磁鐵

《磁鐵》教案

針對年級：三年級。
課程時長：2課時。

第一課 磁鐵的磁性

【教學內容及目標】
科學概念：
1、磁鐵能吸引鐵制的物體，這種性質叫磁性。
2、磁鐵隔著一些物體也能吸鐵。
過程與方法：
1、用實驗方法研究磁鐵能吸引什麼，不能吸引什麼。
2、用磁鐵識別物體是不是鐵材料製作的。
3、根據材料設計實驗，研究磁鐵隔著一些材料能不能吸鐵。
【教學準備】
教師準備：（給每個小組都要準備）
1、磁鐵和被測試物品：布，紙片、銅鑰匙、鋁片、回形針、鐵釘、塑料片、石塊、圖釘、大頭針。
2、玻璃杯和水。
3、幾種不同材質的硬幣。
學生準備：筆。
【教學過程】
一、導入。（計劃用時：5分鐘）
用一個較為吸引的實驗（隔空吸物），來引起學生的好奇心，從此引入正文：
師：同學們，你們看這是什麼（出示事先做好的小魚【一條小魚帶有回形針，一條小魚不帶回形針。】）
生：兩條小魚。
師：他們的魚嘴有什麼區別嗎？
生：一條魚嘴上有回形針，一條魚嘴上沒有回形針
師：（出示魚竿。魚竿上帶有一塊環形磁鐵，用布包起來。】）誰想到前邊來做釣魚遊戲？（讓一個學生上來釣魚）
師：通過這個遊戲，你有什麼問題要問嗎？
生：為什麼釣魚竿能夠釣起小魚？
生2：為什麼帶有回形針的那條小魚能被釣起來，而沒有回形針的那條不能被釣起來呢？
師：哦，原來你們有這樣的問題呀？那麼大家來猜一猜，到底是怎麼回事呢？
生：因為釣魚竿上有磁鐵，一條小魚嘴上有回形針，磁鐵把回形針吸起來了。另一條小魚嘴上沒有回形針所以沒有被釣起來。
師：哦，原來磁鐵可以吸引回形針呀，那麼通過這個遊戲你想知道什麼呀？你會提出一些什麼問題呢？
生：我想知道，除了回形針之外，磁鐵還可以吸引什麼物體？
生：我想知道，磁鐵不能吸引什麼物體？……
（也許他們不可能完全提出這麼些問題，但應該大多是類似的）
師：這節課呢，我們就帶著這些問題來研究磁鐵，看看磁鐵到底能吸引什麼物體，不能吸引什麼物體？
二、磁鐵到底能吸什麼物體。（計劃用時：15分鐘）
師：讓學生打開試驗材料帶，看看裡面有些什麼材料？誰來給大家介紹一下？
生：有布，紙片、銅鑰匙、鋁片、回形針、鐵釘、塑料片、石塊、圖釘、大頭針。
師：好，等一會兒我們就先猜測一下哪些物體能被磁鐵吸引，哪些物體不能被磁鐵吸引？請各組同學把你們小組認為能被磁鐵吸引的放在實驗桌的左邊，不能被磁鐵吸引的放在實驗桌的右邊，同時請每個小組把你們小組的猜測結果填寫在實驗記錄單的相應格內。
各組猜測完畢之後，找出兩三組來，進行簡單的回答。
師：好，哪一個小組願意把你們猜測的結果跟大家交流一下呢？
生：（回答的組可能答案會不同）
能被磁鐵吸引的有：鋁片、銅鑰匙、回形針、鐵釘、大頭針、圖釘。
不能被磁鐵吸引的有：布片、紙片、木片、石塊、塑料片。
回答完畢之後，老師引導同學，讓同學們總結這些能被吸引的物體的共性。
師：有的同學（善於發現的，細心的）就會說了，鐵釘、回形針和鋁片都是金屬，為什麼鋁片不能被吸引呢？ （若是沒有同學提出，老師也可以按照提問的方式引出此話題）
（一般人會有此誤區：磁鐵可以吸引所有金屬）引導學生再次試驗：
讓他們用磁鐵吸引鋁片和鑰匙（銅製的），觀察結果，都是不能被磁鐵吸引的。並不是
所有金屬都可以被吸引。然後再讓他們看看，可以被吸引的物體，都是什麼類型的金屬。
師：再次提問，經過剛才的實驗和講解，現在大家知道哪些物質能被磁鐵吸引，而哪
些不能被吸引了嗎？
生：磁鐵可以吸引鐵制物體，不能吸引不是鐵制的物體。但是要強調磁鐵還能吸引鎳、鈷。
三、利用磁鐵可辨認物體是否含有鐵。（計劃用時：10分鐘）
師：同學們，既然我們知道了磁鐵有磁性，那麼磁鐵的這個性質有什麼用處呢？下面就請各組的同學打開材料袋，看看裡面到底裝了什麼？
生：裡面裝了一些硬幣（分、毛、元面值不等）。
師：好，那你們看到這些硬幣，你想知道些什麼呢？
