與地球磁場(chǎng)有關(guān)的幾個(gè)物理大綜合考題

1、與地球磁場(chǎng)有關(guān)的幾個(gè)物理大綜合考題廣東省珠海市前山中學(xué) 熊志權(quán)（本文在教科導(dǎo)報(bào)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(xué)技術(shù)應(yīng)用和相聯(lián)系的試題，其中與地球磁場(chǎng)有關(guān)的問(wèn)題出現(xiàn)的頻率較高?，F(xiàn)作如下歸類。 一、地磁場(chǎng)的分布地表面的地磁場(chǎng)分布情況應(yīng)為如右圖所示?？傮w上應(yīng)當(dāng)把握好三個(gè)特征：第一、地球磁場(chǎng)分布比較簡(jiǎn)單而規(guī)則，它相當(dāng)于將一個(gè)條形磁鐵放置在地心所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。地球磁場(chǎng)的南極在地理北極附近，地球磁場(chǎng)的北極地理南極附近。第二、地磁場(chǎng)的強(qiáng)度并不太大，并隨著高度的增加地磁場(chǎng)強(qiáng)度急劇減弱。第三、南北半球的上空的磁場(chǎng)有向下的分量，接近兩極地表處的地磁場(chǎng)方向幾乎與地

2、表垂直。利用上面的結(jié)論，我們可以解決下面一系列與地球磁場(chǎng)有關(guān)的問(wèn)題：題1、地球磁場(chǎng)磁感線在北半球上空有豎向下的分量。飛機(jī)在我國(guó)上空勻速巡航。機(jī)翼保持水平，飛行高度不變，由于地磁場(chǎng)的作用，使得金屬機(jī)翼兩端有電勢(shì)差。設(shè)飛行員左方機(jī)翼末端處的電勢(shì)為，右方機(jī)翼末端處的電勢(shì)為。A、若飛機(jī)從西往東飛，比高B、若飛機(jī)從東往西飛，比高C、若飛機(jī)從南往北飛，比高D、若飛機(jī)從北往南飛，比高分析：本題是考查感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向的判定，并涉及到地磁場(chǎng)分布的空間想象力。題目中已說(shuō)明了地球磁場(chǎng)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(jī)水平飛行時(shí)機(jī)翼兩端相連的金屬體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)右手定則，可以確定機(jī)翼兩

3、端間電流方向，而機(jī)翼兩端之間的導(dǎo)體相當(dāng)于電源，在內(nèi)電路中電流是從低電勢(shì)點(diǎn)流向高電勢(shì)點(diǎn)的，因而可以確定選項(xiàng)A、C正確。二、地球磁場(chǎng)的產(chǎn)生題2、19世紀(jì)20年代，以塞貝克為代表的科學(xué)家已認(rèn)識(shí)到:溫度差會(huì)引起電流，安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽(yáng)照射后正面與背面的溫度差，從而提出了如下假設(shè):地球磁場(chǎng)是由繞地球的環(huán)形電流引起的，則該假設(shè)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(chǎng)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(shuō)，由地球產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(chǎng)產(chǎn)生的原因和地磁場(chǎng)兩極的分布。故答案為B。三、地磁場(chǎng)對(duì)宇宙射線的作用題3、從太陽(yáng)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(jìn)入大氣層,會(huì)使空氣大量電離,也有直接射到動(dòng)植物上面?zhèn)Φ厍蛏系纳?地磁場(chǎng)可以對(duì)地球起到保護(hù)作用,如果射線中含有、三種粒子,下面說(shuō)法正確的是A、豎直向下沿直線射向地面。B、相對(duì)于預(yù)定地點(diǎn)向東偏轉(zhuǎn)。C、相對(duì)于預(yù)定點(diǎn)，稍向西偏轉(zhuǎn)。D、相對(duì)于預(yù)定點(diǎn)，稍向北偏轉(zhuǎn)。分析：地磁場(chǎng)對(duì)于地球上的各種生命來(lái)說(shuō)，顯得非常重要。這個(gè)“超巨”的地磁場(chǎng)，對(duì)地球形成了一個(gè)“保護(hù)盾”，減少了來(lái)自太空的宇宙射線的侵襲。地球上生

5、物才得以生存滋長(zhǎng)。如果沒(méi)有了這個(gè)保護(hù)盾，外來(lái)的宇宙射線，會(huì)將最初出現(xiàn)在地球上的生命幼苗全部殺死，根本無(wú)法在地球上滋生，也就沒(méi)有今天生機(jī)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(dāng)這些帶電粒子進(jìn)入地磁場(chǎng)后，由于洛侖茲力的作用，會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。地球表面地磁場(chǎng)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(guò)程中受洛倫茲力方向向東。粒子帶負(fù)電。根據(jù)左手定則可判定，自赤道上空豎直下落過(guò)程中受洛倫茲力方向向西，粒子不帶電，故其不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。B、C為本題答案。四、動(dòng)物與地磁場(chǎng)地磁場(chǎng)不僅保護(hù)著地球上的各種生物，而且對(duì)生物的各種行動(dòng)起著很重要的作用。請(qǐng)看下題：題4、1991

6、年8月新民晚報(bào)報(bào)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(yuǎn)距離辨認(rèn)方向的本領(lǐng)，實(shí)在令人稱奇?？茖W(xué)家們于是做過(guò)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把幾百只訓(xùn)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(jié)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(duì)地形地貌有極強(qiáng)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(chǎng)辨別方向。分析：這是一例要求從閱讀試題的過(guò)程中收集信息、分析

7、處理信息的應(yīng)用題。D是正確的，因?yàn)樾砒澦`的小磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)擾亂了它靠體內(nèi)磁性物質(zhì)借助地磁場(chǎng)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(chǎng)有關(guān)的物理問(wèn)題還遠(yuǎn)不止這些，只要我們知道地球磁場(chǎng)分布的特征，靈活運(yùn)用所學(xué)的物理知識(shí)，就可迎刃而解。請(qǐng)大家作幾個(gè)類似的練習(xí)題：練習(xí)1、據(jù)報(bào)道，1992年7月，美國(guó)“阿特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī)進(jìn)行了一次衛(wèi)星懸繩發(fā)電試驗(yàn)，試驗(yàn)取得部分成功。航天飛機(jī)在地球赤道上空距離地面約3000km處由東向西飛行，相對(duì)地面的速度約為6500m/s，從航天飛機(jī)上向地心方向發(fā)射一顆衛(wèi)星，攜帶一根長(zhǎng)20km，電阻為800歐姆的金屬懸繩，使金屬懸繩與地磁場(chǎng)方向垂直做切割地球磁感線運(yùn)動(dòng)，假定這一范圍內(nèi)地磁場(chǎng)是均勻的，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.00004T，且認(rèn)為懸繩上各點(diǎn)的速度相同，根據(jù)理論設(shè)計(jì)，通過(guò)電離層的作用，懸繩可產(chǎn)生3A的感應(yīng)電流，試求：1) 金屬懸繩中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小。2) 懸繩兩端的電壓。3) 航天飛機(jī)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(gè)電路閉合產(chǎn)生電流（1）5200V；（2）2800V；（3）76300000J練習(xí)2、一直升飛機(jī)停在南半球磁極上空。該處地磁場(chǎng)的方向豎直