Урок в 10-м классе по теме "Магнитное поле Земли"

Разделы: Физика

Цели урока:

  • обучающая: закрепить знания о магнитном поле, познакомить с новыми понятиями: магнитная аномалия, магнитная буря, магнитные полюса Земли
  • развивающая: развивать познавательный интерес учащихся, их кругозор, умение работать с дополнительной литературой, ориентироваться в мире физики и природы, прививать интерес к предмету,
  • воспитывающая: отрабатывать навыки ведения дискуссии, воспитывать любознательность, умения отстаивать своё мнение, самостоятельно добывать знания.

Ход урока

  1. Организационный момент ( вступительное слово учителя ).
  2. Пресс-конференция:
    - вопросы журналистов;
    - выступления учёных: физика, астронома, биолога, врача, эколога.
  3. Заключительное выступление учителя (подведение итогов конференции ), проверка знаний.
  4. Домашнее задание, включающее отчёт о пресс-конференции.

Содержание урока пресс-конференции.

Вступление учителя.

Наш сегодняшний урок пройдёт в виде пресс-конференции о магнитном поле Земли и его влиянии на жизнь на планете. Его для вас подготовили ваши одноклассники – члены школьного научного общества, которые и выступят сегодня в роли учёных : физика, астронома, биолога, врача, эколога. Речь пойдёт о земном магнетизме. Вам предстоит быть журналистами на нашей конференции и задать все интересующие вас вопросы по данной теме нашим учёным. Хочу сразу сказать, что домашним заданием для всех журналистов станет составление отчёта о ходе конференции. Так что, делайте необходимые записи по ходу дискуссии, для чего откройте тетради или ваши журналистские блокноты. Новой информации для всех сегодня будет много.

Прежде всего напомню, что магнит-это камень из Магнесии - древнего города в Малой Азии, тело, обладающее намагниченностью. Магнитные явления известны людям с очень давних времён. И в связи с этим, я хочу задать первый вопрос:

1. Какие вы можете привести доказательства того, что Земля обладает магнитными свойствами, т.е. имеет магнитное поле?

Ответ физика:

С древнейших времён известно, что магнитная стрелка компаса всегда устанавливается в данном месте Земли в определённом направлении. (Приложение 1) Этот факт означает, что вокруг Земли существует магнитное поле. Своим северным концом магнитная стрелка указывает направление на Южный магнитный полюс Земли, который находится в северном полушарии. Северный магнитный полюс находится в южном полушарии.

Мысль о том, что Земля представляет собой гигантский магнит, впервые была высказана английским учёным Гильбертом. В 1600 году вышла в свет его книга под названием “ Новая физиология о магнитах, магнитных силах и великом магните-Земле”, в которой он привёл факты, доказывающие, что наша планета-магнит: ведь вертикально стоящие оконные железные решетки с течением времени намагничиваются (очевидно, под влиянием магнита ); известно, что кусок магнитного железняка, будучи подвешенным, ориентируется в пространстве особым образом ( опять-таки , видимо, под влиянием этого магнита). Этот факт и стал основой одного из величайших изобретений человека - компаса. Именно в книге Гильберта впервые было дано правильное объяснение поведения стрелки компаса и высказано “новое и неслыханное мнение о Земле”. До Гильберта высказывалось мнение, что магнитная стрелка притягивается Полярной звездой.

2. А что является причиной земного магнетизма, т.е. существования у Земли магнитного поля?

Ответ физика:

По современным воззрениям первая причина – это процессы, происходящие в недрах Земли. Ядро Земли является жидким и состоящим из железа; в нем циркулируют круговые токи, которые и порождают земное магнитное поле: вокруг токов всегда есть магнитное поле. В 1958 году 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. Т.о., радиационные пояса - вторая причина существования у Земли магнитного поля.

3.Какими свойствами обладает магнитное поле Земли?

Ответ физика:

В первом приближении на не слишком больших расстояниях от поверхности планеты , её 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 ещё одна особенность этих полюсов: они постепенно смещаются. На основе изучения намагниченности извергнутых из глубины 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.

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, называемый магнитным склонением.

Средняя магнитная индукция вблизи земной поверхности составляет 5*10-10 Тл. На магнитных полюсах она больше, а на экваторе меньше.

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.

4.Постоянно ли магнитное поле Земли или оно изменяется?

Ответ астронома.

Магнитное поле Земли не остаётся постоянным, оно испытывает медленные изменения во времени (так называемые вековые вариации). Кроме того, 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.

Но особенно большие изменения могут происходить в магнитосфере Земли. Эта область околоземного пространства, в котором сосредоточено магнитное поле Земли, простирается на расстоянии 70-80 тыс. км в направлении на Солнце и на многие млн. км – в противоположную сторону. В магнитосферу Земли вторгается множество заряженных частиц, входящих в состав солнечного ветра ( потока плазмы солнечного происхождения ).

