文档内容
义 务 教 育 教 科 书
义
务
教
育
义 务 教 育 教 科 书
教
科
YIWU JIAOYU JIAOKESHU
书
物理
物理
九 年 级 上 册 物
WULI
理
九年级
上册
九
年
级
上
册义 务 教 育 教 科 书
主编 刘炳昇义务教育教科书
物理 九年级上册
主 编 刘炳昇
策 划 陈卫春
责 任 编 辑 曹婷婷 袁 梦
责任设计编辑 赵 清
助理设计编辑 蒋佳佳
责 任 校 对 罗章莉
出 版 江苏凤凰科学技术出版社
出版社地址 南京市湖南路1号A楼，邮编：210009
编 读 信 箱 skwljc@126.com
重 印 江苏凤凰出版传媒股份有限公司
发 行 江苏凤凰出版传媒股份有限公司
照 排 江苏凤凰制版有限公司
印 刷
开 本 787 mm × 1 092 mm 1/16
印 张 7.25
版 次 2004年5月第1版 年 月第4版
印 次 年 月第 次印刷
标 准 书 号
定 价
如发现印、装质量问题，请与凤凰传媒联系。电话：400-828-1132致 同 学
同学们，欢迎步入新学期的物理课程。
在八年级，我们通过声现象、光现象、物态变化、力与运动、物质
的物理属性和物质结构等内容的学习，初步形成了关于物质、运动和相互
作用、能量的观念；掌握了一些观察、实验、思考问题的方法，初步具备
了从物理学视角观察事物、解释现象、解决问题的意识和能力。九年级上
册教科书将带领我们学习简单机械和功、机械能和内能、简单电路及欧姆
定律等内容。这些内容涉及更深层次的运动和相互作用以及能量转化，将
使我们更深入地认识自然界和生活中各种物理现象；这些内容与现代生活
的联系更为密切，将使我们进一步认识科学、技术、社会、环境之间的关
系。同时，我们还能通过实例，感受我国科学家为了祖国繁荣昌盛而不懈
奋斗的崇高精神。
为便于同学们学习，本书设计了以下栏目：
创设真实问题情境，指导利用简易的器材和随手可得的物
活动
品进行观察、实验等，经历知识的发现过程。
必须动手做的实验。通过观察和测量培养探究技能，或通
学生实验 过实验探究培养发现问题、解决问题的能力，形成严谨认
真、实事求是的科学态度。
实践与练习 将所学内容应用于实践，从而巩固知识、深化理解。
引导梳理所学内容、反思认知过程、解决真实问题，提升
素养进阶
核心素养。
方法技巧 对研究问题的方法、技巧进行点拨和说明。
信息快递 为学习活动提供及时、必要的帮助。
读一读 从物理学的视角观察和解释现象，回顾物理学发展历史。
结合具体实例，感受物理与生活、社会和科技发展的联系，
生活 物理 社会
了解物理学在生产、生活中的应用。
介绍我国的重大科技工程，激发爱国热情，弘扬科学家
国家工程
精神。目 录
第十一章 简单机械和功
1
一、杠 杆
2
二、滑 轮
10
三、功
15
四、功 率
18
五、机械效率
21
跨学科实践
24
第十二章 机械能和内能
29
一、机 械 能
30
二、内能 热传递
38
三、物质的比热容
41
四、机械能与内能的相互转化
46第十三章 简单电路
55
一、初识家用电器和电路
56
二、电路连接的基本方式
62
三、电流和电流表
66
四、电压和电压表
71
五、串、并联电路的特点
76
跨学科实践
79
第十四章 欧姆定律
83
一、电 阻
84
二、变 阻 器
89
三、欧姆定律
94
四、欧姆定律的应用
98
跨学科实践
102
附 录
107延 伸 人 体 的 “ 神 臂 ”
简
单
第 机
杠 杆
滑 轮
十 械
功
一 和
功 率
机械效率
章 功
跨学科实践
从吃饭用的筷子，
到中国空间站使用的机械臂，
机械已进入人类生产、生活的方方面面。
这些形态各异的机械，大多是由简单机械组成的。
人们在叹服于机械的神奇和人类智慧的伟大之余，
不禁会问：这些机械是依据什么原理工作的呢？一、 杠 杆
什么是杠杆
活动 11.1 拔图钉
做一做
木板上钉了一枚图钉，你能
直接用手把它拔出来吗？
请从图 11-1 中选择合适的工
具把图钉拔出来。
图11-1 拔图钉
议一议
你是怎样拔出图钉的？有哪些方法？哪一种方法更方便、省力？
生活中有许多任务都是用类似的方法完成的。观察图11-2，指出图中
的工具在使用时有哪些共同的特点。
（a）开瓶盖 （b）钓鱼
图11-2 使用杠杆
物理学中，将在力的作用下可绕一固定点转动的硬棒称为杠杆
（lever）。
2一、 杠 杆
为了认识杠杆的作用，我们先以图11-3所示的用螺丝刀撬图钉为例，了
解与杠杆有关的名词。
支点：杠杆绕着转动的点，即图中
的点O。
F
1
动力：使杠杆转动的力，即图中 l O l
1 2
的F 。
1
阻力：阻碍杠杆转动的力，即图中
的F 。
2 F 2
动力臂：从支点到动力作用线的距
图11-3 撬图钉
离，即图中的l 。
1
阻力臂：从支点到阻力作用线的距离，即图中的l 。
2
信息快递
杠杆的平衡条件
当杠杆在动力和阻力的作
用下静止时，我们就说杠杆处
学生实验 探究杠杆的平衡条件
于平衡状态。
实验与记录
1. 安装杠杆，调节杠杆两
端的平衡螺母，使之在水平位
置平衡。
2. 如图 11-4 所示，在杠
杆左边挂一定数量的钩码，用
弹簧测力计在杠杆右边某一位
置竖直拉住杠杆。设弹簧测力
计对杠杆竖直向下的拉力 F 是
1
动力，动力臂为 l ；钩码对杠
1
杆的拉力 F 是阻力，阻力臂为
2
l 。当杠杆在水平位置平衡时，
2
测量 F 、l 、F 、l 的大小，并
1 1 2 2
将数据记录在下表中。
图11-4 探究杠杆的平衡条件
3第十一章 简单机械和功
实验序号 F / N l / cm F / N l / cm
1 1 2 2
①
②
③
…
3. 在下列情况下使杠杆在水平位置平衡，将相关数据记录在上表中：
（1）保持钩码和弹簧测力计的位置不变，改变钩码的数量。
（2）保持钩码的数量和位置不变，改变弹簧测力计的位置。
（3）保持弹簧测力计的位置和钩码的数量不变，改变钩码的位置。
交流与小结
分析表中数据，找出它们之间的关系。你有什么发现？
实验表明，杠杆平衡时
动力×动力臂 = 阻力 ×阻力臂
用字母表示可写成
F l = F l
1 1 2 2
这就是杠杆的平衡条件，也称杠杆原理，是由古希腊学者阿基米德总
结出来的。为了说明杠杆原理的威力，他曾说：“假如给我一个支点，我
就能撬动地球。”（图11-5）
我国古人也对杠杆进行过深入研究，并将杠杆广泛应用于生产和生活中。
图11-5 阿基米德想象用杠杆撬动地球
4一、 杠 杆
读一读 中国古人对杠杆的研究和应用
在我国，人们很早就开始运用杠杆解决生产、生活中的问题。
图11-6所示是在我国湖南长沙出土的战国时期的天平和砝码。该天平配
有多个砝码，最小的砝码质量约为0.6 g。这说明当时的称量已经相当精确。
《墨经》中对秤的原理作了较为科学的描述。《墨经》将被称物品叫
作“重”，砝码叫作“权”，支点到“重”的距离叫作“本”，支点到
“权”的距离叫作“标”，如图11-7所示。
标 本
支点
权 重
图11-6 战国时期的天平和砝码 图11-7 《墨经》中秤的原理示意
明代科学家宋应星在《天
工开物》中描绘了用于捣谷的
碓（图11-8）和用于汲水的桔
槔（图11-9）。
图11-8 碓 图11-9 桔槔
杠杆原理的应用
由杠杆原理可知：当动力臂大于阻力臂
时，动力小于阻力，这类杠杆称为省力杠杆，图
11-2（a）所示的开瓶扳手即属于省力杠杆；当
动力臂小于阻力臂时，动力大于阻力，这类杠
杆称为费力杠杆，图11-2（b）所示的钓鱼竿即
图11-10 托盘天平
属于费力杠杆；当动力臂等于阻力臂时，动力
5第十一章 简单机械和功
等于阻力，这类杠杆称为等臂杠杆，图11-10所示的托盘天平即属于等臂杠杆。
图11-11所示的常见器具都应用了杠杆原理，请说出它们分别属于哪类
杠杆，并说明理由。
（a）跷跷板 （b）独轮车 （c）筷子
（d）笤帚 （e）船桨
图11-11 杠杆原理的应用
生活 物理 社会 生活中的剪刀
如图 11-12 所示，剪刀是生活中常见的工具，它们也都是杠
杆。注意观察从事不同行业的人所用的剪刀各有什么特点。
（a）裁衣的剪刀 （b）理发的剪刀 （c）剪铁皮的剪刀 （d）修枝的剪刀
图11-12 常见的剪刀
6一、 杠 杆
裁缝用的剪刀刀刃比平常家用剪刀的刀刃长得多，完成一次剪
裁动作可以剪下较长的布料。
理发师用的剪刀手柄比较短，他们剪发时手的动作幅度较小，
可提高剪发的效率。
钣金工用的剪刀，其动力臂比阻力臂长，只要用较小的力，就
能把坚硬的铁皮剪开。
园艺师使用的剪刀有很多种，如修整冬青树的剪刀、剪花枝的剪
刀等。请你调查：园艺师使用了哪些剪刀？它们各有什么特点和用途？
例题 据报道，一位物理老师在动物园内，用弹簧测力计称出了一头大象
的质量。在称象过程中，他用到了吊车、铁笼和一根很长的槽钢等辅助工具，
如图11-13所示。槽钢上的悬吊点O 为支点，测得动力臂l 为 9 m，阻力臂l
1 2
为 7 cm（图11-14）。槽钢在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数为 200 N。若
不计槽钢和铁笼的质量，试估算大象的质量（g取10 N / kg）。
l l
1 2
A B
F
1
图11-13 用杠杆称象 图11-14 称量原理示意
分析 称象过程应用了杠杆原理。若不计槽钢和铁笼的质量，则图
11-14中的F 与大象所受的重力G 大小相等。
2
解答 槽钢是一个杠杆，点 O 为支点，人通过弹簧测力计对杠杆 A 端
