磁铁

《磁铁》教案

针对年级：三年级。
课程时长：2课时。

第一课 磁铁的磁性

【教学内容及目标】
科学概念：
1、磁铁能吸引铁制的物体，这种性质叫磁性。
2、磁铁隔着一些物体也能吸铁。
过程与方法：
1、用实验方法研究磁铁能吸引什么，不能吸引什么。
2、用磁铁识别物体是不是铁材料制作的。
3、根据材料设计实验，研究磁铁隔着一些材料能不能吸铁。
【教学准备】
教师准备：（给每个小组都要准备）
1、磁铁和被测试物品：布，纸片、铜钥匙、铝片、回形针、铁钉、塑料片、石块、图钉、大头针。
2、玻璃杯和水。
3、几种不同材质的硬币。
学生准备：笔。
【教学过程】
一、导入。（计划用时：5分钟）
用一个较为吸引的实验（隔空吸物），来引起学生的好奇心，从此引入正文：
师：同学们，你们看这是什么（出示事先做好的小鱼【一条小鱼带有回形针，一条小鱼不带回形针。】）
生：两条小鱼。
师：他们的鱼嘴有什么区别吗？
生：一条鱼嘴上有回形针，一条鱼嘴上没有回形针
师：（出示鱼竿。鱼竿上带有一块环形磁铁，用布包起来。】）谁想到前边来做钓鱼游戏？（让一个学生上来钓鱼）
师：通过这个游戏，你有什么问题要问吗？
生：为什么钓鱼竿能够钓起小鱼？
生2：为什么带有回形针的那条小鱼能被钓起来，而没有回形针的那条不能被钓起来呢？
师：哦，原来你们有这样的问题呀？那么大家来猜一猜，到底是怎么回事呢？
生：因为钓鱼竿上有磁铁，一条小鱼嘴上有回形针，磁铁把回形针吸起来了。另一条小鱼嘴上没有回形针所以没有被钓起来。
师：哦，原来磁铁可以吸引回形针呀，那么通过这个游戏你想知道什么呀？你会提出一些什么问题呢？
生：我想知道，除了回形针之外，磁铁还可以吸引什么物体？
生：我想知道，磁铁不能吸引什么物体？……
（也许他们不可能完全提出这么些问题，但应该大多是类似的）
师：这节课呢，我们就带着这些问题来研究磁铁，看看磁铁到底能吸引什么物体，不能吸引什么物体？
二、磁铁到底能吸什么物体。（计划用时：15分钟）
师：让学生打开试验材料带，看看里面有些什么材料？谁来给大家介绍一下？
生：有布，纸片、铜钥匙、铝片、回形针、铁钉、塑料片、石块、图钉、大头针。
师：好，等一会儿我们就先猜测一下哪些物体能被磁铁吸引，哪些物体不能被磁铁吸引？请各组同学把你们小组认为能被磁铁吸引的放在实验桌的左边，不能被磁铁吸引的放在实验桌的右边，同时请每个小组把你们小组的猜测结果填写在实验记录单的相应格内。
各组猜测完毕之后，找出两三组来，进行简单的回答。
师：好，哪一个小组愿意把你们猜测的结果跟大家交流一下呢？
生：（回答的组可能答案会不同）
能被磁铁吸引的有：铝片、铜钥匙、回形针、铁钉、大头针、图钉。
不能被磁铁吸引的有：布片、纸片、木片、石块、塑料片。
回答完毕之后，老师引导同学，让同学们总结这些能被吸引的物体的共性。
师：有的同学（善于发现的，细心的）就会说了，铁钉、回形针和铝片都是金属，为什么铝片不能被吸引呢？ （若是没有同学提出，老师也可以按照提问的方式引出此话题）
（一般人会有此误区：磁铁可以吸引所有金属）引导学生再次试验：
让他们用磁铁吸引铝片和钥匙（铜制的），观察结果，都是不能被磁铁吸引的。并不是
所有金属都可以被吸引。然后再让他们看看，可以被吸引的物体，都是什么类型的金属。
师：再次提问，经过刚才的实验和讲解，现在大家知道哪些物质能被磁铁吸引，而哪
些不能被吸引了吗？
生：磁铁可以吸引铁制物体，不能吸引不是铁制的物体。但是要强调磁铁还能吸引镍、钴。
三、利用磁铁可辨认物体是否含有铁。（计划用时：10分钟）
师：同学们，既然我们知道了磁铁有磁性，那么磁铁的这个性质有什么用处呢？下面就请各组的同学打开材料袋，看看里面到底装了什么？
生：里面装了一些硬币（分、毛、元面值不等）。
师：好，那你们看到这些硬币，你想知道些什么呢？
生：我想知道哪个硬币能被磁铁吸引，哪个硬币不能被磁铁吸引？