Частицы солнечного ветра, главным образом протоны и электроны, захватываются магнитным полем Земли и увлекаются по винтовым траекториям вдоль силовых линий. Во время увеличения солнечной активности интенсивность солнечного ветра возрастает. При этом частицы солнечного ветра ионизируют верхние слои атмосферы в северных широтах (где магнитные силовые линии сгущены) и вызывают там свечения – полярные сияния.

В магнитном поле Земли в условиях разреженного воздуха, так светятся обычно атомы кислорода и молекулы азота.

( В некоторых районах Земли величина, характеризующая её магнитное поле, всегда резко отличается от средних значений. Эта ненормальность (аномалия) объясняется чаще всего залеганием под поверхностью земли горных пород, содержащих железные руды. Примерами могут служить такие места, как Криворожский бассейн, Курская магнитная аномалия, где напряженность магнитного поля в 5 раз больше средней.)

5.Что такое магнитные бури и как они влияют на процессы, происходящие в атмосфере и на Земле?

Ответ астронома.

Магнитные бури – это значительные изменения магнитного поля Земли под действием усиленного солнечного ветра, в результате вспышек на Солнце и сопровождающих их выбросов потоков заряженных частиц.

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 на радиосвязь и линии электросвязи: прекращается радиосвязь в диапазоне коротких волн на всем освещенном полушарии Земли,

Выходят из строя линии электропередач, наблюдались повреждения трубопроводов ( из-за возникающих в них напряжений при резких изменениях магнитного поля ), взрываются трансформаторы на телефонных подстанциях и т.д.. установлено и всесторонне изучается влияние магнитных бурь на состояние экосистем и человека.

6.Какое влияние оказывают магнитные бури на организм человека?

Ответ биолога.

Магнитное поле Земли - фактор воздействия среды обитания на человека и живых существ. Действия 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 (1897-1964).

Учёный утверждал, что происходящие на Земле природные “буйства” (землетрясения, извержение вулканов и др.) и многие социальные события (эпидемии, войны, голодные моры) в значительной степени зависят от 11-летнего цикла солнечной активности и солнечных бурь, вызывающих на Земле бури магнитные. В беседах с К. Э. Циолковским он доказывал, что магнитные бури влияют на состояние нервное системы, которая является их своеобразным “приёмником”. И нервы, и головной мозг – очень чувствительные “приёмники” и реагируют с большой быстротой. Нет никого, кто был бы свободен от воздействия геомагнитного поля. Открытия учёного опередили науку почти на столетие. (Приложение 2)

В наше время все знают о неблагоприятных днях (когда сильные 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.

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.

7. Почему организм человека реагирует на магнитные бури?

Ответ биолога

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 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 нём биотокам иные электрические токи, что ещё больше нарушает 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 незащищёнными. 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 некоторым колебаниям. Так , в нём есть электромагнитный “регулятор”.

Электромагнитные свойства крови имеют существенное значение для её движения; если бы кровь не обладала этими свойствами, то нагрузка на сердце значительно бы возросла, и оно должно было бы иметь большие размеры. (Приложение 3)

8. Существует ли опасность магнитных бурь для здоровья человека?

Ответ врача.

Влияние космических факторов на здоровье людей в настоящее время интенсивно исследуется в разных странах. Наша исследовательская группа изучала влияние магнитных бурь и возмущенной геомагнитной обстановки на здоровье жителей с. Микулино в течение трёх месяцев.

Накопленные исследования по влиянию магнитных бурь на здоровье людей показывают, что эти бури затрагивают все органы и системы организма человека. Сначала погибают от воздействия магнитной бури больные, страдающие тяжелыми расстройствами нервной системы и её центрального аппарата- мозга. Затем умирают лица от болезней сердечно-сосудистой системы, затем идут смерти от тяжелых заболеваний внутренних органов.

Сопоставление медицинских данных с солнечными явлениями показало, что в день роста солнечной активности увеличивается число инфарктов миокарда. Количество заболеваний этой болезнью возрастает не только во время геомагнитной бури, но и за сутки до неё, а также в течение суток после её окончания. У гипертоников в “магнитные” дни и накануне их отмечается слабость, вялость, сонливость, головные боли, головокружение, периодическое мелькание “мушек” перед глазами. У здоровых людей в такие дни также понижается настроение и могут появиться головные боли, возникает чувство тревоги и утомления. Подсчитано, что каждая буря, вызванная солнечной вспышкой, уносит в целом во всём мире 1-2 тысячи жизней.

