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。
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。
★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。
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。
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。
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。
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。
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!
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。
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。
★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。
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。
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。
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。
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。
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。