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四、评价建议
1.对科学概念的认识和理解的评价。
能否正确认识磁铁的磁性、磁极、磁极间的互相作用、指示南北的特性。在有关磁
铁性质的表述中能否正确使用这些概念性词语。
对磁铁某一个具体的用途，是否知道是应用了磁铁的什么性质。
评价可在教学过程中即时评价，也可在单元结束时采用回顾总结或书面自测的形式
作出评价。
2.对科学探究态度和精神的评价。
是否积极参与研究磁铁性质的实验活动，认真观察，如实记录。
能否主动合作共同完成实验和制作任务。能否注意倾听同伴发言，积极表达个人
见解。
评价要穿插在教学过程中。教师要有针对性地对小组集体进行鼓励评价，也可以根
据学生的实验记录表来评价。
3.对探究能力的评价。
实验操作方法和步骤是否符合要求，能否对实验获得的数据和证据进行分析，得出
恰当的结论。能否提出与研究课题有关的问题。
评价应在教学过程中适时进行。
4.对解决简单问题能力的评价。
对辨别物体是不是由铁材料制成的，寻找磁铁、磁针的南北极，用指南针定方向等
活动进行评价。评价应在教学过程中适时进行。
5.对动手能力的评价。
对学生制作指南针的过程和作品进行评价。
可通过展示作品、介绍作品，师生共同评价。评价要鼓励学生的创造性。
五、参考资料
磁性
磁性是物质的一种属性。人们发现一种天然矿石Fe3O4.，就具有吸引铁、镍、钻等物质的性质。后来还发现，这种磁性不仅物体有，通电导线也有，并且磁体之间、磁体和电流之间、电流和电流之间都有相互吸引和排斥的磁性作用。电和磁有密切联系，磁性起源于电流或物质内部电子和原子核的运动。
所有物质都是由原子构成的，原子的中心是原子核，在原子核外轨道上绕着原子核运动的是电子。电子绕原子核运动时，自身也在做自旋运动。运动的电子会产生磁场，正是原子中电子的自旋运动和轨道运动，使得每一个原子相当于一个微小的磁体。
在绝大多数的材料中，原子磁场的指向是杂乱无章的，结果使得各个原子磁场的作用几乎被完全抵消。所以，绝大多数材料的磁性是很微弱的，通常无法检测到。而在某些材料中，各个原子的电子自旋产生的磁场彼此排列得很整齐。几十亿个原子组成一个集团，其中所有的原子产生的磁场都排列整齐，这样的集团叫“磁畴”。磁畴作为一个整体，它的作用就像一个小磁铁。这种材料未被磁化时，磁畴的指向是杂乱无章的，磁畴产生的磁场的作用彼此抵消，这时材料不显示磁性。材料被磁化后，其中所有的磁畴或大部分磁畴都沿着相同的方向排列，材料就显示出磁性了。
具有磁性的物体叫磁体。磁铁矿是人们最早发现的天然磁体。磁体也可以利用钢或其他合金及非金属磁性材料用人工方法制成，我们所见到的磁体可以说都是人工制造的。
每一个磁体上都有两个地方显示的磁性最强，这就是“磁极”，一个能够自由转动的磁体，静止时，必定一个磁极向南，一个磁极向北，这就是磁铁的指向性。磁极相互靠近，同性磁极相斥，异性磁极相吸。如果把一个磁体折成两段，折断的磁体仍有一端为北极，另一端为南极，两段各成为一个磁体。如果继续折断，这种情形将继续下去。所以磁体总是两极同时存在，在自然界中没有独立存在的磁南极和磁北极。
磁场
磁体间不接触却能发生相互作用，这是怎么回事？人们经过长期的研究，认识到磁体间的相互作用是通过磁场而发生的。磁体周围的空间跟非磁体周围的空间不同，磁体周围的空间存在着磁场。磁场的基本性质，就是它对其中的磁体、电荷或电流产生力的作用，这种力称为磁力。磁场是有方向的，人们用磁感线形象地表示出磁场周围各点的磁场方向，磁铁周围的磁感线都是从磁铁的北极出来，回到磁铁的南极。磁场中不同的位置磁场方向不同，强度也不同，它的大小取决于磁极的强度，也跟距磁体的距离有关(和距离的平方成反比)。磁力通过磁场而发生作用，所以不需要物体互相接触。