的拉力 F = 200 N 为动力，动力臂 l = 9 m；杠杆 B 端所受的拉力 F 为阻
1 1 2
力，阻力臂 l = 7 cm = 0.07 m。
2
7第十一章 简单机械和功
根据杠杆原理F l = F l 可得
1 1 2 2
大象的重力G 与拉力F 大小相等，即 G = F ，所以大象的质量
2 2
反思 如果要考虑槽钢和铁笼的质量，那么在称象前应做什么准备工作？
生活 物理 社会 从人体中的杠杆到空间站的机械臂
人体的运动系统主要是由骨、
肱二头肌
关节和骨骼肌组成的。尽管人体的
各种运动相当复杂，但最基本的运
上臂
动都是由骨绕关节转动产生的，其
模型就是杠杆。例如，当手握哑铃
肱三头肌
向上运动时（图 11-15），上臂的
前臂 肘关节
肱二头肌收缩、肱三头肌伸展产
图11-15 举哑铃
生的力使前臂骨绕肘关节转动。
因此，前臂骨可以看成杠杆，肘关节是支点，哑铃对手的压力是阻
力，上臂中的骨骼肌对前臂骨施加的力则是动力。
人体有 600 多块骨骼肌，它们在神经系统的调节下，分别负责
各部位的运动。当你做抬腿、伸臂、点头、叩齿等动作时，就用到
了身上各种各样的杠杆。
人体中的杠杆为科技工作者的发明创造提供了很多启示，机械臂的
发明就是其生动体现。中国空间站的机械臂（图11-16）设置了多个关节，
通过这些关节的旋转，能够实
机械臂
现任意角度与位置的抓取等
操作。它还能在空间站舱体
外表面“爬行”，主要承担舱
段转位、航天员出舱活动、舱
外货物搬运、舱外状态检查
和大型设备维护等任务。 图11-16 中国空间站的机械臂示意
8一、 杠 杆
实践与练习
1. 指出图11-17中各个杠杆工作时的支点、动力、动力臂、阻力和
阻力臂，并说明它们中哪些是省力杠杆，哪些是费力杠杆。
（a）羊角锤 （b）镊子 （c）夹子
图11-17
2. 如图 11-18 所示，在“探究杠杆
的平衡条件”实验中，保持杠杆在水平
位置平衡，改变弹簧测力计拉杠杆的方
向，弹簧测力计的示数会改变吗？试用
杠杆平衡条件解释。
3. 小制作：蜡烛跷跷板。
在一段塑料管中间垂直插入一根大
图11-18
号缝衣针，将两支相同的蜡烛分别插入
塑料管的两端，再把缝衣针的两端分别
放在两个玻璃杯上，就做成了一个蜡烛
跷跷板。如图 11-19
所示，点燃蜡烛，
你 看 到 了 什 么 现
注意安全，
象？你能说明其中
防止烫伤。
的道理吗？
图11-19
9二、滑 轮
我家住在三楼，装修时，
长木料无法通过楼梯运上楼，
该怎么办呢？
可以用滑轮试一试！
定滑轮和动滑轮
在提升重物时，人们常常用到滑轮（pulley）。滑轮的主要部分是能绕
轴转动的轮子，图 11-20 所示是应用滑轮的实例。你还能举出其他应用滑
轮的例子吗？
（a）升旗 （b）吊木箱
图11-20 应用滑轮的例子
10二、滑 轮
工作时，轴固定不动的滑轮称为定滑轮（fixed pulley），如图11-20（a）
所示；轴随被拉动的物体一起运动的滑轮称为动滑轮（movable pulley），如图
11-20（b）所示。
活动 11.2 探究定滑轮和动滑轮的特点
（一）定滑轮的特点
做一做
1. 测出钩码所受的重力，然后按图
11-21组装定滑轮。竖直向下拉弹簧测力计，
使钩码匀速上升，读出弹簧测力计的示数。
2. 增加钩码的个数，重复实验，把测得
的数据填入下表。
图11-21 用定滑轮提升钩码
实验序号 钩码所受的重力G / N 弹簧测力计的示数F / N
①
②
③
议一议
通过实验，你发现使用定滑轮有什么特点？
（二）动滑轮的特点
做一做
1. 按图 11-22 组装动滑轮。竖直向上拉弹
簧测力计，使钩码匀速上升，读出弹簧测力计
的示数。
2. 增加钩码的个数，重复实验，把测得的数
图11-22 用动滑轮提升钩码
据填入自己设计的表格中。
11第十一章 简单机械和功
议一议
通过实验，你发现使用动滑轮有什么特点？
实验表明，使用定滑轮不能省力，但可以改变施力的方向；使用动滑
轮，最多可以省一半力，但不改变施力的方向。
滑轮实质上是杠杆的变形。
如图11-23（a）所示，定滑轮可
以看成等臂杠杆，它的转轴O是 F
1
支点。由杠杆平衡条件可知，动力
r
O r 2
F 与阻力F 大小相等，使用它可
1 2
以改变施力的方向，但不省力。 O
r r
如图 11-23（b）所示，动
滑轮可以看成支点在一侧的不 F F
1 2
等臂杠杆，它的支点在滑轮左
侧边缘的点 O 处，动力臂是阻 F
2
力臂的两倍，使用它最多可以 （a） （b）
省一半的力。 图11-23 滑轮实质上是杠杆的变形
滑轮组
在实际使用中，人们常将动滑轮和定滑轮组
合成滑轮组，这样既可以省力又可以改变施力的
方向。
图11-24所示是由一个动滑轮和一个定滑轮组
成的滑轮组。图11-24（a）中的重物由三段绳子吊
着，每段绳子承担物重的三分之一。用这个滑轮组
提起重物，所用的拉力约为物重的三分之一。
用滑轮组起吊重物时，滑轮组用几段绳子吊
物体，所用的拉力就约为物重的几分之一。
想一想：图 11-24（b）中所用的拉力约为物
（a） （b）
重的几分之一？ 图11-24 滑轮组
12二、滑 轮
滑轮组在生产、生活中有广泛的应用，如图11-25所示。
（a）用滑轮组提升重物 （b）起重机上使用的滑轮组
图11-25 滑轮组的应用
生活 物理 社会
轮 轴
在生产、生活中，人们经常会用到轮轴。
轮轴由具有共同转轴的大轮和小轮组成。如图
11-26所示，轮轴也可看成杠杆的变形，轴心 r R
O
O为支点，大轮半径R和小轮半径r分别为动
F
力臂和阻力臂。根据杠杆原理可得 1
F R = F r （或 ） F
1 2 2
因为 R ＞ r，所以 F ＜ F ，可见此时的
1 2
轮轴相当于一种省力杠杆。
门把手、汽车方向盘和扳手都是应用轮
轴的实例，如图 11-27 所示。
图11-26 轮轴示意
（a）门把手 （b）汽车方向盘 （c）扳手
图11-27 各种各样的轮轴
你能再举一些应用轮轴的例子吗？
13第十一章 简单机械和功
实践与练习
1. 工人师傅用单个动滑轮将重 600 N 的木箱吊到阳台上，至少
要用多大的拉力？
2. 用绳子和木棍体验“滑轮组”的威力。
两名同学各持一根较光滑的木棍，相距 1 m 面对面站立。另外一
名同学取一根绳子，将绳子的一端系在其中一根木棍上，再按图 11-28
所示依次绕过两根木棍，然后缓慢地拉动绳子的另一端，结果会怎样？
注意安全，拉动绳子
时不要用力过猛！
图11-28
3. 观察自行车（图 11-29），它使用了
哪些简单机械？这些简单机械的作用分别是
什么？
图11-29
14三、功
什么是功
当人举高物体时，人通过消耗储存于身体内的化学能，使物体的位置
升高了，我们就说人对物体做了功。举起的高度相同时，物体所受的重力
越大，举起它所需的力越大，力做的功就越多；对于同样重的物体，举起
的高度越高，力做的功也就越多。
物理学中，把力与物体在力的方向上通过的距离的乘积称为机械功
（mechanical work），简称功（work）。
若用 W 表示功、F 表示力、s 表示物体在力
的方向上通过的距离，则功的公式为
W = Fs
在国际单位制中，力的单位是牛（N），距离的
单位是米（m），则功的单位就是牛·米（N·m）。
为了纪念焦耳（图11-30）对物理学的贡献，人
们将功的单位命名为焦耳，简称焦，用字母
图11-30 焦耳（James Prescott
J表示。1 J = 1 N·m。
Joule，1818—1889），英国物
1 J 的功有多大呢？如图 11-31 所示，从地上 理学家
捡起一个约 50 g 的鸡蛋，并把它缓缓举过头顶，
在此过程中，人对鸡蛋做的功大约为1 J。
图11-31 1 J的功有多大
15第十一章 简单机械和功
做功了吗
根据功的定义可知，对物体做功有两个必要条件：一是对物体有力的
作用；二是物体在力的方向上通过一段距离。
在图11-32所示的几种情景中，人做功了吗？为什么？
（a）把一箱报刊搬起来 （b）背书包站在水平运行的
自动人行道上匀速前进
（c）费了很大的力气，汽车还是不动 （d）足球被踢后，在草地上滚了一段距离
图11-32 做功了吗
例题 小明将装有水的总质量为 10 kg 的水桶从距
井口 3 m 深处匀速提至井口，如图 11-33 所示。在这
一过程中，小明的拉力做了多少功？ 3 m
F
分析 要求小明的拉力所做的功，就需要知道小
明拉力的大小和水桶被提升的高度。水桶匀速上升，
根据二力平衡条件可知，小明的拉力与水桶所受的重 G
力大小相等。
图11-33
16三、功
解答 小明的拉力
F = G = mg
= 10 kg × 9.8 N/kg
= 98 N
水桶在拉力方向上通过的距离 s = 3 m。
根据功的公式，小明的拉力做的功
W = Fs
= 98 N × 3 m
= 294 J
反思 以不同的速度匀速将水桶提到井口，小明的拉力所做的功是否
相同？
实践与练习
1. 一个质量为 80 g 的皮球从高处下落了 5 m，重力对它做了多少
功（g取10 N / kg）？
2. 假设你的教室在五楼，试估算你从一楼走到五楼要做多少功。
3. 某运动员在一次举重比赛中取得了 364 kg 的总成绩（抓举
166 kg、挺举 198 kg）。试根据以上信息，估算出该运动员在抓举
过程中对杠铃所做的功。
17四、功 率
小明的教室在五楼，如图 11-34 所示，他以正常速度上楼约需 1 min，
而跑步上楼约需40 s。在上述两种情况下，小明的体重、上升的高度、所做