师：好，那就请同学们先猜测一下，你们觉得哪一个硬币能被磁铁吸引？哪一个硬币不能被磁铁吸引呢？就象我们刚才做“实验一”那样先用观察法猜测然后再用实验法检验，把能被磁铁吸引的放在左边，不能被吸引的放在右边。（小组进行猜测和实验，教师巡回辅导。）
学生交流猜测结果和实验结果。出现分歧后让学生进行组间实验讨论总结出哪种硬币能被磁铁吸引，哪种硬币不能被磁铁吸引。（让学生分析能被磁铁吸引的硬币和不能被磁铁吸引的硬币有哪些区别，可从年份、花纹和重量等方面考虑。）学生出现分歧可以进行组间讨论实验。
师：同学们你们想过吗，这是怎么回事呀？你们有什么问题吗呀？（引导学生提问为什么有的硬币能被吸引而有的不能呢？可能是什么原因呢？）
生：可能是没有铁
师：做出这个判断是靠哪个知识点
生：磁铁能吸铁的性质，磁铁的磁性。
特别提醒：教师在此课的教学中要清楚：磁铁能吸引铁，还能吸引镍、钴等金属。学生如果知道磁铁还能吸镍、钴等，教师要给予肯定。人民币硬币用的材料分别是：1元硬币为钢芯镀镍；2000年版5角硬币是铜锌合金，黄色带红;2002年版5角硬币为钢芯镀黄铜，黄色；老版1角的是铝币，2005年后的1角硬币为不锈钢，色泽为钢白色，与1元钢币颜色略有差别；分值硬币都是铝的。不锈钢的组成成分都主要是铁，但是磁铁只能吸引一些种类的不锈钢，有些种类的不锈钢磁铁是不吸引的。磁铁能吸引录音磁带、录像磁带，因为在它们的胶带中有铁粉类物质。但是电脑用的磁盘，看起来与录像带很像，但不能被磁铁所吸引。磁铁吸引了看似铜的物体，其实那是在铁物体的表面镀的一层铜。
知识延伸：（为什么磁铁可以吸引铁钴镍而不能吸引其它类的物质呢）
磁铁吸引原理:金属原子结构物质大都是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子又是由原子核和电子组成的。在原子内部，电子不停地自转，并绕原子核旋转。电子的这两种运动都会产生磁性。但是在大多数物质中，电子运动的方向各不相同、杂乱无章，磁效应相互抵消。因此，大多数物质在正常情况下，并不呈现磁性。
铁、钴、镍或铁氧体等铁磁类物质有所不同，它内部的电子自旋可以在小范围内自发地排列起来，形成一个自发磁化区，这种自发磁化区就叫磁畴。铁磁类物质磁化后，内部的磁畴整整齐齐、方向一致地排列起来，使磁性加强，就构成磁铁了。磁铁的吸铁过程就是对铁块的磁化过程，磁化了的铁块和磁铁不同极性间产生吸引力，铁块就牢牢地与磁铁“粘”在一起了。我们就说磁铁有磁性了。
四、隔物吸物。（计划用时：15分钟）
师：好，同学们，下面我们来放松一下，师出示一个装有水的玻璃杯，老师把回形针掉到水里了，不能用手伸进去拿，怎么办，你会用什么办法帮老师把回形针取出来？
生：用磁铁。
师：那好，下面就请你们小组合作，想出一个最佳的方案来验证一下吧！请一名同学到前面实验，（学生把磁铁放在试管的壁上，隔着水、隔着玻璃把回形针吸引上来了。）
（教师引导）
师：呀，他太棒了，居然利用我们今天学的知识帮老师把回形针取出来了，大家掌声鼓励。
师：同学们，通过这个实验你发现了什么？
生：磁铁隔着玻璃和水也能吸铁。
师：那隔着纸、衣服、塑料片是不是也能吸引回形针呢？
让学生自己体验。
生：可以。
师：那是不是隔着所有的物体都能吸引呢？
生：会有不同意见。
师：引导他们隔着手，再试试看。
生：不行了。
师：总结分析，同学们，我们今天研究的隔开磁铁和回形针的这些物体都是很薄的非铁质物体，你们试试隔着手可以吗？（不可以）因为手太厚了，所以说[板书：磁铁隔着一些物体也能吸铁]，而不是全部。
五、回顾总结。（计划用时：3分钟）
1、磁铁能吸引铁的性质叫做磁性。可以吸引铁、钴、镍类的物质。
2、磁铁隔着一些物体也能吸铁。
3、磁铁有磁性。
六、播放一些图片资料，让学生体会磁铁的用途。（计划用时：2分钟）
让学生下课后想想日常生活中，哪些地方还用到磁铁，下节课交流。

