與地球磁場有關的幾個物理大綜合考題

1、與地球磁場有關的幾個物理大綜合考題廣東省珠海市前山中學 熊志權（本文在教科導報2005年第7、8期連載）近些年的高考大綜合考試中，不斷出現(xiàn)物理與生產(chǎn)、生活、現(xiàn)代科學技術應用和相聯(lián)系的試題，其中與地球磁場有關的問題出現(xiàn)的頻率較高?，F(xiàn)作如下歸類。 一、地磁場的分布地表面的地磁場分布情況應為如右圖所示?？傮w上應當把握好三個特征：第一、地球磁場分布比較簡單而規(guī)則，它相當于將一個條形磁鐵放置在地心所產(chǎn)生的磁場。地球磁場的南極在地理北極附近，地球磁場的北極地理南極附近。第二、地磁場的強度并不太大，并隨著高度的增加地磁場強度急劇減弱。第三、南北半球的上空的磁場有向下的分量，接近兩極地表處的地磁場方向幾乎與地

2、表垂直。利用上面的結論，我們可以解決下面一系列與地球磁場有關的問題：題1、地球磁場磁感線在北半球上空有豎向下的分量。飛機在我國上空勻速巡航。機翼保持水平，飛行高度不變，由于地磁場的作用，使得金屬機翼兩端有電勢差。設飛行員左方機翼末端處的電勢為，右方機翼末端處的電勢為。A、若飛機從西往東飛，比高B、若飛機從東往西飛，比高C、若飛機從南往北飛，比高D、若飛機從北往南飛，比高分析：本題是考查感應電動勢方向的判定，并涉及到地磁場分布的空間想象力。題目中已說明了地球磁場磁感線在北半球上空有豎向下的分量，從而降低了此題的難度。飛機水平飛行時機翼兩端相連的金屬體做切割磁感線運動，根據(jù)右手定則，可以確定機翼兩

3、端間電流方向，而機翼兩端之間的導體相當于電源，在內(nèi)電路中電流是從低電勢點流向高電勢點的，因而可以確定選項A、C正確。二、地球磁場的產(chǎn)生題2、19世紀20年代，以塞貝克為代表的科學家已認識到:溫度差會引起電流，安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽照射后正面與背面的溫度差，從而提出了如下假設:地球磁場是由繞地球的環(huán)形電流引起的，則該假設中的電流的方向是( )(A)由西向東垂直于磁子午線。 (B)由東向西垂直于磁子午線。(C)由南向北沿磁子午線方向。 (D)由赤道向南極沿磁子午線方向。（注：磁子午線是地球磁場N極與S極在地球表面的連線）分析：根據(jù)安培分子電流假說，由地球產(chǎn)生的磁場的分布可知，電流方向自東向西

4、并且是垂直于磁子午線。因此本題知道磁場產(chǎn)生的原因和地磁場兩極的分布。故答案為B。三、地磁場對宇宙射線的作用題3、從太陽和其它星體上放射出的宇宙射線中含有高能帶電粒子,它們高速垂直射向地球赤道,這些粒子進入大氣層,會使空氣大量電離,也有直接射到動植物上面?zhèn)Φ厍蛏系纳?地磁場可以對地球起到保護作用,如果射線中含有、三種粒子,下面說法正確的是A、豎直向下沿直線射向地面。B、相對于預定地點向東偏轉(zhuǎn)。C、相對于預定點，稍向西偏轉(zhuǎn)。D、相對于預定點，稍向北偏轉(zhuǎn)。分析：地磁場對于地球上的各種生命來說，顯得非常重要。這個“超巨”的地磁場，對地球形成了一個“保護盾”，減少了來自太空的宇宙射線的侵襲。地球上生

5、物才得以生存滋長。如果沒有了這個保護盾，外來的宇宙射線，會將最初出現(xiàn)在地球上的生命幼苗全部殺死，根本無法在地球上滋生，也就沒有今天生機勃勃的生命世界了。在射向地球的各種宇宙射線中，有許多是帶電的粒子。當這些帶電粒子進入地磁場后，由于洛侖茲力的作用，會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。地球表面地磁場方向由南向北，粒子帶正電。根據(jù)左手定則可判定，自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向東。粒子帶負電。根據(jù)左手定則可判定，自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向西，粒子不帶電，故其不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。B、C為本題答案。四、動物與地磁場地磁場不僅保護著地球上的各種生物，而且對生物的各種行動起著很重要的作用。請看下題：題4、1991

6、年8月新民晚報報道一則消息，“上海信鴿從內(nèi)蒙古放飛后，歷經(jīng)20余天，返回上海市區(qū)鴿巢”，信鴿的這種驚人的遠距離辨認方向的本領，實在令人稱奇?？茖W家們于是做過這樣一個實驗：把幾百只訓練有素的信鴿分成兩組，在一組信鴿的翅膀下各縛一塊小磁鐵，而在另一組信鴿的翅膀下各縛一塊大小相同的銅塊，然后把它們帶到離鴿舍一定距離的地方放飛，結果絕大部分縛銅塊的信鴿飛回鴿舍，而縛磁鐵的信鴿全部飛散了。根據(jù)以上信息可知：A、信鴿對地形地貌有極強的記憶力。B、信鴿能發(fā)射并接收某種超聲波。C、信鴿能發(fā)射并接收某種次聲波。D、信鴿體內(nèi)有某種磁性物質(zhì)，它能借助地磁場辨別方向。分析：這是一例要求從閱讀試題的過程中收集信息、分析

7、處理信息的應用題。D是正確的，因為信鴿所縛的小磁鐵所產(chǎn)生的磁場擾亂了它靠體內(nèi)磁性物質(zhì)借助地磁場辨別方向的能力，所以縛磁鐵的一組信鴿全部飛散。與地球磁場有關的物理問題還遠不止這些，只要我們知道地球磁場分布的特征，靈活運用所學的物理知識，就可迎刃而解。請大家作幾個類似的練習題：練習1、據(jù)報道，1992年7月，美國“阿特蘭蒂斯”號航天飛機進行了一次衛(wèi)星懸繩發(fā)電試驗，試驗取得部分成功。航天飛機在地球赤道上空距離地面約3000km處由東向西飛行，相對地面的速度約為6500m/s，從航天飛機上向地心方向發(fā)射一顆衛(wèi)星，攜帶一根長20km，電阻為800歐姆的金屬懸繩，使金屬懸繩與地磁場方向垂直做切割地球磁感線運動，假定這一范圍內(nèi)地磁場是均勻的，磁感應強度為0.00004T，且認為懸繩上各點的速度相同，根據(jù)理論設計，通過電離層的作用，懸繩可產(chǎn)生3A的感應電流，試求：1) 金屬懸繩中產(chǎn)生的感應電動勢大小。2) 懸繩兩端的電壓。3) 航天飛機繞地球飛行一周懸繩輸出的電能（已知地球半徑為6400km）。答案：提示：切割磁感線的金屬繩視為電源，電離層使整個電路閉合產(chǎn)生電流（1）5200V；（2）2800V；（3）76300000J練習2、一直升飛機停在南半球磁極上空。該處地磁場的方向豎直