的功均相等，但做功的快慢不同。
怎样表示做功的快慢呢？
图11-34 上楼
前面我们用路程与时间之比来表示物体运动的快慢，与之类似，物
理学中，将功与做功所用时间之比叫作功率（power），用它表示做功的
快慢。
若用 P 表示功率、W 表示功、t 表示时间，
则功率的公式可写成
在国际单位制中，功的单位是焦（J），时间
的单位是秒（s），则功率的单位是焦/秒（J / s）。
为了纪念瓦特（图11-35）在改良蒸汽机方面的突
图 11-35 瓦 特（James Watt，
出贡献，人们把功率的单位命名为瓦特，简称瓦， 1736—1819），英国发明家
用字母W表示。1 W ＝ 1 J / s。
18四、功 率
在工程技术中，常用千瓦（kW）、兆瓦（MW）等作为功率的单位。
1 kW = 103 W，1 MW = 106 W。
图 11-36 所示是生产、生活中一些常见的功率值。
（a）人骑自行车时的功 （b）轿车发动机的功率
率通常为70 ~ 100 W 约为100 kW
（c）汽车起重机的功率 （d）“和谐号”动车组的
约为200 kW 功率为5 ~ 23 MW
图11-36 一些功率值
活动 11.3 估测上楼时的功率
猜一猜
几名同学进行爬楼比赛，谁上楼时的功率大？估测时需要考虑哪些因素？
想一想
1. 如何比较同学上楼时的功率？可以有哪些不同的方案？
2. 如果要估测功率的大小，需要测量哪些物理量？用什么工具测量？
做一做
1. 相互合作进行测量，并将实验数据记录在自
己设计的表格中。
活动中一定要
2. 根据实验数据计算功率值，感受同学上楼
注意安全。
时功率的大小。
19第十一章 简单机械和功
实践与练习
1. 小明用 20 N 的水平推力使购物车在水平路面上前进了15 m，所
用的时间是0.5 min。在此过程中他做了多少功？功率是多大？
2. 一辆轿车以 70 kW 的功率行驶 10 min。该轿车的发动机做了多
少功？
3. 图 11-37 所示是我国自行研
制的具有国际先进水平的歼-20 战
斗机。设发动机用约 1.4 × 105 N
的推力使战斗机以 2 倍声速（设声
速为 340 m/s）飞行，10 s 内发动
机做了多少功？发动机的功率是
多大？
图11-37
4. 如图11-38所示，
在做引体向上时，拉力做
功使身体上升。请根据自
己的体验，写出做引体向
上时功率的表达式，并估
算出功率的大小。
图11-38
20五、机械效率
用动滑轮把木料拉上三楼时，手拉绳做的功与动滑轮对木料做的功相
等吗？
活动 11.4 再探动滑轮
做一做
1. 如图 11-39 所示，用弹簧测
力计沿竖直方向匀速拉绳的一端，
F
使挂在动滑轮下面的钩码缓缓上升。
s
测量绳受到的拉力 F、绳端移动的
距离 s、钩码所受的重力 G 和钩码
上升的高度h。
2. 改变钩码的数量，重复上述
步骤。
h
3. 将实验数据填入自己设计的
表格中。 图11-39 用动滑轮提升钩码
4. 分别计算手拉绳做的功和动滑轮对钩码做的功。比较两者的大小，
你有什么发现？请说明其中的原因。
在上面的活动中，将钩码提升一定的高度是我们的目的，所做的功
叫作有用功，记为 W 。我们在使用动滑轮提升重物时，除需克服摩擦
有用
力做功外，还要克服动滑轮和绳所受的重力做功，这部分并非我们需要
但又不得不做的功叫作额外功，记为 W 。手拉绳所做的功叫作总功，
额外
记为 W 。
总
总功等于有用功与额外功之和，即
W = W + W
总 有用 额外
21第十一章 简单机械和功
物理学中，将有用功与总功的比叫作机械效率（mechanical efficiency）。机
械效率通常用百分数表示。若用希腊字母η 表示机械效率，则
使用机械时，由于额外功的存在，总有W ＜W ，因此η＜100 。
有用 总
%
例如，起重机的机械效率为40 ~50 ，滑轮组的机械效率为60 ~80 。
% % % %
请计算“活动 11.4 再探动滑轮”中不同情况下动滑轮的机械效率。
你有什么发现？你认为如何才能提高动滑轮的机械效率？
生活 物理 社会
斜面及其应用
在地面和高台间架一块长木板，沿斜面将重物拉到高台上，如
图 11-40 所示。这里的斜面就是一种省力的简单机械。使用斜面可
以省力，但要费距离。由于物体在斜面上运动时会受到摩擦力，要
做额外功，因而斜面的机械效率小于100 。
%
F
图11-40 用斜面提升重物
斜面在生产、生活中应用广泛。如图 11-41（a）所示，在一
些建筑物的入口处设置了供轮椅等通行的斜坡，将轮椅沿着斜坡
推上去比从台阶抬上去要省力，这体现了社会对残障人士的人文
关怀。如图 11-41（b）所示，盘山公路修得弯弯曲曲，宛如盘
龙，也是利用了同样的道理。
22五、机械效率
（a）斜坡 （b）盘山公路
图11-41 生活中常见的斜面
实践与练习
1. 小明用定滑轮将质量为20 kg 的物体匀速提升 2 m，所用的拉力
为 220 N。求此过程中小明做的有用功、总功和定滑轮的机械效率（g
取10 N / kg）。
2. 用某杠杆将质量为 18 kg 的物体缓慢提升 50 cm，若此时杠
杆的机械效率为 90 ，则提升该物体需要做的总功是多少（g 取
%
10 N/ kg）？
3. 图11-42所示是塔式起重机上的一种滑轮组。已知
在匀速吊起600 kg的物体时，滑轮组的机械效率是80 。
%
使物体上升 5 m，所做的有用功是多少？所做的总功是
多少（g取10 N / kg）？
图11-42
23跨学科实践 调查机械并制作机械模型
在人类文明发展历程中，人们不断地创造和使用工具。其中，利用
力学原理制造的各种装置统称为机械。机械的发展变化，反映了不同时
期的生产力发展水平，闪烁着人类智慧的光芒。
任务与要求
1. 选择一种机械，调查研究它的结构、功能、工作原理和相关的时
代背景。例如，中国古代使用的绞车（图 11-43）和欧洲中世纪修建城
堡时使用的吊车（图11-44），在工作原理上有异曲同工之妙。
图11-43 绞车 图11-44 吊车
2. 观察生产、生活中使用的机械，选择其中一种进行较为深入的调
查。例如，现代建筑工地上的塔式起重机（图11-45）、挖土机和推土
机，智能化生产线上的机械手或
机器人，方便人们出行的自行车，
日常生活中的指甲钳、抽水马桶
里的冲水装置，等等。从材料、
结构、功能、工作原理等方面进
行研究，分析其中的创新点，提
出进一步改进和创新的设想。 图11-45 塔式起重机
24跨学科实践
3. 利用身边的器材设计和制作机械模型。例如，根据历史资料制作
抛石机模型（图 11-46），或参照现实生活中的起重机制作起重机模型
（图11-47）等。
图11-46 抛石机模型 图11-47 起重机模型
4.在模拟实验的基础上，从功能、材料、结构、使用便捷性、美观
性等方面对制作的机械模型加以改进。
交流与评价
1. 以短文的形式介绍一种机械，内容包括机械的结构、功能、工作
原理以及相关的时代背景等。
2. 向其他同学展示自制的机械模型，介绍设计方案、关键步骤和改
进过程等。
3. 对短文内容的准确性与完整性等进行评价，对自制机械模型的制
作工艺、使用效果和创新性等进行评价。
25第十一章 简单机械和功
素养进阶
内容梳理
定义 在力的作用下可绕一
固定点转动的硬棒
实验探究 关系式
杠杆 平衡条件 F l = F l
1 1 2 2
简
应用
单 三类杠杆
机
械 定滑轮 特点 可改变施力方向
应用 特点
滑轮 动滑轮 可省力
特点 既可省力，又可
滑轮组
改变施力方向
力
条件 公式
W = Fs
物体在力的方向上
通过一段距离
快慢 公式 W
功 功率 P=
t
公式
机械效率
反思提升
1. 滑轮看似与杠杆毫不相干，但为什么说它实质上也是杠杆？人
们在利用杠杆或滑轮时，都是以省力为目的吗？请举例说明。
26素养进阶
2. 在研究实际问题时，常常根据真实情境构建物理模型，再用物
理模型探究规律，进而用发现的规律解决实际问题。请结合图 11-48
说一说你的体会。
用螺丝刀撬图钉
杠杆 要素 平衡
共同特点
模型 规律 条件
用开瓶扳手开瓶盖
解决问题
图11-48
3. 根据杠杆平衡条件，我们可以从是否省力或者使用是否方便来
认识机械。有了功的概念后，我们还可以从“功率”和“机械效率”
的角度来认识机械，从而指导我们选择或者改进机械。请比较图11-49
所示的滑轮和滑轮组工作时的优缺点。（假设滑轮、绳子和被提升的
重物都相同）
（a） （b）
图11-49
27第十一章 简单机械和功
问题解决
1. 《墨经》中记述了墨子及其弟子对秤的研究：
衡，加重于其一旁，必捶。权重（不）相若也相衡，则本短标
长。两加焉，重相若，则标必下……
其大意如下：
如图 11-50 所示，秤平衡后，
如果在秤的一边加重物，那么这一 标 本
边必定下垂。如果“重”和“权”
的质量不等（“重”的质量大于
“权”的质量），而秤也能平衡，
权 重
必定是“本短标长”。若在两边加
图11-50
相同质量的重物，则“标”这一边
必定下垂……
试证明以上说法的正确性。
2. 有人说，使用滑轮组时，在其承受能力范围内，提升的物体
越重，机械效率越高。请说明这一结论是否正确。
3. 小明要将两箱书搬上楼，有图 11-51 所示的两种方法：一是把
两箱书一起搬上楼；二是先搬一箱书上楼，再搬剩下的一箱。假设他
上楼的速度相同，则用这两种方法搬书，人做功的功率有什么不同？
机械效率有什么不同？为什么？
（a） （b）
图11-51
28发 动 机 中 的 秘 密