生：我想知道哪個硬幣能被磁鐵吸引，哪個硬幣不能被磁鐵吸引？
師：好，那就請同學們先猜測一下，你們覺得哪一個硬幣能被磁鐵吸引？哪一個硬幣不能被磁鐵吸引呢？就象我們剛才做「實驗一」那樣先用觀察法猜測然後再用實驗法檢驗，把能被磁鐵吸引的放在左邊，不能被吸引的放在右邊。（小組進行猜測和實驗，教師巡迴輔導。）
學生交流猜測結果和實驗結果。出現分歧後讓學生進行組間實驗討論總結出哪種硬幣能被磁鐵吸引，哪種硬幣不能被磁鐵吸引。（讓學生分析能被磁鐵吸引的硬幣和不能被磁鐵吸引的硬幣有哪些區別，可從年份、花紋和重量等方面考慮。）學生出現分歧可以進行組間討論實驗。
師：同學們你們想過嗎，這是怎麼回事呀？你們有什麼問題嗎呀？（引導學生提問為什麼有的硬幣能被吸引而有的不能呢？可能是什麼原因呢？）
生：可能是沒有鐵
師：做出這個判斷是靠哪個知識點
生：磁鐵能吸鐵的性質，磁鐵的磁性。
特別提醒：教師在此課的教學中要清楚：磁鐵能吸引鐵，還能吸引鎳、鈷等金屬。學生如果知道磁鐵還能吸鎳、鈷等，教師要給予肯定。人民幣硬幣用的材料分別是：1元硬幣為鋼芯鍍鎳；2000年版5角硬幣是銅鋅合金，黃色帶紅;2002年版5角硬幣為鋼芯鍍黃銅，黃色；老版1角的是鋁幣，2005年後的1角硬幣為不鏽鋼，色澤為鋼白色，與1元鋼幣顏色略有差別；分值硬幣都是鋁的。不鏽鋼的組成成分都主要是鐵，但是磁鐵只能吸引一些種類的不鏽鋼，有些種類的不鏽鋼磁鐵是不吸引的。磁鐵能吸引錄音磁帶、錄像磁帶，因為在它們的膠帶中有鐵粉類物質。但是電腦用的磁碟，看起來與錄像帶很像，但不能被磁鐵所吸引。磁鐵吸引了看似銅的物體，其實那是在鐵物體的表面鍍的一層銅。
知識延伸：（為什麼磁鐵可以吸引鐵鈷鎳而不能吸引其它類的物質呢）
磁鐵吸引原理:金屬原子結構物質大都是由分子組成的，分子是由原子組成的，原子又是由原子核和電子組成的。在原子內部，電子不停地自轉，並繞原子核旋轉。電子的這兩種運動都會產生磁性。但是在大多數物質中，電子運動的方向各不相同、雜亂無章，磁效應相互抵消。因此，大多數物質在正常情況下，並不呈現磁性。
鐵、鈷、鎳或鐵氧體等鐵磁類物質有所不同，它內部的電子自旋可以在小範圍內自發地排列起來，形成一個自發磁化區，這種自發磁化區就叫磁疇。鐵磁類物質磁化後，內部的磁疇整整齊齊、方向一致地排列起來，使磁性加強，就構成磁鐵了。磁鐵的吸鐵過程就是對鐵塊的磁化過程，磁化了的鐵塊和磁鐵不同極性間產生吸引力，鐵塊就牢牢地與磁鐵「粘」在一起了。我們就說磁鐵有磁性了。
四、隔物吸物。（計劃用時：15分鐘）
師：好，同學們，下面我們來放鬆一下，師出示一個裝有水的玻璃杯，老師把回形針掉到水裡了，不能用手伸進去拿，怎麼辦，你會用什麼辦法幫老師把回形針取出來？
生：用磁鐵。
師：那好，下面就請你們小組合作，想出一個最佳的方案來驗證一下吧！請一名同學到前面實驗，（學生把磁鐵放在試管的壁上，隔著水、隔著玻璃把回形針吸引上來了。）
（教師引導）
師：呀，他太棒了，居然利用我們今天學的知識幫老師把回形針取出來了，大家掌聲鼓勵。
師：同學們，通過這個實驗你發現了什麼？
生：磁鐵隔著玻璃和水也能吸鐵。
師：那隔著紙、衣服、塑料片是不是也能吸引回形針呢？
讓學生自己體驗。
生：可以。
師：那是不是隔著所有的物體都能吸引呢？
生：會有不同意見。
師：引導他們隔著手，再試試看。
生：不行了。
師：總結分析，同學們，我們今天研究的隔開磁鐵和回形針的這些物體都是很薄的非鐵質物體，你們試試隔著手可以嗎？（不可以）因為手太厚了，所以說[板書：磁鐵隔著一些物體也能吸鐵]，而不是全部。
五、回顧總結。（計劃用時：3分鐘）
1、磁鐵能吸引鐵的性質叫做磁性。可以吸引鐵、鈷、鎳類的物質。
2、磁鐵隔著一些物體也能吸鐵。
3、磁鐵有磁性。
六、播放一些圖片資料，讓學生體會磁鐵的用途。（計劃用時：2分鐘）
讓學生下課後想想日常生活中，哪些地方還用到磁鐵，下節課交流。