磁铁能吸引铁质物体，是因为铁质物体在磁铁的磁场中被磁化了。铁质物体靠近磁铁S极一端为N极，远端为S极。若靠近磁铁N极，则近端为S极，远端为N极。这样一来就相当于两个磁铁在相互吸引。所以磁铁吸引铁质物体实质上是磁极间的相互作用。
磁场可以穿透一些物体，就是通常说的磁铁隔着东西也能吸铁。实际上，这要分两种情况：一是隔着非磁性物质，如纸、塑料等，它们不会影响磁铁磁场的大小和方向；二是隔着磁性物质如铁片，它要影响磁铁磁场的大小和方向。因铁片厚薄、形状和具体隔法不同，对磁场的影响也不相同。有时表现为“导磁”，如磁铁吸起一串回形针；有时表现为“隔磁”，如在蹄形磁铁两极间吸一块铁板，再隔着铁板吸铁钉，磁力会大大减小。
地磁场
英国女王的宫廷医生吉尔伯特(1540~1603年)首次证实地磁场的存在。地球本身相当于一个大磁体，但强度很弱。地磁北极在地理南极附近，地磁南极在地理北极附近，地磁两极与地理两极的位置稍有差异。地磁北极约在南纬67º，东经143º处；地磁南极约在北纬75º，西经101º处。地磁南、北极的位置并不是固定不变的。地磁场方向与地理南北方向的夹角叫磁偏角。地磁场方向与水平方向的夹角叫磁倾角。某处地磁场的水平强度、磁偏角和磁倾角合称为“地磁三要素”，知道这三个量就可确定该处地磁场的大小和方向。
磁性材料
磁性材料是指具有强磁性的材料。这类材料微观特征是相邻原子或离子磁矩呈有序排列，从而显示出铁磁性或亚铁磁性。宏观特征是外磁场作用下具有明显的磁化强度。
按化学成分分类，基本上可分为金属磁性材料与非金属磁性材料(铁氧体)两大类。
1.金属磁性材料。这类材料主要是铁、镍、钴元素及其合金，如铁硅合金、铁镍合金、铁钴合金、铂钴合金、锰铝合金，等等。通常用于大功率电力工业，例如硅钢片广泛用作电力变压器。金属永磁材料可以制成体积小、重量轻的永磁器件，宜用于宇航等空间科技领域，其缺点是镍、钴以及稀土金属价格贵，材料来源少。
2.铁氧体。这类材料是指以氧化铁为主要成分的磁性氧化物，因其制备工艺沿袭了陶瓷和粉末冶金的工艺，有时也称为磁性瓷。大多数为亚铁磁性，在高频、微波、光频段应用时显出其独特的优点。
按应用情况分类，大体上可分为6类。
1.永磁材料，又名硬磁材料，如铝镍钴系合金、锰铝系合金、铁铬钴系合金以及钡铁氧体、锶铁氧体等。常用于制作永久磁体。
2.软磁材料，主要有纯铁、铁硅合金系、铁镍合金系、锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等。在电力工业中主要是做变压器、电动机与发电机的磁性材料，在电子工业中制成各种磁性元件，广泛地应用于电视、广播、通信等领域。
3.矩磁材料，主要有锂锰铁氧体，锰镁铁氧体等。用在电子计算机和自动控制技术中，常作为记忆元件、开关和逻辑元件等。
4.旋磁材料，常用石榴石型铁氧体、锂铁氧体等。可制作各种类型的微波器件，如
隔离器、环流器、相移器等。
5.压磁材料，常用镍片、镍铁氧体等。利用磁致伸缩效应用于机械能与电能的相互
转换中。可制成各种超声器件、滤波器、磁扭线存储器、振动测量器等。
6.磁记录材料，包括磁头材料与磁记录介质两类。磁头材料要求高记录密度低磨损。
磁记录介质要求有较大的剩磁值，以便将电的信息通过磁头而在磁带上以一定剩磁迹记
录下来。磁记录材料广泛应用于录音、录码、录像中。
还有一些新的磁性材料正在研究和开发之中。
磁铁的不同组合引起磁力的变化
环形磁铁的两个磁极一般在两个圆面上。让环形磁铁异极相吸在一起，如左下图，
磁力会增大一些，但不是与磁铁的个数成倍地增加；把环形磁铁同极相对着强行结合在
一起，如右下图，磁力会减小。
让条形磁铁异极相吸，如左下图，磁力会增大；把同极相对强行结合在一起，如石
下图，磁力会减弱。