机
械
第 能
机 械 能
内能 热传递
十 和
物质的比热容
二 内
机械能与内能的相互转化
章 能
儿时，各种玩具车吸引着我们，
为什么有的玩具车不用电池也能向前运动？
现在，我们有了更多的疑问：
为什么燃油汽车要加注燃料才能行驶？
为什么要向发动机的水箱中加水？
…………
让我们从能量的视角来探究其中的奥秘！一、机 械 能
为什么要规定汽车在高速公路上行驶的最大速度（图 12-1）？脚踩滑
板从高处滑下，为什么会越来越快（图12-2）？
图12-1 高速公路上的限速标志牌 图12-2 脚踩滑板从高处滑下
动 能
一个物体能对另一个物体做功，就表明这个物体具有能量。如图 12-3
所示，运动着的锤子能将钉子钉入木板，高速运动的子弹能射穿鸡蛋。这
些都说明，运动的物体能对其他物体做功，具有能量。物体由于运动而具
有的能量叫作动能（kinetic energy）。
（a）锤子将钉子钉入木板 （b）子弹将鸡蛋射穿
图12-3 运动的物体具有动能
30一、机 械 能
物体的动能越大，它能对其他物体做的功就越多。那么，动能的大小
与哪些因素有关呢？
活动 12.1 探究影响动能大小的因素
想一想
如图 12-4 所示，小车从斜面上滑 信息快递
下，在水平面上与木块相撞，两者共同
在木块的碰撞面上粘贴海
滑行一段距离，运动的小车对木块做了
绵片，可使小车与木块在碰撞
功。小车动能的大小可能与哪些因素有
后一起运动。
关？怎样用该装置验证你的猜想？
图12-4 探究影响动能大小的因素
做一做
1. 将同一小车分别从不同高度由静
信息快递
止开始下滑，撞击置于水平面上相同位
置的同一木块，比较木块运动的距离。 质量不等的小车从斜面上
2. 在小车上放一些钩码，改变小车 同一高度由静止开始下滑，运
的质量。让不同质量的小车从同一高 动到水平面时的速度相等。
度由静止开始下滑，撞击置于水平面
上相同位置的同一木块，比较木块运动的距离。
议一议
通过上述实验，你能得出什么结论？
研究表明，物体的动能与速度和质量有关，速度越大、质量越大，动
能越大。
为什么汽车在高速公路上要限速？为什么不同车型的限速标准不一
样？你能解释其中的原因吗？
31第十二章 机械能和内能
势 能
有一种玩具车，只要用手按
住它往后拉一下，松手后它就能 它运动的能量
往前运动。 来自哪里？
这种玩具车内部有一个类似弹簧的装置。在向后拉的过程中，该装置
发生弹性形变；松手后，这个装置在恢复形变的过程中对玩具车做功，使
玩具车运动。发生弹性形变的物体能对其他物体做功，具有能量。物体由
于发生弹性形变而具有的能量叫作弹性势能（elastic potential energy）。
如图12-5所示，弓的形变越大，箭被射得越远；机械钟表的发条上得越
紧，钟表工作的时间越长；弹簧的形变越大，小车被弹得越远。事实表明，
弹性形变越大，物体的弹性势能就越大。
（a） （b）
（c）
图12-5 发生弹性形变的物体具有弹性势能
32一、机 械 能
如图 12-6 所示，强夯机的重锤落下时能将地基打实；从山上滚落的石
头会摧毁山下的建筑物。大量事实表明，处在一定高度的物体具有做功的
本领，具有能量。物体由于被举高而具有的能量叫作重力势能（gravitational
potential energy）。
（a） （b）
图12-6 高处的物体具有重力势能
重力势能的大小与哪些因素有关呢？
活动 12.2 模拟打桩
图 12-7 所示是模拟打桩的装
“重锤”
置。实验时，让“重锤”从“桩” “桩”
正上方的某一高度处自由下落，将
“桩”打入沙中。
想一想
要想将“桩”打得深一些，可
图12-7 模拟打桩
以采用哪些方法？
做一做
根据你想到的方法做一做。你看到什么现象？能得出什么结论？
研究表明，物体的重力势能与物体的质量和高度有关，质量越大、高
度越高，重力势能越大。
33第十二章 机械能和内能
动能和势能的相互转化
许多人都有荡秋千的经历。如图12-8所示，在秋千摆动的过程中，人
距离地面的高度不断变化，同时速度也不断变化。也就是说，人的重力势能
和动能都在不断变化。
图12-8 荡秋千
物理学中，将动能和势能统称为机械能（mechanical energy）。一个物
体可以同时具有动能和势能。例如，正在荡秋千的孩子，正被起重机吊起
的重物，跳水过程中的运动员，等等。
活动 12.3 观察摆球动能和重力势能的转化
做一做
O
如图 12-9 所示，将摆球从点 A 由静止释
放，观察摆球的高度和速度是怎样变化的。
说一说
1. 摆球由点 A 向点 O′ 运动的过程中，它 B
A
O′
的速度怎样变化？动能怎样变化？重力势能
怎样变化？ 图12-9 摆球动能和重力势能的转化
34一、机 械 能
2. 摆球到达最低点 O′时，它的动能是否达到最大？重力势能呢？
3. 摆球由点O′向点B运动的过程中，它的速度怎样变化？它的动能转化
为什么能？当到达最高点B时，它的动能是否为零？重力势能是否为最大？
4. 根据前面的观察和分析，简要说明荡秋千过程中动能和重力势能转
化的情况。
大量事实说明，动能和势能可以相互转化。观察图12-10，分析各情景
中动能和势能的转化情况。
（a）游乐场的过山车 （b）落地后又弹起的皮球 （c）撑竿跳高的运动员
图12-10 动能和势能的转化
想一想：生活中还有哪些现象表明动能和势能可以相互转化？
生活 物理 社会
海洋中的机械能
海洋蕴藏着丰富的机械能，它可以通过不同的形式表现出来，
如海浪能、海流能、潮汐能等。
海浪能
海洋中波涛汹涌，蕴藏着巨大能量。海浪能把几十吨的石头推
走，能使万吨巨轮颠簸摇晃。海啸——一种灾难性的海浪，能把轮
船冲上陆地，甚至能冲毁岸上的建筑物。据科学家估测，在 1 km2
的海面上，海浪能的功率可达 2.0×105 kW。如果能对其进行有效
的开发和利用，将可以获得非常可观的能量。
海流能
海水受风力、海底地形等影响，沿一定方向大规模流动，这种
现象称为海流。科学家们设想，可以利用海流的动力推动水轮发电
35第十二章 机械能和内能
机发电。据估测，如果世界大洋中的海流都能被用来发电，其发电
功率可达5×109 kW。
潮汐能
由于太阳和月球的引力作用，海面会出现周期性涨落，这种
现象称为海洋潮汐。海水一涨一落，水位差可达十几米。为了利
用潮汐的机械能，人们在海湾或河口建筑拦水堤坝，形成水库，
并在坝下设置装有水轮机的泄水闸。当海面涨落时，海水流经泄
水闸，带动发电机发电（图 12-11）。位于浙江省温岭市的江厦
潮汐电站，是我国最大的潮汐电站，也是世界第四大潮汐电站，
如图 12-12 所示。
（a）涨潮
图12-12 江厦潮汐电站
（b）退潮
图12-11 潮汐发电示意
查阅相关资料，了解海洋中的航标灯是利用何种能源发光的。
实践与练习
1. 请说明为什么高空坠物的危害很大。
36一、机 械 能
2. 图12-13是某轻轨
车站的设计方案示意图。
与站台连接的轨道有一定
的坡度。请你从节能的角
图12-13
度分析这样设计的优点。
3. 做一个能自动回转的“魔罐”。如图12-14所示，在金属罐的盖子
和罐底各开两个小孔，用细线将一个钩码系在橡皮筋的中部，然后将橡皮
筋穿过盖子和罐底的小孔并固定起来，这样，一个“魔罐”就做成了。试
一试，当你将“魔罐”在水平地面上滚出后，它能自动滚回来吗？仔细观
察“魔罐”的运动，想一想，在此过程中动能和势能是如何转化的？
A B
（a） （b）
图12-14 图12-15
4. 在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使其分别从不同高
度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑 A、B，如图 12-15 所示。皮球
从较高处下落形成的圆斑是图中的哪一个？你判断的依据是什么？
5. 如图12-16 所示，将一张卡片
（约 9 cm × 5 cm）对折，在开口的
一边剪两个小豁口，套上橡皮筋，就做
成了一个会跳的卡片。将卡片反过来，
在桌面上压平后，迅速松开手，会出现
什么现象？在此过程中，弹性势能、动
能、重力势能是如何转化的？
图12-16
37二、内能 热传递
内 能
就像运动着的物体具有动能一样， 信息快递
做热运动的分子也具有动能，我们称之
物体内部大量分子的无规
为分子动能；就像发生形变的弹簧具有
则运动叫作热运动。
弹性势能一样，分子间也具有某种势能，
我们称之为分子势能。
物理学中，物体内部所有分子动能与分子势能的总和叫作物体的内能
（internal energy）。一切物体，不论温度高低，其内部的分子都处在永不
停息的无规则运动中，且分子间存在相互作用，因此一切物体都具有内能，
如图12-17所示。
（a）铁水 （b）车胎内的气体 （c）冰山
图12-17 一切物体都具有内能
活动 12.4 探究扩散快慢与温度的关系
做一做
如图 12-18 所示，同时在盛有冷水和
热水
热水的两个烧杯中各滴入一滴红墨水，观
冷水
察烧杯中红墨水的扩散情况。
哪杯水中的红墨水扩散得快？
图12-18 不同温度下的扩散现象
38二、内能 热传递
想一想
红墨水扩散的快慢与温度有什么关系？这说明分子热运动的剧烈程度
与温度有什么关系？
实验表明，温度越高，分子无规则运动越剧烈，分子动能就越大。因
此，温度升高，物体内所有分子动能的总和增大，物体的内能就会增大。
可见，物体的内能与温度有关。
热传递—改变物体内能的一种方式
如图 12-19 所示，金属汤勺放在热汤中，温度升高，内能增大；食品
