Цели урока: познакомить учащихся с понятием «Магнитное поле Земли»:
- расположение полюсов Земли;
- направление и характер силовых линий магнитного поля Земли;
-свойства магнитного поля Земли;
- значение магнитного поля Земли для биосферы;
- современные теории земного магнетизма.
Доминирующие задачи урока:
Образовательные:
Продолжить изучение магнитных явлений в соответствии со структурно-логической схемой изучения сущности физического явления, организовать деятельность учащихся по изучению магнитного поля Земли в соответствии с этой схемой.
Создать условия для самостоятельной деятельности учащихся по ознакомлению с моделью магнитного поля Земли; подчеркнуть значимость изучаемого материала в построении научной картины мира; продолжить раскрытие соотношения теорий и опыта в развитии науки, роли практики в познании.
Проверить глубину и качество обязательного уровня усвоенных знаний, предупредить незнание.
Воспитательные:
Создать условия для развития творческой активности учащихся. Для создания положительного эмоционального настроя и воспитания познавательного интереса к физике как к науке в ходе изложения учебного материала использовать краткие исторические сведения об установлении опытных фактов изучения земного магнетизма, высказывания ученых, философов и другие интересные исторические факты; использовать в процессе беседы эвристический метод, а также метод проблемного изложения материала.
Развивающие:
Создать условия для развития наблюдательности и внимания, умения устанавливать причинно- следственные связи,
для формирования умений анализировать известные природные явления и экспериментальные факты, делать логические заключения, выводы и обобщения на их основе
Для формирования активности личности каждого ученика использовать при изучении теоретического материала метод фронтальной эвристической беседы.
При проверке знаний теоретического материала для формирования памяти, грамотной и логической точек зрения речи учащихся проводить озвучивание получаемых знаний в форме подвижных диалоговых сочетаний.
Для лучшего запоминания материала задействовать следующие виды памяти: слуховую, зрительную, моторную.
Для развития мышления формировать умение выделять признаки сходства и различия в элементах знания при обобщении; продолжить развитие семиотической культуры учащихся.
Создать условия для возможности самооценки учащимися уровня усвоения изученного на уроке материала.
Ожидаемый результат: проверка ОРО по теме «Магнитное поле», формирование устойчивых ОРО по теме «Магнитные явления», подготовка к успешной сдаче зачета по теме «Магнитные явления», обеспечение ситуации успеха для каждого учащегося.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Магнитопауза – внешняя граница магнитосферы Земли ,
отделяет магнитосферу Земли от межпланетного пространства
Что влияет на магнитное поле Земли?
Согласно сегодняшним представлениям,
магнитное поле Земли является комбинацией нескольких магнитных полей ,
порождаемыми различными источниками.
Главное поле
Более 90% общего
магнитного поля
порождается во
внешнем жидком ядре
планеты.
Главное поле меняется
очень медленно
(вековые вариации)
Магнитные
аномалии
земной коры,
вызванные
остаточной
намагниченностью
горных пород
Изменения очень
медленные.
Внешние поля,
порожденные
токами
в ионосфере и
магнитосфере
Земли.
Изменения очень
скоротечные.
Электрические
токи в коре и
внешней
мантии ,
возбуждаемые
изменениями
внешних полей.
Изменения
быстрые .
Влияние
океанических
течений
Существующие математические модели магнитного поля
позволяют рассчитывать только вековые изменения. Краткосрочные возмущения, вызываемые изменяющейся Солнечной активностью этими моделями не учитываются, но учитывая то, что вековым изменениям подвержены как раз самые значимые составляющие, точность моделей очень высокая.
Вариации магнитного поля Земли
Кратковременные
вариации- вариации
Вековые вариации –
внешнего происхождения
медленные вариации
элементов земного
магнетизма с периодами
от нескольких лет и более.
Связаны с источниками,
лежащими внутри земного
ядра
Cуточные
вариации
11-летние
вариации
в годы максимального
количества солнечных
пятен магнитная
активность также
достигает наибольшей
величины
регулярно в основном
за счет токов
в ионосфере Земли,
вызванных
изменениями
освещенности
земной ионосферы
Солнцем
в течение суток.
