一起来玩儿吧:游戏中的科学和知识
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磁的世界

磁铁能吸住任何东西吗?是什么使指南针里的指针动起来的呢?任何物体都能被磁化吗?电磁体是怎么做成的呢?

磁铁

磁铁具有能吸引钢铁质物品及能吸附在金属表面的力量,它的这一特性几百年来一直让人们着迷。为了了解这些神奇的力量,我们必须首先了解磁铁的结构和特性。在下面几页中,我们会把大块的和小块的磁铁都拿到实验中,观察和发现它们怎样中断和阻隔彼此的磁力,同时还会利用磁铁制作的玩具做游戏。

★磁铁能吸住任何东西吗?

哪些东西能抵抗吸引力?

你需要准备:

● 不同材质的物品:铁、木头、玻璃、塑料、钢、布料、纸

● 不同材质的表面:电冰箱门、衣柜门、墙、玻璃

● 1块与绳子连接在一起的磁铁

游戏步骤:

1.把准备的所有物品分成两组:金属制品和非金属制品。

2.用磁铁依次靠近第一组的物品。

3.按照第一组的做法,用磁铁依次靠近第二组的物品。

4.用磁铁靠近电冰箱、衣柜、墙壁和玻璃等表面。

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发生了什么呢?

准备的金属物品被磁铁紧紧地吸住了,所有的非金属物品都没有被磁铁吸住。同样,磁铁吸住了有些材质的表面,但是对其他材质的表面并不起作用。

原因解答:

磁铁是一种钢片或铁片,它拥有一种特殊的能力吸引由钢、铁、镍、钴、铬制造的金属或者材料中包含有少量任意一种上述金属的东西。相反,木头、玻璃、塑料、纸和布料则不会被磁铁的这种力量吸引。磁铁对大体积钢质物品表面也有吸引力,而且可以在这些物品的表面移动。

磁力的发现

早在2 000多年前,古希腊人就发现了一种能吸住钢铁的矿石,这种矿石就是磁铁矿(有磁性的铁矿石)。磁铁矿因为在古城马格内西亚(即今土耳其境内城市马尼萨)被发现而得名。

磁铁矿的碎片被称作天然磁石。现在,人们可以通过一种特殊的程序——磁化,将钢片或铁片制造成磁铁。

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★磁铁能隔着物体产生吸力吗?

水下的磁力

你需要准备:

● 1块磁铁

● 1个水壶

● 1个回形针

● 水

游戏步骤:

1.把水倒入壶中,把回形针扔下去。

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2.把磁铁放在水壶外面,挨着回形针那一侧。当回形针被磁铁吸住的时候,慢慢地把磁铁向上移。

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发生了什么呢?

回形针跟着磁铁移动起来,直到磁铁上移的高度超出了水面。用这个方法,你不用弄湿手就能把回形针拿出来了!

原因解答:

因为磁铁透过这杯水同样能发挥它的磁力作用。如果水壶是铁质的或者钢质的,回形针仍然会被磁铁吸住,但是磁力的强度会稍弱一些,因为一部分磁力已经被钢铁质水壶吸收了。

磁铁被用在水中

因为磁铁的磁力在水中仍然存在,所以磁铁广泛应用于水下装置的建造和维修。比如,工程师们用磁铁将工具和设备安装在安全的地方,在操作中运用磁铁安装机器零部件。

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赛车游戏

你需要准备:

● 1张卡片

● 1把剪刀

● 1卷胶带

● 几支彩笔

● 1张大的硬纸板

● 2根小棍子

● 2块磁铁

● 2块小钢片

● 4本厚书

● 1张桌子

游戏步骤:

1.画4个等大圆角的长方形,并把它们剪下来,然后在其中的2张上画2辆不同形状的汽车的俯视图,并给它们上色。

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2.用胶带把2块钢片分别固定在2张汽车图与另2张汽车图之间。

3.在硬纸板上画出2条跑道,在每条跑道上都画上起点和终点,并且上色,然后像图中那样,把硬纸板架在书上。

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4.把2辆纸板汽车放在起点上。

5.用胶带把2块磁铁分别紧紧地绑在2根小棍上。

6.把系着磁铁的2根小棍放在硬纸板下面,分别对应着2辆小汽车。这样,移动小棍,你就能让汽车沿着跑道移动。现在,叫上你的朋友,进行一场赛车比赛吧!

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发生了什么呢?

