Семинар по физике

 «Магнитное поле Земли и других планет».

Цель семинара:

Расширить знания учащихся о магнитном поле Земли и других планетах; формировать жизненный принцип бесконфликтного общения человека и окружающей среды на основе гармонизации отношений с природой, углубить знания учащихся о влиянии магнитного поля Земли на организм человека и окружающую среду; воспитать личную ответственность за то, что происходит вокруг, человечность, бережное отношение к природе.

Основные задачи:

1. Общеобразовательные

-изучить структуру и свойства магнитного поля Земли;

 -выяснить, какова роль магнитного поля Земли;

 -изучить его влияние на биосферу Земли;

- сравнить магнитные поля Земли и других планет;

 -формировать умения самостоятельно работать;

2. Воспитательные:

- содействовать формированию идеи познавательности мира;

- воспитывать трудолюбие, взаимопонимание между учеником и учителем;

3. Развивающие:

-развивать навыки работы с научной литературой и с Интернет через интегрирование физики и информатики.

-развивать память и мышление учащихся;

-развивать умение учащихся излагать полученную информацию;

-развивать эмоции учащихся путем создания в ходе урока состояния удивления, занимательности, парадоксальности.

Техническое обеспечение урока: интерактивная доска, лабораторное оборудование.

Методы: словесные, наглядные.

Подготовка к уроку:

Девять восьмиклассников и девятиклассников, выступающих на семинаре, во внеурочное время заранее отбирали, систематизировали и оформляли материал в виде презентации к уроку под руководством учителей физики.

Изложение нового материала в форме компьютерной презентации: (Приложение)

Выступление учеников сопровождается показом слайдов с помощью интерактивной доски и с комментариями

Этапы семинара:

1. Организационный момент, формулировка цели  (2 мин).
2.  Объяснение материала в виде устного журнала

- Первая страница: «Компас указывает на ...» ( о компасе).

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

- Третья страница: «Магнитное поле Земли и географический климат».

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

- Пятая страница: «Космические аппараты рассказывают»

-  Заключение (шестая страница: «Подумай !»)
-  Групповая работа учащихся при составлении кроссворда.

Ход семинара.
Вступление (слайд 1-2)
Учитель :

Наш семинар пройдет в виде устного журнала о магнитном поле Земли и планет. Речь пойдет о земном и космическом магнетизме. Хочется, чтобы, слушая выступления, вы составляли план, который помог бы  вам вспомнить все то, о чем мы будем говорить. Внимание! Приготовились слушать.

С первым сообщением выступит 1 ученик.

1 ученик:

Первые письменные свидетельства о магните имеют боле чем двухтысячелетнюю давность.

  В 800 году до н.э. в сочинениях древних греков упоминается таинственный камень, обладающий замечательным свойством притягивать к себе железо. Его называли геркулесов камень, лидийский камень, сидерит, позднее закрепился термин магнит. В 1269 году в книге П. Перегина «Письма о магнитах» перечислены все известные свойства магнита. В 1600 г. Врач английской королевы Елизаветы В. Гильберт описал свойства магнита, разделил магнитные и электрические явления, изготовил шарообразный магнит, исследовал его с помощью маленькой магнитной стрелки и пришел к выводу, что земной шар – огромный космический магнит, доказал невозможность разъединения двух разноименных полюсов. Он обратил внимание, что вертикально   стоящие   оконные   железные   решетки   с   течением   времени намагничиваются и   что   кусок   магнитного   железняка,   будучи подвешенным, ориентируется в пространстве особым образом.
Последний факт - основа одного из величайших изобретений человечества-
компаса.

Учитель:

Первая страничка нашего журнала называется «Компас указывает на...»

2 ученик:

Из истории компаса. (слайд 3-4)

История изобретения магнитного компаса уходит далеко вглубь веков.

Еще две тысячи лет назад древние китайцы использовали свойства магнитной руды для определения направления  передвижения в горизонтальной плоскости, а средиземноморские мореплаватели уже в XII столетии применяли магнитный компас для навигации.

 Европейские мореплаватели пользовались компасом примерно с девятого века, 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 применялись кочевниками при переходе через пустыню. Эти компасы были настолько ценны для кочевников, что их держали в специальных ящиках

между горбами верблюдов.

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

Устройство простейшего 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 вкрасный, 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 углов наклона поверхности Земли и горных пластов.

(Показ видеоролика из библиотеки наглядных пособий. Физика, 7-11 классы. Устройство компаса.)

Учитель:

Рассмотрим внимательно компасы, лежащие на ваших столах.

Задание № 1

Определите в каком направлении расположена классная доска.

Задание № 2

На столах перед вами три металлических цилиндра. Определите с помощью

компаса, какой из них изготовлен из стали.