如果让条形磁铁并列着异极吸在一起，如左下图，磁力会大大减弱；而并列着同极
强行靠在一起，如右下图，磁力会有很大增强。
如果让蹄形磁铁异极吸在一起，磁力会大大减弱；如果并排着同极强行靠在一起，
磁力会有很大增强。这和上面条形磁铁并列在一起是类似的。
磁铁周围都存在一个磁场，磁力就是磁场作用的表现，又叫磁场力。磁场是有大小
和方向的，两个或多个磁铁组合在一起，它们的磁场要发生相互作用，形成的新磁场自
然会发生一些改变，所以磁力大小也就改变了。磁铁不同组合磁力发生不同变化，也是
因为它们原有磁场不同的相互作用所造成的。
我国古代磁学研究的成就及对人类文明的贡献
指南针是我国古代四大发明之一，它最初是用被称为“磁石”的天然铁矿(Fe3O4)制成的。我国在春秋战国时期就有发现磁石能吸铁的记载。在2200多年前，我国人民就发现了磁石有指示南北方向的特性，制造出了最早的指南针——司南。东汉王充(公元27~100年)在《论衡》中就记载了“司南之 投之于地其抵南指”的话。司南是一只磁石做成的底部圆滑的勺子，放在光滑的铜盘上，铜盘上刻着表示方位的符号，用手轻轻一拨勺子，勺子会旋转起来，等它停下来时勺柄就指向南方了。
到了11世纪，中国人又发现用磁石摩擦铁，铁也会被磁化，这比寻找天然磁石方便多了，于是用磁铁制造指南针的方法就出现了。宋代沈括(公元1034~1093年)在《梦溪笔谈》中记载了“以磁铁磨针则锐处常指南，亦有指北者”。还记载了指南针的四种装置方法并讨论其优劣，他还最早记载了地磁倾角。在同时期稍早的《武经总要》一书中详细记载了一种“指南鱼”的制作方法：以薄铁皮剪成鱼形，用火烧红后按一定方向和倾斜度蘸水冷却，使用时令其漂浮水上即可指示方向。这是关于人工磁化的最早记载，其制作方法实际上是利用地磁场使铁片磁化而成磁铁的。“按一定方向”即按地磁的南北方向，按一定“倾斜度”即按地磁的倾角，表明当时人们已经认识了地磁倾角，烧红后再冷却能使铁片磁化效果更好。这些反映了当时磁学研究已有了相当高的水平。
在有了指南鱼以后不久，出现了木头指南鱼和木头指南龟。木头指南鱼是把条形天
然磁石放进木刻鱼的肚子里，木鱼浮在水上而指南北。它比铁片指南鱼效果好多了。木
头指南龟是把天然磁石放进木刻乌龟的肚子里，木龟放在竹钉上，能自由转动，它就能
指南北了。
指南针用于航海的最早记载见于北宋《萍洲可谈》一书(1119年)。那时，人们开始
把指南针装到海船上，可以在看不见太阳、星星的阴天或黑夜里辨识地理方向，这比西
方人至少早一二百年。南宋时期的人们，已经可以把放置指南针的方向盘方位标得更加
精确，这就是罗经，又叫磁罗盘。到了明朝郑和下西洋时，船队就已经采用磁罗盘导航。当时海船上还设置专门的舱房来放置它，叫“针房”。
宋代期间，我国与阿拉伯地区海上交往频繁，指南针很快传到了阿拉伯，其后又传
入了欧洲。14世纪时，欧洲海船也开始装备磁罗盘了。指南针应用于航海，在人类历史
上有非常重大的意义，从此，航海事业更加发达，世界各国人民的交往更加频繁，航海
家开辟了新航路，发现了美洲新大陆，完成了环绕地球的航行，等等，极大地促进了世
界文明的发展，马克思把磁罗盘的发明称作资产阶级发展的“先决条件”。
自制指南针的几种方法
水浮式指南针
方法一：
1.做方向盘。把吹塑纸剪成一个圆形，过圆心画十字线，写上东、南、西、北四个
方位。还可以在东北、东南、西南、西北四个方向处画短线表示。
2.做磁针并测定出磁针的南北极。把磁针固定在方向盘上，方法是：使磁针的南北
极与方向盘上的南北方向一致，用针尖刺入吹塑纸一些，沿着方向盘的南北线穿过。
3.把带方向盘的磁针放入水中，带磁针的方向盘转动，就指示出方向了。
方法二：
1.在吹塑纸上用简笔画方法画一条鱼的形状，剪下来作为“方向盘”。
2.确定出磁针的南北极。把磁针穿在鱼形吹塑纸上，方向是鱼头至鱼尾，并让磁针