放入冰箱，温度降低，内能减小；毛巾放在取暖器旁，温度升高，内能增
大。想一想：在这些现象中，物体的内能为什么会改变？
（a）放在热汤中的汤勺 （b）放入冰箱的食品 （c）放在取暖器旁的毛巾
图12-19 物体内能的改变
这是因为，当物体或物体的不同部分之间存在温度差时，就会发生热
传递。发生热传递时，能量从高温处转移到低温处，直至温度相同。热传
递是改变物体内能的一种方式。
议一议：生活中还有哪些通过热传递改变物体内能的实例？
39第十二章 机械能和内能
实践与练习
1. 比较图12-20所示的两杯水的内能大小，并简要说明理由。
（a） （b）
图12-20
2. 有同学说，因为晶体在熔化过程中温度保持不变，所以它的内能
也保持不变。这种说法是否正确？为什么？
3. 有同学说，在热传递过程中，能量总是从内能大的物体向内能小
的物体转移，直到两物体的内能相等为止。这种说法是否正确？请举例
说明。
4. 跑步是一项非常好的健身运动。跑步时，人是怎样使自己的体温
基本保持不变的?在跑步过程中，人体的内能发生了哪些变化？
40三、物质的比热容
热 量
由上节内容可知，热传递是改变物体内能的一种方式。物理学中，把
物体在热传递过程中转移的能量叫作热量（heat），用符号Q表示。热量的
单位与能量的单位相同，也是焦（J）。
对一壶水加热，水沸腾前，加热时间越长，水温越高，水吸收的热量
越多。在相同条件下，烧开一壶水比烧开半壶水需要的时间长，说明升高
相同温度，水的质量越大，吸收的热量越多。有更多的事实说明，物体在
热传递过程中，吸收（或放出）的热量与升高（或降低）的温度和物体的
质量有关。除此以外，是否还与其他因素有关呢？
比热容
初夏的中午，小明和小华去海边游玩，如图12-21所示。他们赤脚走在干
燥的沙滩上，觉得沙子很烫；而走到海水中时，感觉到海水很凉。同样都是在
太阳光照射下，为什么海水和沙子的温度不一样呢？
图12-21 海水和沙子的温度不一样
活动 12.5 观察不同物质吸热升温的现象
猜一猜
可能是沙子和水吸收相同热量时升高的温度不相同，沙子升温比水快。
41第十二章 机械能和内能
做一做
将质量均为50 g的沙子和水分别放在两个瓷盘中，用温度计测出室温，
即为此时沙子和水的温度。如图12-22 所示，用红外灯照射两个瓷盘4 min
后，再用温度计分别测出沙子和水的温度。
图 12-23 是在红外灯照射一段时间后用红外热成像仪拍摄的红外照
片。仪器显示，此时沙子的温度为 55.4 ℃，水的温度为 30.7 ℃。
对象温度（℃）
P
1
温度55.4
P
2
温度30.7 ℃
137.3
沙子 水
P 1 P 2 14.4
图12-22 用红外灯给沙子和水加热 图12-23 红外热成像仪拍摄的红外照片
议一议 信息快递
1. 质量相等的沙子和水，加热相同
如果热源和加热方法相
的时间，哪种物质升温快？
同，就可以认为相同时间内
2. 质量相等的沙子和水，升高相同的
物体吸收的热量大致相等。
温度，哪种物质需要的加热时间长？
实验表明，相同质量的沙子和水，加热相同的时间，沙子比水升温快。
由此推理可知，当沙子和水升高相同的温度时，水需要的加热时间更
长，即水需要吸收的热量更多。
换用其他不同物质进行实验，所得结果是类似的。由此可见，不同物
质在质量相等、升高（或降低）温度相同的条件下，吸收（或放出）的热
量不相等。
设质量为 m，吸收（或放出）的热量为 Q，升高（或降低）的温度为Δt。
42三、物质的比热容
Q
研究表明，对于同种物质， 相等；对于不同物质， 一般不相等。
m⋅∆t
物理学中，将物体温度升高时吸收的热量与它的质量和升高温度的乘
积之比，叫作比热容（specific heat capacity）。比热容在数值上等于单位质
量的某种物质温度升高（或降低）1 ℃所吸收（或放出）的热量。比热容是
物质的一种物理属性。
比热容用符号 c 表示，它的单位是焦 /（千克·摄氏度），符号为
J /（kg·℃），读作：焦每千克摄氏度。比热容的公式为
一些物质的比热容
物质 比热容/［J·（kg·℃）-1］ 物质 比热容/［J·（kg·℃）-1］
水 4.2×103 铝 0.88×103
酒精 2.4×103 干泥土 0.84×103
煤油、冰 2.1×103 铁、钢 0.46×103
蓖麻油 1.8×103 铜 0.39×103
沙石 0.92×103 水银 0.14×103
从上表可以看出，水的比热容较大。现在你能解释为什么海水和沙子
在同一时刻的温度不一样了吗？
在生产、生活中，人们经常利用水的比热容较大这一特点。例如，人
们常常在热水袋中装入热水用来取暖，汽车发动机常常用主要成分是水的
冷却液来降温，等等。
生活 物理 社会
水与气候
地球上有许多类型的生态系统，水是影响气候和生态系统的重
要因素之一。
部分内陆地区干旱缺水，一天内的气温变化较大。例如，我国
新疆的一些地区，夏季昼夜温差可达 20 ℃。“早穿皮袄午穿纱，围
43第十二章 机械能和内能
着火炉吃西瓜”正是这种气候的生动写照。而沿海地区一年四季气
温波动幅度比较小，夏天不太热，冬天也不太冷。
水对气候具有调节作用。近几十年来，我国坚持植树造林、绿
化荒山，依靠森林涵养水源，一定程度上改善了大片地区的气候和
生态环境，诠释了“绿水青山就是金山银山”的理念，取得了举世
瞩目的成就。河北省塞罕坝（图 12-24）生态环境的巨大变化就是
一个生动案例。寒来暑往，三代塞罕坝人将这片曾经“黄沙遮天
日，飞鸟无栖树”的荒漠沙地变为百万亩人工林海。如今的塞罕坝
已成为守卫京津地区的重要生态屏障。
（a）昔日的塞罕坝 （b）如今的塞罕坝
图12-24 塞罕坝的生态变迁
热量的计算
比热容的公式可以变形为 Q = cmΔt。它反映了热量与物质的比热容、
物体质量和温度变化的关系。
设初温为t ，末温为t：
0
当温度升高时，物体吸收的热量
Q = cm（t - t ）
吸 0
当温度降低时，物体放出的热量
Q = cm（t - t）
放 0
44三、物质的比热容
例题 初温为 20 ℃、质量为 1.5 kg 的一壶水，温度升高到 100 ℃需要
吸收多少热量？
分析 已知水的质量，查表可知水的比热容，利用相关公式即可求得
水吸收的热量。
解答 水吸收的热量
Q = cm（t - t ）
吸 0
= 4.2×103 J /（kg·℃）×1.5 kg×（100-20）℃
= 5.04×105 J
反思 实际上，烧开这壶水需要提供的热量大于5.04×105 J。想一想，
这是为什么？
实践与练习
1. 如图 12-25 所示，拖拉机发动机
采用循环流动的水进行冷却。你能说说
用水冷却的优点吗？
图12-25
2. 质量为 10 kg、温度为 20 ℃的水，吸收 1.26×106 J 热量后，温
度将升高到多少摄氏度？
45四、机械能与内能的相互转化
如图 12-26 所示，小朋友从滑梯滑下，会感觉到臀部发热；将试管中
的水加热至沸腾后，橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出去。这些现象说明机
械能与内能是可以相互转化的。
（a）滑滑梯时感觉到臀部发热 （b）橡胶塞被冲出
图12-26 机械能和内能的相互转化
做功—改变物体内能的另一种方式
活动 12.6 探究做功对物体内能的影响
小心烫手！
做一做
如图 12-27 所
示，将铁丝快速弯
折十余次，然后用
手指触摸弯折处，
你有何感觉？铁丝
的内能变化了吗？
图12-27 反复弯折铁丝
看一看
如图 12-28 所示，在空气压缩引火仪的玻璃
筒底部放一小片硝化纸，将活塞迅速下压，你看到
了什么？
图12-28 空气压缩引火仪
46四、机械能与内能的相互转化
议一议
1. 在上述活动中，物体增加的内能是从哪里来的？能量是如何转化的？
2. 还有什么办法可以使铁丝的温度升高？这些方法中，哪些是用热传
递的方式改变物体内能的？哪些是通过做功改变物体内能的？
3. 你能再举一些通过做功改变物体内能的实例吗？
实验表明，做功是改变物体内能的另一种方式。做功改变物体内能的
实质是其他形式的能（如机械能）与内能之间的转化，热传递改变物体内
能的实质是内能的转移。做功和热传递都可以改变物体的内能。
热 机
活动 12.7 观察点火爆炸现象
如图 12-29 所示，在塑料盒的底部钻一个孔，将电子点火器的放电管
紧紧塞进孔中，打开盖子，向盒中滴入几滴酒精，再将盖子盖紧，按动电
子点火器的按钮。
注意安全，千万不要
将盖子对着自己或他人。
图12-29 点火爆炸
你观察到什么现象？
在上述活动中，酒精燃烧产生的燃气对外做功，燃气的内能转化为机
械能。根据这一原理，可以制造出将内能转化为机械能的机器。
热机是热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的
内能转化为机械能的装置。
47第十二章 机械能和内能
内燃机是最常见的一种热机，按照所使用燃料的不同，内燃机可分为
汽油机、柴油机和天然气发动机等。现以汽油机（图12-30）为例，介绍内
燃机的工作过程。
火花塞
进气门
排气门
汽缸
活塞
连杆
曲轴
（a）实物图 （b）结构图
图12-30 汽油机
汽油机工作时，活塞在汽缸里做往复运动。活塞从汽缸的一端运动到
另一端的过程，称为一个冲程。汽油机的一个工作循环分为图 12-31 所示
的四个冲程。
吸气冲程：进气门打开，排气门
关闭，活塞向下运动，燃料和空气的
混合气体被吸入汽缸。
吸 压
气 缩