第二課 製作簡易指南針

【教學內容及目標】
科學概念
1、指南針是利用磁鐵能指南北的性質製成的指示方向的儀器。
2、鋼針經過磁鐵摩擦後可以變成磁針。
過程與方法
1、用指南針確定方向。
2、用磁鐵摩擦鋼針的方法做磁針。
3、合作設計製作指南針。
【教學準備】
教師準備：指南針，有關指南針歷史的影像資料（課件）——演示用
為小組準備：強力磁鐵、鋼針、塑料瓶、線、剪刀、紙、筆芯。
【教學過程】
一、情景引入：（計劃用時：3分鐘）
一艘大船在東海航行，突然天空變得陰暗起來眼看一場大雨要來臨，怎麼辦？必須馬上回到港口才會比較安全。可是茫茫大海該往哪兒回呢？小朋友們我們用什麼辦法來幫助船長確定方向啊？（指南針）
二、了解指南針的歷史、用途和構造（計劃用時：17分鐘）
1、大家見過指南針嗎？說說在哪兒見過？關於指南針都知道些什麼？學生回答。
2、大家都知道我國是四大文明古國之一，古老的中國具有悠久的歷史，四大發明是我國勞動人民智慧的結晶，四大發明都有什麼呢？學生回答。
其中指南針就是四大發明之一。現在就請跟著老師來了解一下指南針的發展歷程。
（放課件、課件的內容是從最早古代人民利用太陽和北極星來辨別方向、司南、指南車、指南魚、各種各樣的羅盤及現在發明的各種各樣的指南針等方面的知識，也可以介紹書本知識。）
3、指南針由幾部分組成？
主要由磁針、支架、標明方向的底盤、盒子組成。
通過觀察指南針引導學生回答。

4、指南針的作用：用指南針可以確定方向。
知識延伸：指示方向原理是因為地球是個大磁體，其地磁南極在地理北極附近，地磁北極在地理南極附近。
三、製作簡易指南針（計劃用時：25分鐘）
上面大家對指南針有了一些了解，今天我們自己動手，來製作簡易的指南針。
1、磁化鋼針：
拿著針，用磁鐵在它的表面上摩擦，注意一定要朝同一個方向，不要來回摩擦。否則，剛剛被磁化的小針很可能在來回摩擦的過程中失掉磁性。
知識延伸：
磁化現象：一些物體在磁體或電流的作用下會獲得磁性，這種現象叫做磁化。
磁性材料裡面分成很多微小的區域，每一個微小區域就叫一個磁疇，每一個磁疇都有自己的磁距（即一個微小的磁場）。一般情況下，各個磁疇的磁距方向不同，磁場互相抵消，所以整個材料對外就不顯磁性。當各個磁疇的方向趨於一致時，整塊材料對外就顯示出磁性。
所謂的磁化就是要讓磁性材料中磁疇的磁距方向變得一致。當對外不顯磁性的材料被放進另一個強磁場中時，就會被磁化，但是，不是所有材料都可以磁化的，只有少數金屬及金屬化合物可以被磁化。
2、安裝磁針
各個組根據所拿的材料製作不同的指南針。
方案1：
把塑料瓶剪去口，用鐵錐在底部的中央扎一個孔，然後把細線一端拴在小磁針的中部，再把線從孔中穿過。倒立塑料瓶，使小磁針吊在瓶的中部。使小磁針慢慢靜止，這時你會發現，小磁針的一端指向的是南方，一端指的是北方。