纸板汽车跟着硬纸板下磁铁的移动,在跑道上奔跑起来。

原因解答:

磁铁的磁力透过硬纸板,吸住了粘在纸板汽车里的小钢片。所以系着磁铁的小棍一动,小汽车就跟着跑了起来。

磁极

你是否曾经试图抗拒紧紧吸在一起的两块磁铁之间无形的力量呢?那几乎是不可能做到的!在下面几页中,你将会明白这是为什么。并且你会发现,磁力最强的磁铁竟然就在你的脚底下——地球。就像一块磁铁一样,地球也有自己的磁极,它决定了所有的指南针里指针的方向,而且它们还是神奇壮观的北极光产生的原因。

★磁铁每一部分的磁力都相同吗?

磁力线

你需要准备:

● 一些铁碎屑(能在工厂车间弄到,或者从一块铁上面锉下来)

● 1块条形磁铁

● 1块马蹄形磁铁

● 2张明信片

游戏步骤:

1.把1张明信片放在条状磁铁上面。

2.逐渐把铁屑撒在明信片上,用你的手指轻轻敲一敲卡片。

3.在马蹄形磁铁上进行相同的操作。

发生了什么呢?

大部分的铁屑围绕着磁铁的外围,另外少部分则分散在四周。

原因解答:

因为磁铁的磁力集中在磁极,也就是磁铁的两端。远离了磁极,磁性就没那么强了。

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磁场

磁铁上的铁屑是围绕着磁铁,依照磁力线分布的,这样我们可以看出磁力活跃的区域,而这个区域就被称作磁场。被磁铁吸住的物体就是被拉进了磁场。磁力按特定的方式分布在磁铁的周围,在上面的实验中,我们撒铁屑的时候是在与地面平行的平面进行的,在与地面垂直的平面同样可以进行这项实验。

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★为什么两块磁铁的同极会相互排斥?

“浮动”的磁铁

你需要准备:

● 2块条形磁铁

● 红色、蓝色和透明的胶带

● 1个指南针

● 2个相同大小的硬纸盒

● 剪刀

● 2支铅笔

● 1根细绳

游戏步骤:

1.如下图所示,在磁铁上系一根细绳,然后把它提起来悬在指南针上方,等待它停止旋转。接着,对比磁铁的位置和指南针指针的位置,在指南针指着的那一端贴上红胶带,在另一端贴上蓝胶带。

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然后,在另一块磁铁上进行相同的操作。

2.把颜色相同的磁铁两端相互靠拢,然后把不同颜色的磁铁两端也相互靠拢。

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发生了什么呢?

颜色相同的两端没有互相吸引,而颜色相异的两端紧紧地吸附在一起。

3.在每个盒子里都粘一块磁铁,然后盖上盒子。在盒子外面,根据盒子里磁铁两端的胶带颜色,粘上对应的、同样颜色的胶带。

4.在一个盒子的上面摆上两支铅笔,接着把另一个盒子放在铅笔上,让两个盒子两端对应的颜色相同。

5.用透明胶带把两个盒子绑在一起,再抽走铅笔,用手向下压上面的盒子。

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发生了什么呢?

上面的那个盒子就像浮在另一个盒子上一样。

原因解答:

每一块磁铁的两极都有着不同的磁极(南极和北极)。同极相斥,异极相吸——这就是两个盒子相互排斥的原因。因为相同的两极的作用,使两个盒子相互推开。你克服它们之间的抗力把它们压到一起后,只要一松开手,上面的盒子就又回到了原来的位置。

远距离推车

你需要准备:

● 2块有相反两极的条状磁铁(参看上个实验)

● 1辆玩具卡车

● 1卷胶带

游戏步骤:

1.用胶带把磁铁绑在卡车上。

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2.用另一块磁铁把卡车吸过来。

发生了什么呢?

当你用相同的两极靠近卡车的时候,卡车被推动了。当你把不同的两极相互靠近时,卡车朝你的方向移过来。

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原因解答:

卡车的移动是由磁力决定的,它让卡车指向了两个方向——朝着你手中的磁铁的方向(因为异极相吸)和另一个相反的方向(因为同极相斥)。你可以使用这个实验和你的朋友做游戏。

磁悬浮列车

一些高速列车没有车轮,而是在原本应该有车轮的位置安装了一系列靠近铁轨的磁铁。这些磁铁靠电力工作,同性的两极互相排斥,这样,当磁铁互相排斥的时候,列车就在铁轨上“浮动”起来。也就是说,列车的移动没有任何摩擦,因此它们能达到相当快的速度。

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