![玩科学:游戏中的科学和知识(彩图精装)](https://wfqqreader-1252317822.image.myqcloud.com/cover/336/813336/b_813336.jpg)
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。
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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。
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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2000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
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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。
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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。
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龙舟赛
磁铁能否在一定距离之外发生作用?
你需要准备:
● 2根大约40厘米长的木棍
● 2块磁铁
● 2根大约30厘米长的细绳
● 一些针
● 彩色的卡片
● 1把剪刀
● 4个软木塞
● 一些牙签
● 1卷胶带
● 1个盆
●水
游戏步骤:
1.在木棍的末端系上细绳,细绳的另一端拴着磁铁。按
这种方法,做2根“钓鱼竿”。
2.造一艘“龙舟”:如 下
图所示用1根牙签把3个软木塞穿在一起。
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3.把2根针插在中间的软木塞上,作为小船的桅杆,然后从卡片中剪2个正方形作为帆,用胶带把它们粘在针上。
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4.往盆里装满水,并把“小船”放在水中。提起你的“钓鱼竿”,让它悬在小船的上面,请你的朋友拿起另一根“钓鱼竿”。
发生了什么呢?
悬挂在盆上面的鱼竿没有触碰到小船就使小船移动了。
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原因解答:
虽然磁铁和针没有碰在一起,但是磁铁的磁力牵引着针,带动了小船移动。
磁力的对比实验
你需要准备:
● 3块大小不一的磁铁
● 一些钢质或铁质的东西(比如硬币)
● 1张桌子
● 1把尺子
游戏步骤:
1.把大小不一的磁放在桌子上,彼此相距大约10厘米。
2.把硬币也按步骤1的方式摆放在桌
上,让它们对着磁铁,但是
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![](https://epubservercos.yuewen.com/FD0162/3996200503966501/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0063_0002.jpg?sign=1739046027-RUjv0wV6zLI7BN6UuDuF92kXR6woNHT5-0-4fdd175e993e1cd30a843e6a4e7ab54a)
3.用尺子把硬币逐渐往磁铁的方向推,使硬币与磁铁越来越靠近。
发生了什么呢?
有些硬币几乎立刻就被磁铁吸过去了,而有的硬币只是当离磁铁很近的时候才被吸了过去。
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原因解答:
磁铁对一定距离之外的东西仍产生磁力:磁铁越大,磁力越大,能吸引物体的距离也越远。
用磁铁搅动
由于磁铁可以在较远的地方发挥磁力,而且能够穿透物质,因此它的这一特性被运用于医学研究中。在化学实验室,科学家们经常需要混合一些很小量、很精细的物质,但是又不能让它们接触任何没有彻底消毒的东西。借助磁铁的帮助,科学家们可以轻易地实现这一点:他们把一个很小的、表面经过消毒处理的金属盘放在试管的底部,而在金属盘下面安放一个磁铁。当那些精细的物质放进试管时,磁铁就开始有规律地转动。它转动金属盘,让其中的物质混合,这种装备叫做“搅拌器”。
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哪些东西可以阻隔磁力?
“裹住”磁力
你需要准备:
● 几张报纸
● 几张铝薄纸
● 一些布料
● 1块大号磁铁
● 1件铁质的东西
游戏步骤:
1.用报纸把磁铁包裹起来,然后去吸铁质物品。
2.换其他材料包住磁铁,按照步骤1,依次去吸引那件铁质的东西。
3.现在,让我们用相同的材料给磁铁再裹上一层,一层一层往上加,使磁铁的吸力越来越弱,直到消失为止。
发生了什么呢?
隔着一层薄的材料,磁铁照样把东西吸住了。但是随着一层一层的增加,材料变厚,磁力逐渐消失了。
原因解答:
虽然磁力可以透过一层薄的材料,但是它并不能透过很厚的材料。这个实验证明,我们可以把磁铁隔离起来,以使那些需要防磁的物体免受磁铁的影响。
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磁力大小取决于什么?
磁力强度测试
你需要准备:
● 一些不同形状(比如马蹄形、条形、圆形)和不同型号的磁铁
● 一些钢质或铁质的东西(比如回形针、硬币、钉子)
● 几个硬纸盒
游戏步骤:
1.把钢质和铁质的物品按种类分别装在不同的盒子里。
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2.拿着不同形状和不同型号的磁铁轮流在这些盒子上吸,然后分别数一数每种东西被吸住的数量。
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发生了什么呢?