压缩冲程：进气门和排气门都关
冲 冲
程 程
闭，活塞向上运动，混合气体被压缩，
温度升高，机械能转化为内能。
做功冲程：当活塞到达汽缸顶端
时，火花塞打火，使混合气体猛烈燃
烧，产生高温、高压的燃气，推动活
排 做
气 功
塞向下运动，内能转化为机械能。
冲 冲
程 程
排气冲程：进气门关闭，排气
门打开，活塞向上运动，将废气排
出汽缸。 图12-31 汽油机的一个工作循环
48四、机械能与内能的相互转化
汽油机比较轻巧，常用在汽车、小型飞机和小型农业机械（如插秧机、
机动喷雾器）上。在汽缸容积、转速相等的情况下，柴油机的功率较大，
热效率较高，因此被广泛应用于载重汽车、拖拉机、坦克和轮船上。
生活 物理 社会
热机的发展历程
17 世纪末，第一台带活塞的蒸
汽机由法国物理学家、发明家巴本
制成。经瓦特等人的改良，蒸汽机
（图12-32）在工业生产中得到了广
泛应用，人类从此进入了工业时代。
但是，当时的蒸汽机在使用中能量
损失大，效率只有5 ~ 8 。
% %
为了进一步提高热机效率，人
图12-32 瓦特改良的蒸汽机
们设法让燃料在汽缸内燃烧，用燃
烧产生的气体直接推动活塞做功，这就是内燃机。今天的燃油
汽车、拖拉机、坦克等，都使用了内燃机。
随着航空航天事业的发展，人们迫切需要大功率的发动机以提
高飞行器的飞行速度与运载能力等，因此涡轮喷气发动机（图12-
33）应运而生。飞机的涡轮喷气发动机使压缩后的混合气体在燃烧
室内燃烧，燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部高速喷出，其巨大的反冲
进气道
压气机 燃烧室 涡轮 尾喷管
图12-33 涡轮喷气发动机结构示意
49第十二章 机械能和内能
力推动飞机向前运动。火箭发动机的
工作原理与涡轮喷气发动机十分相似。
主要的差别是，火箭发动机自带燃料
导航
和氧化剂，可在大气层之外工作；涡 系统
轮喷气发动机只携带燃料，利用空气
燃料箱
做氧化剂，因此只能在大气层内工作。
我国在火箭发动机研制方面，固
体火箭发动机和液体火箭发动机（图 氧化
剂箱
12-34）齐头并进，现已居世界前列。
燃料、氧
2021 年 10 月 19 日，我国研制的直径 化剂输送
系统
为 3.5 m 的 500 t 级整体式固体火箭发
动机试车成功，这是目前世界上推力
最大的固体火箭发动机。2022 年 11 月
燃烧室
5 日，我国自主研制的 500 t 级液体火
稳定翼
箭发动机首次整机试车成功。这些成
果标志着我国火箭发动机的研制水平
大幅提升，将有力推动中国航天梦的
加速实现。
图12-34 液体火箭发动机结构示意
燃料的热值
为什么有的汽车用汽油， 也许是由于相等质量的
有的汽车用柴油，还有的汽 不同燃料燃烧时，产生的热
车用天然气？ 量不同。
50四、机械能与内能的相互转化
活动 12.8 比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量
做一做
取酒精和面巾纸碎片各5 g，
分别放入两个燃烧皿中，点燃后
对装有相等质量（约30 g）的水
的试管加热（图12-35），使酒
精和面巾纸碎片充分燃烧。记录
加热前后两支温度计的示数。
面巾纸碎片
酒精
（a） （b）
注意安全，防止烫伤。
图12-35 不同燃料的燃烧
加热前的 燃料燃尽 水温的
燃料
水温/℃ 时的水温/℃ 变化/℃
酒精
面巾纸碎片
想一想
质量相等的酒精和面巾纸碎片充分燃烧后，试管中水温的变化一样吗？
这说明了什么？
实验表明，质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量一般是不相
等的。
燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫作这种燃料的热值
（heat value）。燃料的热值用 q表示，单位是焦/千克，符号为J / kg。
质量为m 的燃料，完全燃烧放出的热量
Q = mq
放
51第十二章 机械能和内能
一些燃料的热值
固 体 热值/（J·kg-1） 液 体 热值/（J·kg-1） 气 体 热值/（J·kg-1）
干木柴 1.2×107 酒 精 3.0×107 煤 气 4.2×107
烟 煤 2.9×107 柴 油 4.3×107
天然气 4.4×107
焦 炭 3.0×107 石 油 4.4×107
无烟煤 3.4×107 汽 油 4.6×107
氢 气 1.4×108
木 炭 3.4×107 煤 油 4.6×107
对于气体燃料，人们通常采用焦 /米3 作为热值的单位，符号为 J / m3。
例如，氢气的热值又可表示为 1.28×107 J / m3，它表示在标准状况下 1 m3
氢气完全燃烧，放出的热量为1.28×107 J。
实践与练习
1. 给你一块冰，你能用哪些方法使其熔化？这些方法中，哪些是采
用做功方式？哪些是采用热传递方式？
2. 用打气筒给自行车轮胎打气。打完后摸一摸打气筒的外壁，发现
外壁变热了。请用所学的物理知识解释这一现象。
3. 随着“西气东输”工程的实施，我国大部分城市开始用天然气来取
代煤气和液化石油气。请你查阅相关资料，谈谈这样做有什么好处。
4. 火箭的外壳有一层烧蚀材料，可以有效防止火箭因高温而损坏。想
一想，为什么火箭在大气层飞行时温度会升高？
52素养进阶
内容梳理
影响因素
动能 质量、速度
机械能 影响因素
重力势能 质量、高度
势能
弹性势能
应用
热机 工作过程
能量转移 公式
热传递 热量 Q = cm·Δt
改变内能的
两种方式
内能
公式
能量转化 比热容
做功 ·
燃料燃烧 相关因素
化学能 放出热量 质量、热值
反思提升
1. 能量、功、功率之间有什么关系？在“活动 12.1 探究影响动
能大小的因素”和“活动 12.2 模拟打桩”中，我们是通过什么方法
反映能量大小的？
石头
2. 如图 12-36 所示，人站在山脚下和
站在山腰时，对山顶石头重力势能大小的
看法不同。请类比“运动的相对性”，说
山腰平台
说你对“重力势能与高度有关”的认识。
山脚地面
图12-36
53第十二章 机械能和内能
3. 物体的内能是物体内部所有分子动能与分子势能的总和。分子
动能与分子的无规则运动有关，分子势能与分子间的相互作用及分子
间的距离有关。由此思考：
（1）同种物质的物体，它的内能大小是否与质量有关？为什么？
（2）某些液体（如水）或固体（如冰），它们在沸腾或熔化过
程中吸收热量，但温度不变。“温度不变”是否意味着它们的内能不
变？为什么？
4. 比热容是物质的一种物理属性。为了认识这种属性，我们以水
和沙子为例，观察它们吸热升温的现象。实验时，为什么要取相等质
量的水和沙子，并给它们提供相等的热量？为了提供相等的热量，除
了用教科书中的方法给水和沙子加热，是否还有其他方法？
问题解决
1. 通常，货车造成的车祸比小轿车造成的车祸严重得多，这是为
什么？但也有例外，这又是为什么？
2.试从能量角度说明下列现象：
（1）军用枪射出的小子弹，为什么能打坏甚至打穿坚硬的物体？
（2）利用正常流动的江水即可以推动发电机发电，为什么还要选
择合适的地点建筑水坝和水力发电站呢？
3. 正常天气情况下，海岸附
近的近地面区域会有“海陆风”
现象。日间，风由海洋吹向陆
地，称为“海风”；夜间，风由
陆地吹向海洋，称为“陆风”。
请尝试解释“海陆风”形成的原
因，并以图 12-37 为背景画出示
图12-37
意图。
54电—现代社会的“空气和水”
简
单
第 电
初识家用电器和电路
电路连接的基本方式
十 路
电流和电流表
三
电压和电压表
串、并联电路的特点
章
跨学科实践
就像地球上的我们离不开空气和水一样，
现代社会离不开电。
各种各样的用电器极大地丰富了我们的生活。
用电器是如何接入电路的？
电路连接有哪些基本方式？
不同的连接方式分别有什么特点？一、初识家用电器和电路
电在我家中
随着科学技术的飞速发展，各种用电器（图 13-1）应运而生，使我们
的生活发生了日新月异的变化。
台灯 笔记本计算机 空调 电饭锅 吸尘器
图13-1 用电器
用电器是利用电能工作的装置，它与电源连接后，可以将电能转化为
我们需要的能。
信息快递
电源（power supply）是能持续供电的装置。从能量转化的角度看，电源
通常是指把其他形式的能量转化为电能的装置。
电源通常有直流电源（图13-2）和交流电源。最常用的直流电源是电
池。它有正、负两极，正极用“＋”表示，负极用“-”表示。
干电池 纽扣电池 学生电源 蓄电池
图13-2 常用直流电源
56一、初识家用电器和电路
活动 13.1 初步调查家用电器
1. 常用的家用电器有哪些？它们各有什么功能？
2. 仿照示例填写表格并讨论：怎样对各种各样的家用电器进行分类？
电源类型 电能转化成的主要能量形式
名 称 用 途
交流 直流 内能 机械能 光能 声能
台 灯 照 明 √ √ √
电视机
电饭锅
手电筒
电 路
活动 13.2 使一个灯泡亮起来
现有电池、带灯座的
灯泡、开关和导线（图
13-3），请你试着把它们
+ -
连接起来，使开关能控制
灯泡的发光与熄灭。
图13-3 连接电路
信息快递
连接电路时应注意：
1. 在连接电路的过程中，开关必须处于断开状态。
2. 将导线接到电路元件的接线柱上，应旋紧螺帽，以保证接触良好。
3. 绝不允许用导线将电源的两极直接相连，以免损坏电源。
57第十三章 简单电路
电路连接后，应检查连接是否正确。