的北极在鱼嘴方向。
3.把带磁针的“鱼”放入水中，“鱼”头就总是朝北方了。
方法三：
1.用吹塑纸剪一个船的形状，船头尖船尾平，用这个“船”充当方向盘。
2.把磁针穿在船形吹塑纸上，方向顺着船的方向，并让磁针的北极在船头方向。
3.把带磁针的“船”放入水中，“船”头就总是朝北方了。
以上方法中的磁针都可以用小条形磁铁代替。为了承载磁铁，方向盘、鱼、船要多
用几层吹塑纸并做得大一些，或者改用泡沫塑料制作。
悬挂式指南针
方法一：
1.把纸裁成边长大约2厘米的正方形，在中心扎一个小孔，把纸对折起来，用一根
长约20厘米~30厘米的细线穿过小孔，线头打结或用胶带粘在折纸的内面。
2.把磁针插入对折后的纸中间，调整磁针在纸上的位置，使磁针保持水平状态。
3.用手提着线，磁针就可以指示南北方向了。可以在折纸朝向北的一面写上“北”， 在朝向南的一面写上“南”。
4.做挂架。在一个小瓶中装满砂，把一根粗铜丝一端弯成圆弧形，头部向上翘一点，把直端插进瓶中，再把磁针悬挂在挂架上。
方法二：
1.把一小张纸对折，开口向上，在卡片纸的两端上分别写“N”“S”，还可以涂上蓝色和红色，使之更加醒目。
2.在开口一边中间穿两个小孔，用一根线穿过小孔，打结，悬挂在挂架上。
3.把磁针按纸上写的南北方向放入纸中，使纸成水平状态。
方法三：
1.把磁针穿在一小块泡沫塑料块上。
2.在塑料块中穿一根细线，悬挂在支架上。使塑料块连同磁针能在水平面内自由转
动，磁针在静止时就指南北方向了。当然也可以把它挂在挂架上。
方法四：
1.如上面做水浮式指南针方法一中那样，做一个圆形的方位盘。
2.如上面做悬挂式指南针方法三那样做指南北的磁针。
3.在一个透明的塑料杯底扎一个小孔，把悬挂指南针的线从杯子里面穿出来。
4.把杯子倒扣在方向盘上，调节线的长短，固定在杯底上。
5.转动方向盘，使方向盘标明的南北方向与磁针指的南北方向一致。
悬挂式指南针都可以悬挂小磁铁指南北方向，再配上标明方位的附件更好。
磁铁的保护
实验室中的磁铁保护不好容易失去磁性。保护的方法是：把两根条形磁铁南北极倒
置合并在一起，并在两端各加一块铁片。蹄形磁铁也应在两个极上加一块铁片，把两极
连接起来。如果有两个相同的蹄形磁铁，就把它们的南极和北极分别吸在一起就行了。
磁铁不能受敲击和剧烈震动，不能受火烤，否则就会使磁性减弱。
GPS全球定位系统
GPS全球定位系统是由24颗人造卫星和地面站组成的全球无线导航与定位系统。
人类的导航，最初只能用树、山脉等作为标志，渐渐发展到天文观测法，即观测太
阳、月亮和星星来判断位置。后来，指南针成为人类导航发展的一个里程碑，而GPS全球无线导航与定位系统又更具有划时代的意义了。
GPS定位系统由空间部分、地面控制部分和用户设备三大部分组成。
空间部分由24颗GPS卫星组成，卫星距离地面2万多千米，它的分布能使人们在任何地点，任何时间都可以看到至少4颗以上的卫星。四颗卫星的数据整合，可以精确确定地球上物体的位置。所以GPS系统能在任何时间、任何地点提供可靠的全球导航和定位。
地面控制部分在全球有三个地面天线，五个监测站，负责收集数据、计算导航信息、
诊断系统状态、调度卫星等。
用户设备，即GPS信号接收机，有袖珍式、背负式、车载、船载、机载等。使用它们就可以得到导航和位置信息。现在GPS系统已经广泛地用于大地测量、航空摄影测量、地壳运动监测、精细农业、紧急救生和车辆、飞机、轮船的导航等各个领域。
GPS全球定位系统具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，是迄今最好
的导航定位系统，其应用领域还在不断地扩大。
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