27-дневные
вариации -
увеличение
геомагнитной
активности через
каждые 27 дней,
соответствующих
периоду вращения
Солнца
относительно
земного наблюдателя
Сезонные вариации
Нерегулярные вариации
Причины:
магнитной активности имеют два
максимума, соответствующие
периодам равноденствий,
и два минимума, соответствующие
периодам солнцестояний
1)Солнечный ветер
2)Изменения в магнитосфере
3) Взаимодействие магнитосферы
с ионосферой.
Кратковременные вариации магнитного поля Земли
Солнечный ветер —
поток заряженных частиц, истекающий из
солнечной короны со скоростью 300—1200 км/с
в окружающее космическое пространство .
По мере удаления от поверхности Земли
воздействие солнечного ветра усиливается :
со стороны Солнца геомагнитное
поле сжимается, а с противоположной,
ночной стороны, оно вытягивается в длинный
хвост.
Солнечное излучение достигает Земли
примерно через 10 минут.
Солнечный ветер доходит до земли
за 2-3 суток
Суточные вариации магнитного поля Земли зависят
от географической широты и от времени года,
поскольку они определяются положением Солнца
в данной точке на Земле. Суточные вариации зимой
в среднем в четыре раза меньше по значению, чем летом.
Колебания геомагнитного поля зависят от состояния
ионосферы и от излучения Солнца. Изучая эти колебания,
можно получить сведения о процессах, происходящих на
Солнце, а также о состоянии ионосферы, что весьма
существенно для радиосвязи.
Количество сильных мировых магнитных бурь
С заряженными частицами, попадающими в радиационные пояса Земли,
связано явление полярного сияния. Проникнув в верхние слои атмосферы
космические частицы возбуждают и ионизируют нейтральные частицы,
которые в свою очередь возбуждают и ионизируют другие нейтральные
частицы и т.д. При этом излучается свет, что и наблюдается как сияние.
в течение года невелико; оно колеблется от
нескольких бурь до 30—40 бурь в годы, когда на
Солнце происходят сильные взрывы. Умеренные
магнитные бури бывают часто. У магнитных полюсов,
где магнитное поле Земли имеет наибольшее значение,
спокойные магнитные дни наблюдаются редко.
Под действием земного магнитного поля
поток заряженных частиц «сортируется» :
протоны отклоняются в в одну сторону,
а электроны — в другую. Вокруг Земли
образуется гигантский круговой
электрический ток радиусом 20—25 тыс. км
Не всегда магнитная стрелка ведет себя спокойно,
совершая плавные небольшие колебания. В некоторые
дни она начинает «волноваться»: резко и внезапно
вздрогнет, на некоторое врёмя замрет, а затем начинает
метаться из стороны в сторону. Колебания стрелки
достигают нёскольких градусов . И так на несколько
часов, а то и на несколько дней! Магнитологи такие
дни называют возмущенными или бурными.
Но где ж, натура, твой закон? С полночных стран встает заря! Не солнце ль ставит там свой трон? Не льдисты ль мещут огнь моря? Се хладный пламень нас покрыл! Се в ночь на землю день вступил!.. Что зыблет ясный ночью луч? Что тонкий пламень в твердь разит? Как молния без грозных туч Стремится от земли в зенит? Как может быть, чтоб мерзлый пар Среди зимы рождал пожар? ( М.В. Ломоносов
«Вечернее размышление…»)
Суточные вариации магнитного поля Земли
В результате этого на высоте 100 км (и выше) от Земли образуется электропроводящий слой — ионосфера. Под влиянием Солнца и Луны в ней возникают приливные движения, аналогичные тем, какие имеют место в океанах и морях. Так как в проводниках, движущихся в магнитном поле, возникают электрические токи, то под действием геомагнитного поля они возбуждаются в ионосфере. В свою очередь электрические токи сопровождаются магнитным полем. Магнитное поле электрических токов в ионосфере и заставляет магнитную стрелку на Земле испытывать непрерывные колебания
Если внимательно смотреть в течение
некоторого времени на чувствительную
магнитную стрелку, легко обнаружить, что
она не остается неподвижной, а непрерывно
Отклоняется в ту или другую сторону.