先闭合开关，再断开开关。看一看，通过开关能否控制灯泡的发光与
熄灭？
想一想，电路中的各个组成部分分别起什么作用？
用导线把电源、用电器、开关等元件连接起来组成的电流的路径称为
电路（electric circuit）。
以“活动 13.2 使一个灯泡亮起来”的电路为例：闭合开关，形成通
路，电路中有电流，用电器工作；
断开开关，形成断路，电路中没有
电流，用电器停止工作。
如图 13-4 所示，不经过用电
器，用导线直接将电源的两极相连，
就会形成短路，极易损坏电源，甚
图13-4 不可用导线将电源的两极直接相连
至造成火灾等严重后果。
电路图
不需要。我们可以用符
在研究电路时，我们也
号表示电路中的各个元件。
要像图13-3那样画灯泡、开
关、电池的实物图吗？
用电路元件符号表示电路连接的图，叫作电路图。
图13-5所示是一些常用的电路元件及其符号。
58一、初识家用电器和电路
电 池 开 关 灯 泡 电阻器 滑动变阻器 电 铃
电流表 电压表 电动机 电阻箱 相连导线
图13-5 常用电路元件及其符号
图 13-6 为“活动 13.2 使一个灯泡亮起来”的实物电路及其对应
的电路图。
+ -
（a）实物电路 （b）电路图
图13-6 实物电路与对应的电路图
生活 物理 社会
从印刷电路到集成电路
最初，人们将分立的元器件用导线焊接起来组成电路。这种
连接方式成本高且质量无法保证。
1936 年，奥地利电气工程师保罗·爱斯勒仿照印刷业中的制
版方法，把电路图印在镀有一层铜箔的绝缘板上，然后在需要保留
的部分涂上保护剂，再将其放入腐蚀液中，蚀刻掉不需要的铜箔。
绝缘板上保留下来的铜箔替代了导线，起到了连接各电子元件的作
用，这就是印刷电路板，如图 13-7 所示。在印刷电路板上焊接一
59第十三章 简单电路
些电子元件，就成了印刷电路。印刷电路的发明推动了电路生产的
机械化和自动化。把电子线路缩小制成印刷电路的思想，也为集成
电路的问世奠定了基础。
集成电路及由此发展出的芯片，是利用半导体技术制成的微型
电路系统。人们采用精密工艺将成千上万个电子元件集成在一小块
半导体晶片或介质基片上，可以实现复杂电路功能。集成电路被广
泛应用于家用电器和电子仪器中，如图 13-8 所示。集成电路优化
了电路结构，使电器实现了小型化、微型化，为人类迈入信息时代
奠定了基础。
图13-7 印刷电路板 图13-8 电子设备中的集成电路
实践与练习
1. 如图 13-9 所示，用一根导线
和一节干电池使一个灯泡发光。你能
想出几种方法？试一试，并画出电路
图。你有什么发现？
图13-9
60一、初识家用电器和电路
2. 图 13-10 是手电筒的内部结构示意图，试据此画出手电筒的电
路图，并说明各元件的作用。
导线 开关
凹面镜
金属弹簧 电池
图13-10
3. 图 13-11 所示的三个电路各处于通路、断路、短路中的哪一种
状态？
+ -
（a）
+ - + -
（b） （c）
图13-11
61二、电路连接的基本方式
我的房间里需要安装吊灯和
壁灯，电路应当怎样连接呢？
活动 13.3 使两个灯泡亮起来
做一做
现有电池、开关、两个带灯座的灯泡和导线若干，请你试着把它们连
接起来，使两个灯泡能同时发光。
说一说
与同学交流，看看有几种不同的连接方式，并将电路图画出来。
用电器的连接有两种最基本的方式。如图 13-12（a）所示，把用电器
逐个顺次连接起来的方式，叫作串联；如图 13-12（b）所示， 把用电器并
列连接起来的方式，叫作并联。
（a）串联 （b）并联
图13-12 用电器连接的基本方式
由用电器串联所组成的电路，叫作串联电路（series circuit）；由用电
器并联所组成的电路，叫作并联电路（parallel circuit）。并联电路中用电器
共用的那部分电路叫作干路，每一个分支电路叫作支路。
62二、电路连接的基本方式
活动 13.4 串联电路和并联电路的比较
做一做
1. 串联电路。
按照图13-13连接电路。闭合开关，在两个灯泡都发光时，取下其中一个，
你观察到什么现象？
断开开关，交换灯泡和开关
的位置，并将取下的灯泡重新接
入电路。闭合开关，你观察到什 + -
么现象？开关的位置是否影响它
对电路的控制？
图13-13 串联电路
2. 并联电路。
按照图13-14连接电路。闭合开关，在两个灯泡都发光时，取下其中一个，
你观察到什么现象？
断开开关，在并联电路的
两个支路中各接入一个开关，
并将取下的灯泡重新接入电路，
闭合干路的开关。接着，先后
+ -
闭合两个支路的开关，再先后
断开支路上的开关，你观察到
什么现象？
图13-14 并联电路
议一议
信息快递
1. 由上述现象可以看出，串、并
联电路各有什么特点？
家庭电路中的电源不同于
2. 小明房间里的吊灯与壁灯应如 电池，是交流电源，用符号
何连接？开关应如何连接在电路中？ “～”表示。
试画出电路图。
63第十三章 简单电路
生活 物理 社会 新型开关
你有过这样的经历吗？当你走进楼道，楼道灯自动打开；当你
走进大厦，玻璃门自动开启；当你把手放在水龙头下面，水龙头自
动出水……这些是如何实现的？原来，这些设备的开关具有探测功
能，是一种新型开关。当人靠近时，开关能根据探测到的信息自动
闭合，从而接通电路。工程师们根据不同场合的需要，研制出了各
种新型开关，并得到广泛应用，极大地方便了人们的生活。
图13-15所示的声光控灯座中就有两种新型开关，能分别探测声
音和光。它一般安装在门廊、过道和楼梯处，每当天色渐暗时，路人
只要发出一定响度的声音，灯泡就会亮起来；而在白天光线充足的时
候，无论声音的响度多大，灯泡都不会亮。它的工作原理如图13-16
所示。当光照较强时，光控开关断开；当光照较弱时，光控开关闭
合。当有声音时，声控开关闭合；声音消失后，声控开关延迟一段时
间后断开。想一想：这两个开关和灯泡为什么要串联在电路中？
光控开关 声控开关
图13-15 声光控灯座 图13-16 声光控灯座的简化电路
冰箱简化电路如图 13-17 所示。冰
箱的压缩机由一个温控开关实现自动控
门 温
制。当冰箱内温度高于设定温度时，温 控 控
开 开
关 关
控开关闭合，压缩机工作从而制冷；当
冰箱内温度低于设定温度时，温控开关
断开，停止制冷。冷藏室中的照明灯由
图13-17 冰箱的简化电路
冰箱门控制，冰箱门关闭时门控开关断
开，冰箱门打开时门控开关闭合。
64二、电路连接的基本方式
实践与练习
1. 教室里的灯是串联的还是并联的？为什么？
2. 根据图 13-18（a），用笔画线表示导线，把图 13-18（b）中的
元件连接起来。
S
S - +
L
1
L
1
L
L 2
2
（a） （b）
图13-18
3. 图 13-19 所示是一个塔式 L
吊车玩具。闭合开关，吊臂中的
电动机 M 工作，拉动细线吊起物 M
体 A，同时塔顶的灯 L 发光。某
次闭合开关时，电动机 M 不工
作，灯 L 也不发光。排查故障时 A
发现，导线与电动机的连接处接
触不良。电动机 M 和灯L是如何
连接的？请画出电路图。
图13-19
65三、电流和电流表
电 流
小华将电池、灯泡、开关连接成电路，发现闭合开关后，灯泡就会亮起
来。为什么灯泡会亮呢？这是因为灯泡中有电流通过。
水轮机
水流流过水轮机，能使水轮机转动起来。与此
类似，电流通过灯丝，能使灯泡发光。
电流是怎么回事？
信息快递
当用直流电源对
用电器供电时，电流
的方向是从电源的正
极经用电器到负极。
不同电路的电流大小通常是不相等的。物理
学中，用电流强度表示电流的大小，通常简称电流
（electric current），用字母I 表示。在国际单位制
中，电流的单位是安培，简称安，符号为A。这是
为了纪念安培（图13-20）对电磁学研究的贡献而命
名的。
电流的常用单位还有毫安（mA）和微安（μA）。
电流单位的换算关系是 图13-20 安培（André Marie
Ampère，1775—1836），法
1 A ＝ 1 000 mA
国物理学家
1 mA ＝ 1 000 μA
66三、电流和电流表
如图 13-21 所示，不同用电器工作时的电流有大有小。即使是同一个
用电器，由于工作状态不同，电流大小也可能不同。
电子手表：
1 ~ 2 μA
手机：
待机电流为15 ~ 50 mA
开机电流为60 ~ 300 mA
发射电流为200 ~ 400 mA
电扇：0.1 ~ 0.5 A
教室中的LED照明
灯：约150 mA
冰箱：0.5 ~ 1.5 A
微波炉：2 ~ 5 A
电饭锅：3 ~ 5 A
柜式空调：10 ~ 20 A
图13-21 一些常见用电器的电流值
67第十三章 简单电路
电流表
可以用电流表来
我们怎么知道流过灯泡的
测量。
电流有多大呢？
实验室中常用的电流表（ammeter）如图13-22所
示，它是双量程电流表，有三个接线柱，左边的接线柱
标有“-”，其余两个接线柱分别标有“0.6”和“3”。
把标有“-”的接线柱和标有“0.6”的接线柱接到
电路中，就表示选用0 ~ 0.6 A 的量程，应依据刻度盘
下排的刻度读数，此时分度值为0.02 A。把标有“-”
图13-22 电流表
的接线柱和标有“3”的接线柱接到电路中，就表示选
用0 ~ 3 A 的量程，应依据刻度盘上排的刻度读数，此时分度值为0.1 A。
信息快递
使用电流表的注意事项
1. 使用前应先检查指针是否指零，若
有偏差，则要用螺丝刀旋转表盘上的调零
螺丝，将指针调至零位。
2. 必须把电流表串联在待测电路中，
使电流从标有“0.6”或“3”的接线柱流 - +