方案2：
（1）把兩根鋼針並排放在桌上並用手指按住，用永磁鐵的一個極沿同一方向摩擦幾次，使兩根鋼針磁化。

（2）把卡片紙迭成三稜柱。把兩個磁化好的鋼針穿在三稜柱的兩側且要在同一水平面上，如上圖所示。再用一根筆芯插在橡皮泥上（或硬泡沫塑料上）。在三稜柱的底面中心用針戳一圓孔，讓支架上的針穿入圓孔。三梭柱在水平面內能自由轉動，這就製成了一個指南針。
【注意事項】
兩根鋼針放置的位置盡量與棱等距離，即在同一水平面內，使轉動部分的重心在支點的正下方。
3、成果展示與課程回顧（計劃用時：5分鐘）
（1）展示小組製作的指南針。討論成敗的原因，總結經驗。
（2）回顧所學內容：
A指南針是利用磁鐵能指南北的性質製成的指示方向的儀器。
B鋼針經過磁鐵摩擦後可以變成磁針。

【背景資料】

指南針的歷史
從「吸鐵石」說起
二千多年以前，也就是春秋戰國時候，我國已經用鐵來製造農具了。勞動人民在尋找鐵礦的時候，就發現了磁鐵，並且知道它能夠吸鐵。
我國古書《管子》上有這樣的記載：「上有慈石者，下有銅金。」「銅金」就是一種鐵礦。《管子》這部書產生在公元前三世紀，這說明我國最遲在公元前三世紀就知道磁石能夠吸鐵了。
秦朝時候，還有這樣有趣的傳說，秦始皇統一中國以後，在陝西咸陽造了一個很大的阿房宮，阿房宮中有一個磁石門，完全用磁鐵造成。如果有誰帶著鐵器想去行刺，只要經過那裡，磁石門就會把這個人吸住。
另外，根據古書記載，漢武帝時候，膠東有個欒大，獻給漢武帝一種斗棋。這種棋子一放到棋盤上，就會互相碰擊，自動鬥起來。漢武帝看了非常驚奇。原來欒大的棋子是用磁石做的，所以有磁性，能互相吸引碰擊，只是漢武帝不懂這個道理罷了。
指南針的起源
談到指南針的起源就得上推至戰國時代，當時有一種稱為「司南」的指南器具，那就是指南針的雛形。它是用天然磁石製成的。樣子像一把湯勺，圓底，可以放在平滑的「地盤」上並保持平衡，且可以自由旋轉。當它靜止的時候，勺柄就會指向南方。
司南是用整塊天然磁石經過琢磨製成勺型，勺柄指南極，並使整個勺的重心恰好落到勺底的正中，勺置於光滑的地盤之中，地盤外方內圓，四周刻有干支四維，合成二十四向。這樣的設計是古人認真觀察了許多自然界有關磁的現象，積累了大量的知識和經驗，經過長期的研究才完成的。司南的出現是人們對磁體指極性認識的實際應用。 但司南也有許多缺陷，天然磁體不易找到，在加工時容易因打擊、受熱而失磁。所以司南的磁性比較弱，而且它與地盤接觸處要非常光滑，否則會因轉動摩擦阻力過大，而難於旋轉，無法達到預期的指南效果。而且司南有一定的體積和重量，攜帶很不方便，這可能是司南長期未得到廣泛應用的主要原因。