Наибольшего отклонения к востоку стрелка
достигает около 8 ч утра, а к западу — днем,
затем стрелка возвращается в начальное
положение. Такие колебания стрелки, обычно с наибольшим отклонением в 15—20',
совершаются изо дня в день. Их называют суточными вариациями магнитного поля Земли. Суточные вариации магнитного поля Земли обусловлены действием излучения Солнца. Часть солнечного излучения носит ультрафиолетового.
Проникая в верхние слои атмосферы,
ультрафиолетовое излучение ионизирует ее.
Серьезное влияние на состояние магнитосферы
Земли оказывает солнечный ветер.
Причем на самочувствие людей влияет не само магнитное поле, а его изменение.
Например, если человек живет в районе Курской аномалии, он ее воздействия не
ощущает. Но чем больше скорость, с которой он покидает эту зону, тем сильнее его
болезненное состояние. Меняются вязкость крови, сердечная деятельность и т. д. Магнитные бури влияют и на технические объекты, прежде всего на электронику,
внося в ее работу значительные помехи. За рубежом в такие дни даже сокращают
или отменяют, например, вылет рейсовых самолетов или отправление
высокоскоростных поездов. Словом, учитывают влияние бурь на организацию работы
транспортного комплекса.
В течение года, как правило, мы наблюдаем два всплеска магнитной активности –
во время весеннего (в марте) и осеннего (в сентябре) солнцестояния. В этот период
количество магнитных бурь значительно возрастает. Если в среднем в месяц
происходят1-2 магнитные бури, то в марте и сентябре их число и мощность
увеличивается в несколько раз, причем осенний пик более высокий - до 7-8 бурь.
Быстрые и сильные изменения в магнитном поле
Земли, которые возникают в периоды повышенной
солнечной активности называются
магнитными бурями .
Магнитное поле
этого кругового тока
в основном и создает
магнитную бурю,
охватывающую
одновременно
весь земной шар.
Космические частицы усиливают ионизацию
атмосферы. В ней возникают сильные,
Сравнительно кратковременные электрические
токи, которые обнаруживаются на Земле в виде
магнитных возмущений.
Ученые научились прогнозировать вероятность
появления магнитных бурь на Земле. Учреждения,
осуществляющие радиосвязь, получают регулярную
информацию о состоянии магнитного поля
Земли и ионосферы.
Происхождение магнитных бурь объясняется
следующим образом.. Поверхность Солнца
иногда покрывается темными пятнами.
Они появляются во время гигантских вспышек
(взрывов) на Солнце, при которых оно испускает
мощные потоки протонов и электронов.
Их скорость достигает 10 00 — 2000 км/с
Частицы, выброшенные Солнцем, достигают Земли
через одни или двое суток.
Ах, как играет этот север!
Ах, как играет надо мной
Разнообразных радуг веер,
В его короне ледяной!
Ему, наверно, по натуре
Холодной страсти красота,
Усилием магнитной бури
Преображённая в цвета...
Вследствие изменения магнитного поля токов
в атмосфере в недрах земного шара
индуцируются токи. Их магнитное поле тоже
накладывается на магнитное поле бури
Магнитные бури причиняют серьезный вред: они
оказывают сильное влияние на радиосвязь, на линии
электросвязи, на самочувствие людей.
Искажение магнитного поля Земли под действием солнечного ветра
Вековые вариации магнитных аномалий
Инверсия магнитных полюсов Земли
Дрейф магнитных полюсов Земли
Вековые вариации
магнитного поля Земли
Изменение напряженности магнитного
поля Земли
По наблюдениям учёных, напряженность
магнитного поля методично убывает –
всего за 450 лет она уменьшилась почти
на 20%. За последние 22 года магнитное
Поле Земли стало слабее на 1,7%, причём
в некоторых частях Атлантического океана
оно ослабело на 10%, а в нескольких регионах
немного усилилось.
Археомагнитные данные говорят о том, что
убывание напряженности магнитного поля
продолжается уже около двух тысячелетий,
причем в последние века особенно интенсивно.