Задание № 3

Вам известно, что магнитная стрелка компаса ориентируется в данной месте

пространства всегда определенным образом. Как вы думаете: почему?

Учитель:

Попытаемся   дать   ответ   прослушав   материал   второй   страницы   нашего устного журнала . Она носит название «Загадочный невидимка». Ее ведет ученик ...

( слайд 5)

3 ученик:

Моя тема - «Магнитное поле Земли и его природа». (слайд 6-7)

Сегодня ученые знают, что одна из особенностей Земли как планеты -наличие у нее магнитного поля. Именно благодаря ему мы можем пользоваться компасом.

Что же является источником этого магнитного поля? По современным
воззрениям, первая причина - это процессы, происходящие в недрах Земли. Ядро Земли является жидким и состоящим из железа; в нем циркулируют круговые токи, которое и порождают земное магнитное поле: вокруг токов всегда есть магнитное поле.

В 1958 г. При помощи космических аппаратов российские и американские
ученые 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 существование магнитного поля. 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.

Есть еще одна интересная особенность этих полюсов: они постепенно смещаются. На основе изучения намагниченности пород, 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.

4       ученик: (слайд 8-10)

(продолжает) Итак, Земля обладает свойствами, позволяющими считать нашу   планету   магнитом   с   двумя   полюсами   -   Северным   и   Южным. Магнитные   полюса   не   совпадают   с   географическими:   Южный   полюс находится в Северном полушарии, Северный -  в Южном.   Если соединить магнитные полюсы линией по поверхности Земли, то получится магнитный меридиан. Магнитные меридианы - это силовые линии, идущие от одного магнитного полюса к другому. Магнитные меридианы не совпадают с географическими. Между ними образуется угол, называемым магнитным склонением.

Магнитное склонение бывает восточным (положительным) и западным
(отрицательным). Чтобы определить точное направление на север, надо знать показание компаса и магнитное склонение, которое дается на топографических картах.

Магнитное склонение медленно изменяется, поэтому карты земных полей сохраняют свою точность лишь на несколько лет, и их составляют каждые 5 лет.

 Магнитное поле Земли образует магнитосферу нашей планеты. Она простирается на расстояние 70 - 80 тыс. км в направлении на Солнце и на многие миллионы километров – в противоположную сторону. Это поле имеет магнитный шлейф, который тянется очень далеко и «заходит» за орбиту Луны. Советские космические аппараты
«Марс-2» и «Марс-3» обнаружили следы этого шлейфа на расстоянии 20 млн. км.от Земли.

5ученик (слайд 11-12)

В некоторых районах Земли величина, характеризующая ее магнитное поле ,
всегда резко отличается от средних значений. Это ненормальность(аномалия) может охватывать большие региональные площади или малые. Большинство аномалий объясняется залеганием под поверхностью Земли горных пород, содержащие железные 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, вызванные вспышками на Солнце и сопровождающиеся выбросами заряженных частиц. Особенно сильные магнитные бури возникают в том случае, когда такой поток охватывает всю Землю, менее сильные порождаются потоками частиц, проходящих мимо Земли. Магнитное поле Земли оказывает влияние на все процессы, происходящие в
атмосфере, например, на возникновение Полярных сияний, которые наблюдаются в высоких широтах на высотах 1000 км. Сияние вызывают потоки заряженных частиц, идущие из космоса; в магнитном поле земли в условиях разряженного воздуха так светятся обычно атомы кислорода и молекулы азота.(слайд 13-21).

Учитель:

Переворачиваем вторую страницу нашего журнала. Теперь мы на третьей.Она называется «Магнитное поле Земли и климат».( слайд 22-23)

6 ученик:

В последние годы в исследовании изменений земного климата большую роль
играют физические методы. С их помощью была, в частности, установлена связь серьезных климатических изменений, происходивших на Земле в течение миллионов лет, с изменением концентрации радиоактивных изотопов и напряженности магнитного поля Земли. На первый взгляд, эта связь кажется странной. Климат зависит, прежде всего, от притока лучистой солнечной энергии и состава газов в земной атмосфере. Но это -
поверхностное мнение. Процессы происходящие в недрах Земли, порождают земное магнитное поле; оно изменяется от эпохи к эпохе. Это поле препятствует проникновению заряженных частиц и космических лучей в атмосферу. Чем оно сильнее, тем препятствия значительнее. В 80-е годы ХХв. Ученные 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. Изучая образцы лав разной эпохи, ученые находят значения остаточных магнитных полей и по ним определяют дату остывания лавы, и восстанавливают историю магнитного поля Земли. Ученые обратили внимание на то, что в последние миллионы лет магнитное поле Земли возрастало. В то время когда на Земле случились сильные оледенения, оно было наиболее сильным. Первые признаки оледенения Гренландии и Антарктиды проявились практически вместе с проявлением
магнитного поля Земли: около 3-4 млн. лет назад. С тех пор напряженность магнитного поля Земли возросло в 6-10 раз; особенно высокой она была примерно 380 тыс. лет назад, тогда и происходил активный процесс оледенения континентов и океана, шло понижение температуры Мирового океана.