指南針的發展史
指南針也叫羅盤針，是我國古代發明的利用磁石指極性製成的指南儀器。因此，介紹司南必須從磁石說起。
磁石通常稱為「吸鐵石」，它把許多鐵屑緊緊吸在一起，就象一個慈祥的母親吸引自己的孩子，所以人們稱它為「慈石」。
磁石吸鐵是因為每塊磁石兩頭都有不同的磁極，一頭叫正極，另一頭叫負極。人類居住的地球也是一塊天然大磁鐵，地球的南北兩頭也有不同的磁極，地球的北極是負磁極，地球南極為正磁極。根據同性磁極相排斥，異性磁極相吸引的原理，拿一根可以自由轉動的磁針，無論站在地球的什麼地方，它的正極總是指北，負極總是指南。
戰國時期，人們利用磁石指示南北的特性製成了指南工具──司南。但是，戰國時期的司南是什麼樣子無法考證。《中國歷史》課本插圖──「司南」，是根據中國歷史博物館展品「漢代司南模型」繪製的。這個模型是後人根據史書記載以及地下出土的漢代地盤實物製成的。地盤是青銅做成的，內圓外方，中心圓面磨得非常光滑，以保證勺體指示方向的準確性。中心圓外圍依次布列八卦、天干、地支和二十八宿，共計二十四個方位。地盤中心的小勺是用整塊的天然磁鐵磨成的，磁鐵的正極磨成司南的長柄，勺頭底部是半球面，非常光滑。使用時先把地盤放平，再把司南放在地盤中間，用手撥動勺柄，使它轉動，等到司南停下來，勺柄所指方向就是南方。這種勺形司南直到八世紀時仍在應用。

到了宋代，勞動人民掌握了製造人工磁體的技術，又製造了指南魚。指南魚是把薄鋼片剪成魚形，長二寸，寬五分，魚的肚皮部分凹下去，使魚象船一樣能浮在水面上。然後把魚和天然磁鐵放在一起，由於磁體的吸力，鋼片受磁感應也具有磁性。這種人工傳磁方法製成的指南魚比使用司南方便多了，只要有一碗水，把指南魚放在水面上就能辨別方向了。經過長期的改進，人們又把鋼針在天然磁體上摩擦，鋼針也有了磁性。這種經過人工傳磁的鋼針可以說是正式的指南針了。沈括在他的《夢溪筆談》中提到他對指南針的用法做過四種試驗，即水浮法、縷懸法、指甲法和碗唇法。「水浮法」是把指南針放在有水的碗里，使它浮在水面上，指示方向。「縷懸法」就是在磁針中部塗上一些蠟，上面粘一根絲線，把絲線懸在木架上，針下安放一個標有方位的圓盤，靜止時鋼針就指示南北。「指甲法」就是把鋼針放在手指甲面上，輕輕轉動，由於手指甲的光滑，磁針就和司南一樣也能發生指南作用。「碗唇法」是把磁針放在光滑的碗邊上，轉動磁什，便和指甲法一樣發生指南作用。沈括經過精密的觀察實驗，還發現磁針指示的方向並不是正南正北，而是微偏西北和東南，這種發現在科學上叫磁偏角。
關於磁針的裝置方法，沈括介紹了四種方法：
1.水浮法——將磁針上穿幾根燈心草浮在水面，就可以指示方向。
2.碗唇旋定法——將磁針擱在碗口邊緣，磁針可以旋轉，指示方向。
3.指甲旋定法——把磁針擱在手指甲上面由於指甲面光滑，磁針可以旋轉自如，指示方向。
4.縷懸法——在磁針中部塗一些蠟，粘一根蠶絲，掛在沒有風的地方，就可以指示方向了。
南宋陳元靚在《事林廣記》中介紹了另一類指南魚和指南龜的製作方法。這種指南魚與《武經總要》一書記載的不一樣，是用木頭刻成魚形，有手指那麼大，木魚腹中置入一塊天然磁鐵，磁鐵的S極指向魚頭，用蠟封好後，從魚口插入一根針，就成為指南魚。將其浮於水面，魚頭指南，這也是水針的一類。
指南龜是當時流行的一種新裝置，將一塊天然磁石放置在木刻龜的腹內，在木龜腹下方挖一光滑的小孔，對準並放置在直立於木板上的頂端尖滑的竹釘上，這樣木龜就被放置在一個固定的、可以自由旋轉的支點上了。由於支點處摩擦力很小，木龜可以自由轉動指南。當時它並沒有用於航海指向，而用於幻術。但是這就是後來出現的旱羅盤的先聲。
指南龜發明年代不晚於1325年。木塊刻成龜型，龜腹部中心嵌以磁體，木龜安放在尖狀立拄上，靜止時首尾分指南北。

我國不但是世界上最早發明指南針的國家，而且也是最早把指南針用於航海的國家。十一世紀末，指南針開始用於航海，北宋時候的朱彧在《萍洲可談》里講到當時海船上的人辨認地理方向，晚上看星辰，白天看太陽，陰天落雨就看指南針。

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