Подобная динамика полностью обнуляет
напряженность магнитного поля всего
за 1200-1300 лет, то есть примерно к 3200 году.
Исчерпывающее объяснение инверсии
современная наука дать не может.
Тем не менее, выявлено, что напряженность
дипольного поля Земли изменяется вдвое
с периодом около 10 тыс.лет.
Смещение магнитных полюсов регистрируется с 1885 г. За последние 100 лет магнитный полюс
в южном полушарии переместился почти на 900 км и вышел в Индийский океан .
Новейшие данные по состоянию арктического магнитного полюса, движущегося по направлению
к Восточно-Сибирской мировой магнитной аномалии через Ледовитый океан) показали, что с 1973
по 1984 г. его пробег составил 120 км, с 1984 по 1994 г. — более 150 км. Хотя эти данные расчетные,
они подтверждены замерами северного магнитного полюса. По данным на начало 2007-го года
скорость дрейфа северного магнитного полюса увеличилась с 10 км/год в 70-х годах, до 60 км/год
в 2004-м году.
В первом (грубом) приближении на не слишком
больших расстояниях от поверхности планеты
ее магнитное поле напоминает поле знакомого
нам 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. Еще одна интересная особенность этих
полюсов: они постепенно смещаются
Изучая намагниченность образцов пород,
слагающих земную кору, ученые пришли
к выводу, что около 570 млн.лет назад
магнитные полюса Земли были
расположены в районе экватора.
На рисунке показано смещение магнитного
полюса в северном полушарии Земли.
Магнитные полюсы Земли много раз
менялись местами (инверсии). За
последний миллион лет это случалось 7 раз.
Через достаточно большие интервалы времени могут
происходить изменения расположения магнитных полюсов
на противоположные (инверсии). За последние 30 млн. лет
среднее время между инверсиями составляло 150000 лет.
Открытие дрейфа
континентов
На основе изучения намагниченности извергнутых из
глубин Земли и осадочных пород на морском дне получены
данные, говорящие о том, что магнитное поле Земли некогда
имело почти противоположное направление по
сравнению с нынешним. Ученые выяснили, что в прошедшие
160 миллионов лет, южный и северный магнитный полюс
менялись своими месторасположениями почти 100 раз.
Последний был примерно 720 тысяч лет тому назад.
Дрейф магнитных
полюсов
Инверсия магнитных
полюсов
Южный магнитный
полюс, S
Северный магнитный полюс, N
год
координаты
год
координаты
Изменение напряженности
магнитного поля Земли
Перемещение магнитных
аномалий
Магнитные аномалии также испытывают
вековые вариации, приводящие к изменениям
со временем в течение многих лет и столетий.
Примеры аномалий: Бразильская, Канадская,
Сибирская, Курская. В ходе вековых вариаций
мировые аномалии смещаются как относительно
поверхности Земли, так и относительно друг
друга; распадаются и возникают вновь. На
низких широтах имеется западный дрейф
по долготе со скоростью 0,2° в год .
1841
1831
Инверсии магнитных полюсов Земли неоднократно происходили в прошлом.
Обычно это сопровождалось кратковременным исчезновением магнитосферы.
Для биосферы Земли это означает истончение озонового слоя и исчезновение
защиты от солнечного ветра и космической радиации. Если «переполюсовка»
завершится быстро, жизнь на нашей планете может сохраниться, но если Земля
останется без магнитного поля на несколько лет, это будет означать гибель всего
живого. Когда случаются такие «перевороты», Земля подвергается большой атаке
опасных космических частиц. О том, почему вымерли динозавры, существует
немало версий и гипотез, так вот одна из них предполагает, что древние ящеры
перестали существовать как раз в период смены магнитных полюсов .
1912
1962
2001
2000
В результате вековых вариаций геомагнитный
полюс прецессирует относительно
географического полюса с периодом около 1200 лет.
Большинство планет Солнечной системы в той или иной степени обладают
магнитными полями. По убыванию дипольного магнитного момента
на первом месте Юпитер и Сатурн, а за ними следуют Земля, Меркурий и
Марс .