Интересны такие данные: конец последнего оледенения (около 12 тыс. лет назад) совпал с периодом резкого усиления магнитного поля Земли; период же очень теплого климата ( бывшие 608 тыс. лет назад) совпал с периодом очень слабого магнитного поля Земли ( оно было в 2-3 раза слабее современного, хотя последнее относят к полям

 относительно слабым ).
Эти совпадения не случайны, а свидетельствуют о том, что процессы, происходящие на Земле, связаны с космическими процессами. Сейчас считают что изменение климата нашей планеты, по - видимому, связаны с изменением магнитного поля Земли. Дальнейшие исследования океана, атмосферы и особенно космического пространства помогут
специалистам более полно выявить связь магнитного поля Земли и климата на ней.

Учитель:     

Теперь мы знаем, что живем в магнитном поле Земли. Замечает ли наш организм это магнитное поле или нет? А если замечает, то в чем это проявляется? Надеемся это узнать из четвертой страницы нашего журнала. Она называется « БУДЬ ЗДОРОВ!». Будем говорить о влиянии магнитного поля Земли на человека и животных.

7 ученик: (слайд 24-25)

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. У истоков изучения этого явления стоял наш выдающийся соотечественник биолог А. Л. Чижевский (1897-19640). Это был достойный восхищения исследователь, мужественный, не жалевший себя, никогда не жаловавшийся на трудности ученый, преданный науке. 16 лет жизни он провел в заключении - в лагерях ГУЛАГа. В день освобождения обратился к коменданту с просьбой: оставить его в лагере на месяц для завершения научной работы. Свою книгу « Физические факторы исторического процесса» он издал в 1924 г. на собственные деньги, которых хватило лишь на 300 экземпляров. В ней молодой ученый утверждал, что происходящие на Земле природные «буйства» (землетрясения, извержения вулканов и др ) и многие социальные события ( эпидемии, войны, голодные моры) в значительной степени зависят от И-летнего цикла солнечной активности и солнечных бурь, вызывающие на Земле бури магнитные. В беседах с К. Э. Циолковским он доказывал, что магнитные бури влияют на состояния нервной системы, которая является их своеобразным «приемником». И нервы и головной мозг - очень чувствительные «приемники» и реагируют с большой быстротой. Нет никого, кто был бы свободен от воздействия геомагнитного поля. Открытие ученого опередили науку почти на сто лет
вперед.

Учитель:

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 проходили   параллельны 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?

Ответить на это вопрос нам поможет ....

8 ученик: (слайд 26-27)

Известно, что магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды, электрические токи, магниты. В биологических системах, в том числе организме человека, существует упорядоченное движения электрических зарядов (электронов и ионов), определяющие все основные процессы жизнедеятельности клеток. Кроме токов и зарядов, в живом организме имеются маленькие «магнитики»; это молекулы различных 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. В организме человека возникают дополнительно к существующим в нем биотокам иные электрические токи, что еще больше нарушают его нормальную жизнедеятельность. Наибольшей чувствительностью обладает нервная система.

А. Л. Чижевский считал, что физика может помочь оградить человека от такого рода вредных влияний природной среды. По его мнению, в роли спасителя выступает металл. Ученый предлагал помещать больных на период магнитных бурь в экранированные металлом палаты. В реальных же условиях люди в периоды магнитных бурь остаются незащищенными. Поэтому большое значение имеют заблаговременные прогнозы магнитоактивных дней: люди могут заранее принять лекарства. За многие годы эволюции организмы человека и животных адаптировались к существованию магнитного поля Земли и его некоторых колебаниям. Так, в них есть электромагнитный «регулятор».

Электромагнитные свойства крови имеют существенное значение для ее движения; если бы кровь не обладала этими свойствами, то нагрузка на сердце значительно возросла, и оно должно было бы иметь большие размеры.
Учитель :

Магнитное  поле  Земли  -  своеобразный  щит,   оберегающий  нас  и  весь
органический мир. Не будь у Земли магнитного поля, защищающей ее от солнечной радиации, наша планета превратилась бы в выжженную пустыню, а живые существа

 погибли бы. Как вы думаете, существуют ли магнитные поля у других планет солнечной системы?   

Современная наука дает ответы на этот вопрос.