第二课 制作简易指南针

【教学内容及目标】
科学概念
1、指南针是利用磁铁能指南北的性质制成的指示方向的仪器。
2、钢针经过磁铁摩擦后可以变成磁针。
过程与方法
1、用指南针确定方向。
2、用磁铁摩擦钢针的方法做磁针。
3、合作设计制作指南针。
【教学准备】
教师准备：指南针，有关指南针历史的影像资料（课件）——演示用
为小组准备：强力磁铁、钢针、塑料瓶、线、剪刀、纸、笔芯。
【教学过程】
一、情景引入：（计划用时：3分钟）
一艘大船在东海航行，突然天空变得阴暗起来眼看一场大雨要来临，怎么办？必须马上回到港口才会比较安全。可是茫茫大海该往哪儿回呢？小朋友们我们用什么办法来帮助船长确定方向啊？（指南针）
二、了解指南针的历史、用途和构造（计划用时：17分钟）
1、大家见过指南针吗？说说在哪儿见过？关于指南针都知道些什么？学生回答。
2、大家都知道我国是四大文明古国之一，古老的中国具有悠久的历史，四大发明是我国劳动人民智慧的结晶，四大发明都有什么呢？学生回答。
其中指南针就是四大发明之一。现在就请跟着老师来了解一下指南针的发展历程。
（放课件、课件的内容是从最早古代人民利用太阳和北极星来辨别方向、司南、指南车、指南鱼、各种各样的罗盘及现在发明的各种各样的指南针等方面的知识，也可以介绍书本知识。）
3、指南针由几部分组成？
主要由磁针、支架、标明方向的底盘、盒子组成。
通过观察指南针引导学生回答。

4、指南针的作用：用指南针可以确定方向。
知识延伸：指示方向原理是因为地球是个大磁体，其地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近。
三、制作简易指南针（计划用时：25分钟）
上面大家对指南针有了一些了解，今天我们自己动手，来制作简易的指南针。
1、磁化钢针：
拿着针，用磁铁在它的表面上摩擦，注意一定要朝同一个方向，不要来回摩擦。否则，刚刚被磁化的小针很可能在来回摩擦的过程中失掉磁性。
知识延伸：
磁化现象：一些物体在磁体或电流的作用下会获得磁性，这种现象叫做磁化。
磁性材料里面分成很多微小的区域，每一个微小区域就叫一个磁畴，每一个磁畴都有自己的磁距（即一个微小的磁场）。一般情况下，各个磁畴的磁距方向不同，磁场互相抵消，所以整个材料对外就不显磁性。当各个磁畴的方向趋于一致时，整块材料对外就显示出磁性。
所谓的磁化就是要让磁性材料中磁畴的磁距方向变得一致。当对外不显磁性的材料被放进另一个强磁场中时，就会被磁化，但是，不是所有材料都可以磁化的，只有少数金属及金属化合物可以被磁化。
2、安装磁针
各个组根据所拿的材料制作不同的指南针。
方案1：
把塑料瓶剪去口，用铁锥在底部的中央扎一个孔，然后把细线一端拴在小磁针的中部，再把线从孔中穿过。倒立塑料瓶，使小磁针吊在瓶的中部。使小磁针慢慢静止，这时你会发现，小磁针的一端指向的是南方，一端指的是北方。