Магнитное поле Солнца
В самом начале нового века
наше светило Солнце поменяло
направление своего магнитного
поля на противоположное так,
что его северный магнитный
полюс, который был в Северном
полушарии всего лишь несколько
месяцев назад, теперь находится
в Южном.
Струи плазмы ориентированы вдоль линий магнитного поля
Полный 22-летний магнитный цикл связан с 11-
летним циклом солнечной активности, и переворот
полюсов происходит во время прохождения его
максимума. Магнитные полюса Солнца останутся
теперь на новых местах доследующего перехода,
который случается с регулярностью часового
механизма. Геомагнитное поле также неоднократно
изменяло свое направление, но последний
раз такое случилось 740 тысяч лет назад.
Космические исследования установили наличие
слабого магнитного поля у Марса и отсутствие его у Луны и Венеры.
ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИНА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ
Магнитные бури продолжаются обычно от 6 до 12 часов, а затем характеристики
земного поля снова возвращаются к своим нормальным значениям. Но за столь короткое
время магнитная буря оказывает сильное влияние на радиосвязь и линии электросвязи
ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
ЗЕМЛИ НА ЧЕЛОВЕКА
Земные обитатели прекрасно чувствуют магнитное поле, хотя его увидеть нельзя.
Магнитное поле Земли служит многим живым организмам для ориентации в пространстве.
Изучением различных факторов погодных условий на организм здорового и больного человека занимается специальная дисциплина - биометрология.
Наблюдались повреждения
трубопроводов
из-за возникающих
в них напряжений при резких
изменениях магнитного поля),
Выходят из строя
линии электропередач
Прекращается радиосвязь
в диапазоне коротких волн
на всем освещенном
полушарии Земли
Некоторые морские бактерии
располагаются в придонном иле
под определенным углом
к силовым линиям магнитного
поля Земли, что объясняется
наличием в них маленьких
ферромагнитных частиц.
Ориентиром для перелетных
птиц также служит магнитное
поле Земли. Недавно ученые
узнали, что у птиц в области
глаз располагается маленький
магнитный "компас" —
крохотное тканевое поле,
в котором расположены кристаллы
магнетита, обладающие
способностью намагничиваться
в магнитном поле.
Мухи и другие насекомые "садятся"
предпочтительно в направлении
поперек или вдоль магнитных линий
магнитного поля Земли. Например,
термиты располагаются на отдых
так, что оказываются головами
в одном направлении: в одних
группах —параллельно,
в других — перпендикулярно
линиям магнитного поля. ___
Ученые установили, что магнитные бури
вносят разлад в работу сердечно -сосудистой,
дыхательной и нервной системы,
а также изменяют вязкость крови;
у больных атеросклерозом и тромбофлебитом
она становится гуще и быстрее свёртывается,
а у здоровых людей, напротив, повышается…»
Ботаники установили
восприимчивость
растений
к магнитным полям. Оказывается сильное
магнитное поле
влияет на рост
растений.
Ориентиром для черепахи
является магнитное поле .
Многие животные
используют магнитное
поле Земли: крысы,
летучие мыши, кроты,
лососи. Эти исследования
продолжаются.
Коровы принимают
за ориентир магнитные
полюса Земли. Находясь
на пастбище, они стоят
предпочтительно либо
с юга на север или с севера
на юг. Причём направление
это именно на магнитный,
а не на географический
полюс планеты.
Взрываются трансформаторы
на телефонных подстанциях и т.д..
Значение магнитного поля Земли
Магнитное поле Земли – своеобразный щит, оберегающий нас и весь
органичный мир. Не будь у Земли магнитного поля, защищающего её от
солнечной радиации, наша планета превратилась бы в выжженную
пустыню, а живые существа погибли бы.