Переворачиваем очередную страницу нашегоустногожурнала и оказываемся на странице «Космические аппараты рассказывают,..».

9 ученик: (слайд 28-36)

С помощью космических аппаратов было установлено наличие у Марса магнитного поля. Оказалось, что Марс обладает собственным полем, направление которого подобно земному. Северный магнитный полюс находится в южном полушарии.

О существовании магнитного полюса у Юпитера было известно из
радиоастрономических наблюдений, но лишь полеты американских аппаратов позволили обнаружить некоторые особенности магнитосферы этой планеты: магнитная ось Юпитера направлена на север, т.е. для этой планеты Северный полюс совпадает с Северным магнитным, но полюса не лежат на одной прямой; магнитное поле планет очень сильное; оно, как и земное имеет «хвост» (или «шлейф»), протянувшийся очень далеко: за пределы орбиты следующей планеты - Сатурна.

Магнитное поле у Сатурна есть, оно сильнее земного, но слабее, чем у Юпитера.

В 1974г. была открыта магнитосфера Меркурия во время пролета около него американской АМС «Маринер - 10». Оказалось, что магнитное поле этой  планеты  вблизи  поверхности  примерно  в   100  раз  слабее,  чем  на поверхности Земли. Этого поля едва достаточно, чтобы повлиять на поток солнечного излучения.

Единственный из пролетевших около планеты Уран космический аппарат
«Вояджер-2» выяснил, что эта планета тоже имеет магнитное поле, причем более сильное, чем у Сатурна.

«Встретившись» с Нептуном американский  КА «Вояджер-2» обнаружил магнитное поле у этой планеты и то, что линия, соединяющая полюса, отклонена от оси

 вращения на 50 .Единственной,    насколько    пока    известно,    планетой,    у    которой    нет собственного магнитного поля, является Венера.

Почти похожа в этом отношении Луна - естественный спутник Земли. Российский космический аппарат «Луна - 2» обнаружил, что Луна практически не имеет магнитного поля. Но некоторые образцы лунного грунта имеют слабую остаточную намагниченность. Ученые считают, что она могла возникнуть либо под влиянием магнитного поля Солнца или Земли, либо того поля, которое было у Луны ранее.

Учитель:

Итак, мы познакомились поближе с земным и космическими магнитными

полями. Теперь послушаем вас. Открываем шестую страницу устного журнала. Ее название «Подумай!»( слайд 37)

Часть первая: ответы на вопросы

1.      В книге «Пятнадцатилетний капитан» Жюля Верна есть такие строки:

«... По палубе скользнула какая - то тень .Это был Негоро . Подкравшись  к  компасу,     судовой  кок  подложил  под  нактоуз (деревянный шкаф на верхнем основании которого установлен компас.) какой - то тяжелый предмет, который он держал в руке. Несколько секунд он смотрел, а потом бесшумно исчез. Если бы Дик Сэнд, сменивший поутру Тома, заметил предмет, положенный Негоро под нактоуз, он поспешил бы убрать его. Это был

железный брусок».
- Кто читал роман Жюля Верна, тот помнит, что корабль попал вместо Америки в Африку.

2.Как вы думаете, могло ли случится такое под влиянием железного бруска. Или это фантазия автора? (Ответ: Да, могло. Железо намагничивается в магнитном поле Земли, и стрелка компаса с ним взаимодействует; показания ее искажаются.)

3.Куда указывает стрелка исправного компаса? (Синее острие обращено к Южному магнитному полюсу и находящемуся неподалеку Северному географическому.)

4.Куда направлено острие синей стрелки компаса вблизи Северного географического полюса? (На Южный магнитный полюс.)

5.Стальные пластины и рельсы, лежащие на складе, с течением времени оказываются намагниченными. Почему? (Они находятся под влиянием магнитного поля Земли.)

6.Работая в парах составить кроссворд по теме «Магнитное поле Земли и других планет». Алгоритм составления кроссворда показан на слайде (слайд № 38)

Выберите слова по теме. Помните, что они в кроссворде могут быть
только именами существительными в именительном падеже, единственном числе.

Цифры в клетке пишите аккуратно и четко, чтобы оставалось место для буквы. Придумайте вопросы, давая каждому слову научно правильное, лаконичное толкование (определение). Желательно, чтобы «вопросы» кроссворда содержали дополнительную
информацию.Запишите кроссворд и ответы к нему на отдельных листах. Помните: кроссворд должен состоять из 13-15слов.

-После работы над кроссвордом, учащиеся просматривают  предложенные варианты и определяют лучшую работу.

В заключении учитель благодарит всех за хорошую работу на семинаре, а особенно тех,  кто представлял свои доклады и  презентации.