方案2：
（1）把两根钢针并排放在桌上并用手指按住，用永磁铁的一个极沿同一方向摩擦几次，使两根钢针磁化。

（2）把卡片纸迭成三棱柱。把两个磁化好的钢针穿在三棱柱的两侧且要在同一水平面上，如上图所示。再用一根笔芯插在橡皮泥上（或硬泡沫塑料上）。在三棱柱的底面中心用针戳一圆孔，让支架上的针穿入圆孔。三梭柱在水平面内能自由转动，这就制成了一个指南针。
【注意事项】
两根钢针放置的位置尽量与棱等距离，即在同一水平面内，使转动部分的重心在支点的正下方。
3、成果展示与课程回顾（计划用时：5分钟）
（1）展示小组制作的指南针。讨论成败的原因，总结经验。
（2）回顾所学内容：
A指南针是利用磁铁能指南北的性质制成的指示方向的仪器。
B钢针经过磁铁摩擦后可以变成磁针。

【背景资料】

指南针的历史
从“吸铁石”说起
二千多年以前，也就是春秋战国时候，我国已经用铁来制造农具了。劳动人民在寻找铁矿的时候，就发现了磁铁，并且知道它能够吸铁。
我国古书《管子》上有这样的记载：“上有慈石者，下有铜金。”“铜金”就是一种铁矿。《管子》这部书产生在公元前三世纪，这说明我国最迟在公元前三世纪就知道磁石能够吸铁了。
秦朝时候，还有这样有趣的传说，秦始皇统一中国以后，在陕西咸阳造了一个很大的阿房宫，阿房宫中有一个磁石门，完全用磁铁造成。如果有谁带着铁器想去行刺，只要经过那里，磁石门就会把这个人吸住。
另外，根据古书记载，汉武帝时候，胶东有个栾大，献给汉武帝一种斗棋。这种棋子一放到棋盘上，就会互相碰击，自动斗起来。汉武帝看了非常惊奇。原来栾大的棋子是用磁石做的，所以有磁性，能互相吸引碰击，只是汉武帝不懂这个道理罢了。
指南针的起源
谈到指南针的起源就得上推至战国时代，当时有一种称为「司南」的指南器具，那就是指南针的雏形。它是用天然磁石制成的。样子像一把汤勺，圆底，可以放在平滑的“地盘”上并保持平衡，且可以自由旋转。当它静止的时候，勺柄就会指向南方。
司南是用整块天然磁石经过琢磨制成勺型，勺柄指南极，并使整个勺的重心恰好落到勺底的正中，勺置于光滑的地盘之中，地盘外方内圆，四周刻有干支四维，合成二十四向。这样的设计是古人认真观察了许多自然界有关磁的现象，积累了大量的知识和经验，经过长期的研究才完成的。司南的出现是人们对磁体指极性认识的实际应用。 但司南也有许多缺陷，天然磁体不易找到，在加工时容易因打击、受热而失磁。所以司南的磁性比较弱，而且它与地盘接触处要非常光滑，否则会因转动摩擦阻力过大，而难于旋转，无法达到预期的指南效果。而且司南有一定的体积和重量，携带很不方便，这可能是司南长期未得到广泛应用的主要原因。