Свойства магнитного поля Земли
Обнаружение:
по влиянию на магнитную стрелку
Источники:
круговые токи в недрах планеты
радиационные пояса
Неоднородно по поверхности вследствие
различных магнитных аномалий(залежей железных руд)
Виды изменений:
вековые вариации (дрейф полюсов и аномалий, инверсия)
Кратковременные вариации (магнитные бури)
Причины изменений:
выбросы Солнцем заряженных частиц
природа земного магнетизма до конца еще не изучена
Значение:
защита от космического излучения
влияние на климат Земли
влияние на жизнедеятельность живых организмов
Изучение магнитного поля Земли
Магнитологам нередко приходится работать в
трудных походных условиях: на дрейфующих
льдинах, у вулканов и т. д. В 1934 г.
впервые в мире советский географ А. А. Логачев
сконструировал прибор, позволяющий измерять
магнитное поле Земли с самолета. Катушка
аэромагнитометра быстро вращается в магнитном
поле Земли и в ней возникает электрический ток.
Сила этого тока изменяется пропорционально
изменению магнитного поля Земли.
Позже был сконструирован более совершенный
аэромагнитометр. Его датчик помещают в немагнитную
оболочку и буксируют на тросе длиной 50 м.
На таком расстоянии магнитное поле, создаваемое
самолетом, практически равно нулю.
Остальные части прибора и его питание находятся
на самолете. На медленно движущейся ленте
вычерчиваются плавные, почти прямые линии,
когда самолет летит в районе спокойного магнитного поля.
Но когда он попадает в область большого изменения
магнитного поля, т. е. в область магнитных аномалий,
на ленте вычерчиваются неровные пикообразные кривые.
На основании данных магнитных съемок изготовляют
магнитные карты — карты магнитного склонения,
магнитного наклонения и других элементов магнитного
поля. Магнитные карты широко применяют прежде всего
в морской и воздушной навигации и при разведке земных недр.
В настоящее время весь земной шар покрыт сетью пунктов,
где производят магнитные измерения. Сотни крупных
магнитных обсерваторий регистрируют магнитное поле Земли
постоянно. Найти место для строительства такой
Обсерватории нелегко, так как она должна быть удалена
от всех промышленных магнитных помех, линий электропередач
и токов в грунте. Само здание и его оборудование выполняют
з немагнитных материалов (дерево, латунь, дюраль).
Измерения (вариации) магнитного поля Земли магнитологи
изучают с помощью высокочувствительных приборов —
вариометров. Главная деталь вариометра — маленький магнитик
в виде стрелки, снабженный зеркальцем. Магнитик подвешен на
тонкой кварцевой нити. На зеркальце направляют луч света,
который отражается от него и падает на чувствительную
фотобумагу, намотанную на вращающийся барабан. Благодаря
такому устройству малейшее колебание магнитика изображается
на фотобумаге в виде кривой — магнитограммы.
В «спокойный» день магнитограмма — почти прямая линия
(слегка волнообразная). Но иногда магнитограммы имеют
весьма сложный пикообразный вид — протекает магнитная буря.
В настоящее время для магнитных измерений
стали применять сложные электронные приборы очень высокой
чувствительности .
ОРО ( Обязательные результаты обучения)
№ требования
Формулировка требований
4.
Номер
задания
в зачете
Знать:
Домашнее
задание
1) Расположение магнитных полюсов Земли
2)Направление и характер расположения магнитных линий геомагнитного поля
3) Свойства магнитного поля Земли
5
Уметь:
Обязательно:
§ 60, вопросы 1-3, 5 к § 60, стр.142
Дополнительно:
вопросы 4, 6 к § 60, стр.142, задание 10 на стр.142
№ 1476 (В.И.Лукашик,
Е.И. Иванова. Сборник задач по физике)
1)Объяснять устройство и принцип действия компаса
2) На опыте определять направление магнитной линии магнитного поля Земли
Заключение
Геомагнитное поле существует с момента зарождения нашей планеты.
На земном магнетизме до сих пор основана практически вся система
навигации, позволяющая в условиях плохой видимости и непогоды
прокладывать курс кораблям и самолетам.
Существуют теории о влиянии магнитного поля Земли на климат планеты.
Согласно наблюдениям, с конца XVIII века и по сей день магнитное поле
ослабевает.
Необходимо развивать новые системы ориентации для применения
в транспортном комплексе ( например, на основе спутниковых технологий)
Существуют теории о создании искусственного магнитного поля Земли.
