаще, чем в магнитоспокойные дни.

Почему организм человека реагирует на магнитные бури?

Известно, что магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды, электрические токи, магниты. В биологических системах, в том числе в организме человека, существуют упорядоченные движения электрических зарядов (электронов и ионов), определяющие все основные процессы жизнедеятельности клеток. Кроме токов и зарядов, в живом организме имеются маленькие «магнитики»; это молекулы разных веществ, прежде всего, молекулы воды. Известно, что магниты взаимодействуют. Именно поэтому меняющееся магнитное поле вызывает переориентацию маленьких «магнитиков» в организме, располагая их иначе, чем прежде. Отклоняясь от обычного направления, они перестают нормально выполнять свои функции, отчего начинает страдать весь организм. Наибольшей чувствительностью обладает нервная система.

Электромагнитные свойства крови имеют существенное значение для ее движения; если бы кровь не обладала этими свойствами, то нагрузка на сердце значительно бы возросла, и оно должно было бы иметь большие размеры. Магнитное поле Земли - своеобразный щит, оберегающий нас и весь органический мир. Не будь у Земли магнитного поля, защищающего её от солнечной радиации, наша планета превратилась бы в выжженную пустыню, а живые существа погибли бы.

Исследования ученых продолжаются. Многие данные о магнитных полях Земли и других планет получены с помощью автоматических межпланетных станций (АМС).

- Переворачиваем очередную страничку нашего устного журнала, которая называется «Космические аппараты рассказывают…»

С помощью космических аппаратов было установлено наличие у Марса магнитного поля. Оно установлено магнитометрами советских АМС «Марс - 2», «Марс - 3», «Марс - 5» (1974 г.) и «Фобос - 2» (1989 г.). Оказалось, что Марс обладает собственным полем, направление которого подобно земному: Северный магнитный полюс находится в южном полушарии. Значение индукции магнитного поля на поверхности Земли.

О существовании магнитного поля у Юпитера было известно ранее из радиоастрономических наблюдений, но лишь полёты американских аппаратов «Пионер - 10» (1973 г.) и «Пионер - 11» (1974 г.) позволили обнаружить некоторые особенности магнитосферы этой планеты: магнитная ось Юпитера направлена на север, т.е. для этой планеты Северный географический полюс совпадает с Северным магнитным, но полюсы не лежат на одной прямой; магнитное поле Юпитера очень сильное; имеет «хвост» или «шлейф», протянувшийся очень далеко: за пределы орбиты следующей планеты - Сатурна. Явления, наблюдаемые на дневной стороне планеты, похожи на явления в магнитном «хвосте».

Магнитное поле у Сатурна есть, оно сильнее земного, но слабее, чем у Юпитера. Это выяснилось благодаря полёту американского КА «Пионер - 11» (1979 г.) вблизи планеты на расстоянии приблизительно 21,4 тыс. км от неё.

В 1974 г. была открыта магнитосфера Меркурия во время полёта около него американской АМС «Вояджер - 2» выяснил, что эта планета тоже имеет магнитное поле, при чем более сильное, чем у Сатурна.

«Встретившийся» с Нептуном в 1989 г. американский КА «Вояджер - 2» обнаружил магнитное поле у этой планеты и то, что линия, соединяющая магнитные полюса, отклонена от оси вращения на 50.

Единственной, насколько пока известно, планетой, у которой нет собственного магнитного поля, является Венера.

Почти похожа на Венеру в этом отношении Луна - естественный спутник Земли. Запущенный в 1959 г. советский КА «Луна - 2» обнаружил, что Луна не имеет магнитного поля. Но некоторые образцы лунного грунта имеют остаточную намагниченность. Учёные считают, что она могла возникнуть под влиянием магнитного поля Солнца, Земли, либо того поля, которое было у Луны ранее.

Заключение…

- Итак, мы с вами познакомились поближе с земным и космическим магнитными полями. Перейдем к шестой странице нашего устного журнала, которая называется «Подумай!». Проверим, насколько вы были внимательными и как освоили новые понятия, о которых шла речь. Предлагаем тест. В листках, которые лежат перед вами, необходимо дописать фразы.

Тест по теме «Магнитное поле Земли».

Вариант №1

1. Источник магнитного поля Земли…

2. Южный магнитный полюс Земли находится вблизи… географического полюса.

3. Область на земном шаре, где направление магнитной стрелки всегда образует большой угол с направлением силовых линий Земли, называется…

4. Магнитная аномалия объясняется…

5. Венера - единственная планета, у которой магнитное поле…

Вариант №2

1. Магнитная стрелка, свободно вращающаяся вокруг вертикальной оси, всегда устанавливается в данном месте Земли в определённом направлении потому, что…

2. Северный магнитный полюс Земли находится у… географического полюса.

3. Кратковременный «всплеск» изменения магнитного поля Земли называют…

4. Причина магнитной бури…

5. Магнитное поле Земли называют…

-Закончили работу? Поменяйтесь тестами и проверьте труд соседа; подчеркните неверные окончания фраз волнистой линией. Выполнили? Поменяйтесь листочками. Поднимите руку, кто в тесте не сделал ни одной ошибки… Молодцы. Поднимите руку, кто сделал одну ошибку. Вы хорошо поработали. Прошу поднять руки тех, кто сделал две ошибки. Вам нужно еще внимательнее поработать с этим материалом.

Домашнее задание.

Составьте на отдельных листах по этой теме кроссворд. Алгоритм выполнения задания даю вам на листочке; возьмите его с собой. Еще вы получите уменьшенную копию краткого опорного конспекта для закрепления пройденного материала.