指南针的发展史
指南针也叫罗盘针，是我国古代发明的利用磁石指极性制成的指南仪器。因此，介绍司南必须从磁石说起。
磁石通常称为“吸铁石”，它把许多铁屑紧紧吸在一起，就象一个慈祥的母亲吸引自己的孩子，所以人们称它为“慈石”。
磁石吸铁是因为每块磁石两头都有不同的磁极，一头叫正极，另一头叫负极。人类居住的地球也是一块天然大磁铁，地球的南北两头也有不同的磁极，地球的北极是负磁极，地球南极为正磁极。根据同性磁极相排斥，异性磁极相吸引的原理，拿一根可以自由转动的磁针，无论站在地球的什么地方，它的正极总是指北，负极总是指南。
战国时期，人们利用磁石指示南北的特性制成了指南工具──司南。但是，战国时期的司南是什么样子无法考证。《中国历史》课本插图──“司南”，是根据中国历史博物馆展品“汉代司南模型”绘制的。这个模型是后人根据史书记载以及地下出土的汉代地盘实物制成的。地盘是青铜做成的，内圆外方，中心圆面磨得非常光滑，以保证勺体指示方向的准确性。中心圆外围依次布列八卦、天干、地支和二十八宿，共计二十四个方位。地盘中心的小勺是用整块的天然磁铁磨成的，磁铁的正极磨成司南的长柄，勺头底部是半球面，非常光滑。使用时先把地盘放平，再把司南放在地盘中间，用手拨动勺柄，使它转动，等到司南停下来，勺柄所指方向就是南方。这种勺形司南直到八世纪时仍在应用。

到了宋代，劳动人民掌握了制造人工磁体的技术，又制造了指南鱼。指南鱼是把薄钢片剪成鱼形，长二寸，宽五分，鱼的肚皮部分凹下去，使鱼象船一样能浮在水面上。然后把鱼和天然磁铁放在一起，由于磁体的吸力，钢片受磁感应也具有磁性。这种人工传磁方法制成的指南鱼比使用司南方便多了，只要有一碗水，把指南鱼放在水面上就能辨别方向了。经过长期的改进，人们又把钢针在天然磁体上摩擦，钢针也有了磁性。这种经过人工传磁的钢针可以说是正式的指南针了。沈括在他的《梦溪笔谈》中提到他对指南针的用法做过四种试验，即水浮法、缕悬法、指甲法和碗唇法。“水浮法”是把指南针放在有水的碗里，使它浮在水面上，指示方向。“缕悬法”就是在磁针中部涂上一些蜡，上面粘一根丝线，把丝线悬在木架上，针下安放一个标有方位的圆盘，静止时钢针就指示南北。“指甲法”就是把钢针放在手指甲面上，轻轻转动，由于手指甲的光滑，磁针就和司南一样也能发生指南作用。“碗唇法”是把磁针放在光滑的碗边上，转动磁什，便和指甲法一样发生指南作用。沈括经过精密的观察实验，还发现磁针指示的方向并不是正南正北，而是微偏西北和东南，这种发现在科学上叫磁偏角。
关于磁针的装置方法，沈括介绍了四种方法：
1.水浮法——将磁针上穿几根灯心草浮在水面，就可以指示方向。
2.碗唇旋定法——将磁针搁在碗口边缘，磁针可以旋转，指示方向。
3.指甲旋定法——把磁针搁在手指甲上面由于指甲面光滑，磁针可以旋转自如，指示方向。
4.缕悬法——在磁针中部涂一些蜡，粘一根蚕丝，挂在没有风的地方，就可以指示方向了。
南宋陈元靓在《事林广记》中介绍了另一类指南鱼和指南龟的制作方法。这种指南鱼与《武经总要》一书记载的不一样，是用木头刻成鱼形，有手指那么大，木鱼腹中置入一块天然磁铁，磁铁的S极指向鱼头，用蜡封好后，从鱼口插入一根针，就成为指南鱼。将其浮于水面，鱼头指南，这也是水针的一类。
指南龟是当时流行的一种新装置，将一块天然磁石放置在木刻龟的腹内，在木龟腹下方挖一光滑的小孔，对准并放置在直立于木板上的顶端尖滑的竹钉上，这样木龟就被放置在一个固定的、可以自由旋转的支点上了。由于支点处摩擦力很小，木龟可以自由转动指南。当时它并没有用于航海指向，而用于幻术。但是这就是后来出现的旱罗盘的先声。
指南龟发明年代不晚于1325年。木块刻成龟型，龟腹部中心嵌以磁体，木龟安放在尖状立拄上，静止时首尾分指南北。

我国不但是世界上最早发明指南针的国家，而且也是最早把指南针用于航海的国家。十一世纪末，指南针开始用于航海，北宋时候的朱彧在《萍洲可谈》里讲到当时海船上的人辨认地理方向，晚上看星辰，白天看太阳，阴天落雨就看指南针。

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