Мы исследовали влияние магнитных бурь на здоровье жителей с. Микулино, пользуясь прогнозами погоды, статистическими данными из Микулинской амбулатории и данными фельдшера гимназии об обращении жителей к врачу с различными видами недомоганий. В результате сопоставления множества фактов было выяснено следующее: в дни геомагнитной активности возрастает число обращений к врачу по поводу сердечной недостаточности, артериального давления, гипертонической болезни. Так, 4 и 5 декабря, в период возмущённой геомагнитной обстановки в амбулаторию обратилось с симптомами повышения АД 5 человек из 7 бывших на приёме, в основном это люди пенсионного возраста; к фельдшеру гимназии - 4 учителя с жалобами на головные боли, перепады АД и боли в области сердца, а также 3 учащихся с сильными головными болями.

Статистика заболеваний декабря показала, максимум обращений к врачу с нарушениями в работе сердечно-сосудистой системы приходится на дни, когда наблюдались магнитные бури -19, 22, 24 и 26 декабря (от 30 до 80% заболевших). Такая же картина наблюдалась в январе: 12 (90% обратившихся к врачу было с заболеваниями сердечно-сосудистой системы и АД, причём возраст заболевших не только пенсионный, но и средний), 16 (100% обратившихся к врачу), 21 (70%). Таким образом, можно сделать вывод: магнитное поле Земли оказывает существенное влияние на здоровье жителей с. Микулино

9. Как можно предотвратить и уменьшить вредное влияние магнитных бурь на человека?

Ответ эколога.

Рекомендации и предложения.

Для того, чтобы организм мог безболезненно отреагировать на магнитную бурю, он должен обладать необходимым запасом энергии. А также мог заранее к ней подготовиться. Поэтому наступление магнитных бурь в течение последних десятилетий прогнозируется, составляются прогнозы неблагоприятных для здоровья дней. Для того, чтобы уменьшить вредное воздействие этих дней на человека рекомендуется следующее:

  • лучший способ снять напряжение, оказываемое неблагоприятными днями, - это общение с природой, т.е. прогулки в парке, на берегу реки , по лесу , не менее 5-6 км в день;
  • очень полезна регулярная физическая нагрузка;
  • человек должен помнить, что возникающие в “магнитные” дни отрицательные эмоции временны и преходящи, а боль пройдёт вместе с улучшением погоды.
  • нужна активная жизненная позиция и настрой на поиск положительных эмоций: займитесь творческим трудом, почитайте вечную книгу, сходите в церковь;
  • нельзя себя жалеть и укладывать в постель, но нельзя и переутомляться;
  • чтобы не создавать дополнительную искусственную заторможенность своих нервных реакций, ни в коем случае нельзя принимать алкоголь;
  • полезны успокоительные домашние ванны – за 40 минут до сна с температурой воды 37 градусов, продолжительностью 15 минут; снимать напряжение запахом ромашки, мелиссы, хмеля, валерианы( можно вдыхать запах цветов)
  • в качестве профилактики в неблагоприятные дни нужно больше употреблять капусты, моркови, свёклы, помидоров, огурцов, лука, фруктов, ягод и не есть чистый сахар.

  • магнитные бури человек переносит особенно тяжело в местностях с загрязнённым воздухом, поэтому необходимо стремиться сделать воздух в своей местности чище и богаче кислородом.

Проверка знаний: (поставьте + или -)

  1. Северный конец магнитной стрелки всегда указывает на Южный магнитный полюс. (+)
  2. Земля представляет из себя гигантский электромагнит. (-)
  3. Источник магнитного поля Земли - круговые токи, циркулирующие внутри её жидкого ядра. (+)
  4. Силовые линии , идущие от одного магнитного полюса к другому, называют магнитным экватором. (-)
  5. Магнитное поле Земли оберегает её от потоков заряженных частиц, идущих от Солнца. (+)
  6. Магнитное поле Земли не изменяется со временем. (-)
  7. Магнитные бури оказывают влияние на качество радиосвязи и электропередачи.(+)
  8. Магнитные бури не оказывают действия на организм животных и человека. (-)
  9. Во время магнитных бурь состояние людей с заболеваниями сердечно-сосудистой системы улучшается. (-)
  10. Чтобы уменьшить вредное влияние магнитных бурь на организм человека, надо больше гулять, есть фрукты и овощи и вести здоровый образ жизни. (+)

Литература:

  1. “Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия”, 2002, >www.KM.ru
  2. Гальперин Ю.И., “Полярные сияния в магнитосфере”, М., Знание,1975, с. 58
  3. Громов С.В., “Физика – 10”, М., Просвещение, 2002, с. 249
  4. Мезенцев В.М., “Когда помогают невидимки”, М., Детгиз, 1963, с. 131
  5. Тарасов Л.В., “Физика в природе”, М., Вербум – М, 2002, с. 172
  6. “Физическая энциклопедия”, т.2, М., Советская энциклопедия, 1990, с. 633
  7. Чикурова М.В. и др., “Интегрированный урок – конференция “Магнитное поле Земли и других планет”, в журн. “Физика в школе”, №7, 2003, с.30
  8. “Электромагнитные поля и человеческий мозг”, в журн. “Физика в школе” №7, 2003, с.7