有的磁铁吸的东西比其他磁铁多。
原因解答:
磁铁的形状影响了磁铁的磁力:马蹄形的磁铁比条状的磁铁磁力大,而条形磁铁的磁力比圆形磁铁的磁力大。形状相同的磁铁,体积越大,磁力越强。
录音机里的小磁铁
录音机里使用的带子就是磁带,这些带子上布满了很容易被吸住的金属氧化物。磁带上不同的磁场类型在机器里的录音磁头上经过。录音磁头由一块磁铁做成,通上电就能开始工作,它将磁带按特定的顺序磁化,因此当磁带经过放音磁头时,就被转化成电子信号,通过扬声器转变成声音。
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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。
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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.如右图所示,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。
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![](https://epubservercos.yuewen.com/FD0162/3996200503966501/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0068_0002.jpg?sign=1739046027-lry30ioN3pquewkgIH5S4fL8kM6Onmpf-0-6fb53a5f87b63de2f1166d7af6a8decd)
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。
![](https://epubservercos.yuewen.com/FD0162/3996200503966501/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0068_0003.jpg?sign=1739046027-IIuYO6MNIos1jFaC8TdOnaV9FcRuswx1-0-f034fdbe2c02356cc4e78c8f51388dea)
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。
![](https://epubservercos.yuewen.com/FD0162/3996200503966501/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0069_0002.jpg?sign=1739046027-cBQlKx1XnPr8br0IhJsRcl3UwKgVzp46-0-78136c53220664f27e1ffc317ee486ae)
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。
![](https://epubservercos.yuewen.com/FD0162/3996200503966501/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0069_0003.jpg?sign=1739046027-EsZQXUdyOO7JeVQBxGyiXeoFa8ehVf4M-0-be3b1b6c2d3147367529ae41f979d8a5)
是什么使指南针的指针转动起来的?
找到北方
你需要准备:
● 1个盆
●水
● 1块条形磁铁
● 1个浅的聚苯乙烯塑料盘(必须要比碗小,在水面上移动的时候不会碰到碗壁)
● 彩色胶带
注:检查周围,确定没有钢或者铁做的东西。
游戏步骤:
1.把盆装满水,在塑料盘的中央粘上磁铁,然后把盘子放在盆里的水面上。
![](https://epubservercos.yuewen.com/FD0162/3996200503966501/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0070_0001.jpg?sign=1739046027-cz4KA10A2gagJJ7RD8eAs5gNPLko7HPH-0-4dbd4f3dc3518996e74968f24153e3af)
2.转动盘子,然后等着它停下来。
![](https://epubservercos.yuewen.com/FD0162/3996200503966501/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0070_0002.jpg?sign=1739046027-PIEAGdnuGx01Ayf7dvmjcFT3w2xaHegE-0-bb7c15ccb1ea5c61e2104c86f3b94ee8)
3.在磁铁两极指着的盆沿上贴上胶带,红的那端贴上红色,蓝的那端贴上蓝色。
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4.然后再转动盘子。
发生了什么呢?
当盘子停下来的时候,磁铁两极还是指着与胶带标注的相同的方向。
原因解答:
地球的磁力太强大了,它使所有能够移动的磁铁一端指向南极,另一端指向北极。
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地球的磁力
地球就像一个超大型的磁铁,它制造了一个磁场,使指南针的指针和磁铁的磁极都指着其磁极的方向。人们认为,这种现象是因为地球内核由钢和镍组成,而地球的转动致使指南针指针旋转。
右图这些线条画出了地球从一极到另一极的磁场,指南针的指针就是随着这些线条运动的。磁北极指向指南针指针的南极点,并不指向我们地图上看到的地理学上的北极。磁北极在加拿大的巴瑟斯特岛,它距离地理意义上的北极还有1900千米。而磁南极指的那个位置在大海上,距地理学上的南极2600千米。但是,这些磁极并不固定,它们会变换所指的方位,尽管这些变换的发生有时候需要经过几千年。
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指南针
最先发现可以利用地球的磁力来指路的是中国人。他们把条形磁铁搁在一块木板上,让木板在水上漂浮,然后观察木板的移动。指南针在欧洲的使用始于公元1200年,可能由阿拉伯人传入。世界上有很多种不同的指南针,但是最为人们所熟知的是磁罗盘。在磁罗盘里,磁针被安装在一个表盘中心的支轴上,以便其旋转。受到地球磁场的影响,磁针指向南方或者北方,这样4个主要的方位(东、南、西、北),还有居中的方位(东北、西南等等)就确定了。这些主要的方向和居中的方向都被标示在盘面上,而被涂上颜色的针尖则一直指着北边。
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