入电流表，从标有“-”的接线柱流出。
3. 被测电流的大小不能超过电流表的
图13-23
量程。测量电流时，一般先试用大量程，
若电流表示数在小量程范围内，则应改用小量程，使测量结果更为精确。
4. 绝不允许把电流表直接连接到电源的两极（图13-23）。
68三、电流和电流表
学生实验 用电流表测量电流
思考
电流表连入电路前指针的位置如图 13-24 所示，
此时应该怎么做？
实验与记录
1. 实验器材如图 13-25 所示，请在右边的虚线框
图13-24 观察电流表指针
中画出用电流表测量灯泡电流的电路图。
2. 根据画出的电路图连接电路，正确选择电流表的量程。
3. 闭合开关，记录电流表的示数。
- +
图13-25 实验器材
交流与小结
与同学交流使用电流表的体会。
实践与练习
1. 在做“用电流表测量电流”实验时，小华
将电流表上标有“－”和“3”的接线柱接入电
路。闭合开关后，观察到电流表指针的偏转如图
13-26 所示。此时读取并记录实验数据，是否符
合实验要求？如果不符合要求，应如何改正？
图13-26
69第十三章 简单电路
2. 请读出图13-27中电流表的示数。
（a） （b）
图13-27
3. 若要求两个灯泡 L 、L 并联，用电流表的小量程测量灯泡 L
1 2 1
的电流，请先在虚线框内画出电路图，然后用笔画线表示导线，将图
13-28中的实验器材连成电路。
- +
L
1
L
2
图13-28
70四、电压和电压表
电 压
如图 13-29（a）所示，水管中水流的形成是由于水管两端存在水压
差，而水泵的作用是不断地将水从乙处抽到甲处，使水管两端维持一定的
水压差。与此类似，电路中电流的形成是由于电路两端存在电压（voltage）。
电源的作用就是使正负极间维持一定的电压，如图13-29（b）所示。
水泵 + -
甲 乙
阀门
水轮机
（a） （b）
图13-29 电压和水压类比
电压用字母 U 表示。在国际单位制中，电压
的单位是伏特，简称伏，符号为V。这是为了纪念
伏打（图13-30）对物理学的贡献而命名的。
电压的常用单位还有千伏（kV）和毫伏（mV）。
电压单位的换算关系是
1 kV = 1 000 V
1 V = 1 000 mV
图13-30 伏打（Alessandro
电源、用电器、电气仪表等设备，通常都
Volta，1745—1827），意大利
物理学家
规定了正常工作的电压，称为额定电压（rated
voltage）。例如，灯泡上标注的“2.5 V”或“3.8 V”就是额定电压。此
外，用电器正常工作时的电流，称为额定电流（rated current）。图 13-21
所示的常见用电器的电流值，指的就是它们的额定电流。
71第十三章 简单电路
观察图13-31，了解一些电源和用电器的额定电压。
汽车中的蓄电
干电池：1.5 V
池：12 ~ 14 V
大型发电机：
手机电源适配器
10 ~ 18 kV
电灯：220 V 输出：5 ~ 12 V
图13-31 一些电压值
电压表
电路两端的电压可用电压表（voltmeter）测
量。图 13-32 所示是实验室中常用的双量程电压
表，它有三个接线柱，左边的接线柱标有“-”，
其余两个接线柱分别标有“3”和“15”。
把标有“－”的接线柱和标有“3”的接线
柱接到电路中，就表示选用 0 ~ 3 V 的量程，此时
图13-32 电压表
应依据刻度盘下排的刻度读数，分度值为 0.1 V。
把标有“－”的接线柱和标有“15”的接线柱接到电路中，就表示选用
0 ~ 15 V 的量程，此时应依据刻度盘上排的刻度读数，分度值为0.5 V。
信息快递
使用电压表的注意事项
1. 使用前应先检查指针是否指零，若有偏差，则要用螺丝刀旋转表盘上
的调零螺丝，将指针调至零位。
2. 电压表应与待测电路并联，使电流从标有“3”或“15”的接线柱流
入，从标有“-”的接线柱流出。
72四、电压和电压表
3. 被测电压的大小不能超过电压表的量程。测量电压时，一般先试用大
量程，若电压表的示数在小量程范围内，则应改用小量程。
学生实验 用电压表测量电压
思考
电压表连入电路前指针的位置如图13-33所示，
此时应该怎么做？
实验与记录
1. 将图13-34所示的实验器材连接成电路，用电
压表测量灯泡两端的电压，并记录数据。
图13-33 观察电压表指针
2. 用电压表分别测量每一节电池的电压和两节
电池串联的总电压，分别记录数据。
- +
图13-34 实验器材
交流与小结
1. 两节电池串联的总电压，与每节电池的电压有什么关系？为什么常把
电池串联成电池组使用？
2. 电压表与电流表在使用规则上有哪些相同点和不同点？
73第十三章 简单电路
生活 物理 社会
电池与环境保护
干电池是生活中使用比较广泛的直流电源。目前常用的干电
池大多为普通锌锰干电池和碱性锌锰干电池，其结构如图 13-35
所示。普通锌锰干电池的负极是锌筒，内有氯化铵等糊状电解
质，正极是碳棒，它的四周被二氧化锰糊状物包围着。碱性锌锰
干电池的正极是钢壳，壳内与之紧密接触的是二氧化锰和碳粉的
混合物。中间的填充物是氢氧化钾电解质和锌粉，其内插有一根
铜针，作为负极。干电池的优点是价格便宜、适用范围广，缺点
是使用寿命较短、不可重复使用。
钢壳
二 二 氢氧化钾电解质
氧 氧
和锌粉
化 化
锰 锰
糊 和
状 碳
物 氯 粉
化
铵 混 铜针
合
等
物
糊
碳棒 状
电
解
质 绝缘层
绝缘层 锌筒
（a）普通锌锰干电池 （b）碱性锌锰干电池
图13-35 两种干电池的内部结构示意
蓄电池是一种放电后经充电能复原续用的电池，汽车电瓶、手机电
池等都是蓄电池。放电时，化学能转化为电能；充电时则是电能转化为化
学能。蓄电池的充放电过程可以循环多次，因此使用起来更经济。
电池在给人们生活带来了便利的同时，也对环境造成了危害。
电池造成的污染问题引发了社会关注。我国颁布了废电池污染防治
的相关政策和法规，在完善废电池回收利用机制的同时，促进电池
生产企业改进生产工艺、减少有害物质使用，从源头上防范电池对
环境的污染；同时，大力促进新型电池的研发，使之向着高效能、
小型化和低污染的方向发展。
74四、电压和电压表
实践与练习
1. 请读出图13-36中电压表的示数。
（a） （b）
图13-36
2. 按图13-37（a）所示的电路图，用笔画线表示导线，将图13-37（b）
中的实验器材连接起来。
S
+ -
S
L L L
1 2 2
L
1
（a） （b）
图13-37
75五、串、并联电路的特点
串联电路和并联电路是两种最基本的电路，它们的电流和电压有什么特点？
串联电路
学生实验 探究串联电路中电流和电压的特点
按图13-38所示的电路图连接电路。
S
猜想与设计
A C
闭合开关后，通过点 A、B、C 三处的
电流 I 、I 、I 之间有什么关系？灯泡 L 两 B
A B C 1 L L
1 2
端的电压 U 、灯泡 L 两端的电压 U 与灯泡
1 2 2 图13-38 探究串联电路电流和电压
L 、L 两端的总电压U之间又有什么关系？ 的特点实验电路图
1 2
怎样验证你的猜想？
实验与记录
1. 用电流表测出通过点A、B、C三处的电流，将测得的数据填入表1。
2. 用电压表测出灯泡 L 两端的电压 U 、灯泡 L 两端的电压 U 和灯泡
1 1 2 2
L 、L 两端的总电压U，将测得的数据填入表2。
1 2
表1
电流
实验序号
I / A I / A I / A
A B C
①
②
③
表2
电压
实验序号
U / V U / V U / V
1 2
①
②
③
76五、串、并联电路的特点
3. 换用不同规格的灯泡或改变电源电压等，重复上述实验并记录数据。
串联电路和并联电路是两种最基本的电路，它们的电流和电压有什么特点？ 分析与结论
分析测得的数据，你能得到什么结论？
实验表明，在串联电路中，电流处处相等，电路两端的总电压等于各
部分电路两端的电压之和。
并联电路
学生实验 探究并联电路中电流和电压的特点
按图13-39所示的电路图连接电路。
猜想与设计
S
闭合开关后，电路中的干路电流I
A
与支路电流I B 、I C 之间有什么关系?灯泡 I A L 1
L 两端的电压 U 、灯泡 L 两端的电压 I
1 1 2 B
U 与灯泡 L 、L 两端的总电压U之间又 L
2 1 2 2 I
C
有什么关系？
怎样验证你的猜想？ 图13-39 探究并联电路电流和电压的特
点实验电路图
实验与记录
仿照“学生实验 探究串联电路中电流和电压的特点”设计实验步骤
和数据记录表，进行实验并记录数据。
分析与结论
分析测得的数据，你能得到什么结论？
实验表明，在并联电路中，干路电流等于各支路电流之和，电路两端
的总电压与各支路两端的电压相等。
77第十三章 简单电路
实践与练习
1. 根据图 13-40 所示的电路和电流表A 、A 的示数，求通过灯泡
1 2
L 的电流。
2
L
1
L
2
S
（a）电路图 （b）电流表A 1 （c）电流表A 2
图13-40
2. 如图 13-41 所示，将电压表接在灯泡 L 两端时，闭合开关，电
1
压表示数为 1.5 V；将电压表接在灯泡 L 右接线柱上的导线改接到灯
1
泡 L 的右接线柱上（图中虚线所指）时，电压表示数为 2.9 V。电源、
2
灯泡L 、L 两端的电压分别是多少伏？
1 2
L
2
L
1
- +
图13-41
78跨学科实践 调查电池的发展并制作水果电池
1780 年，意大利生理学家伽伐尼偶然发
现，解剖刀触及青蛙的股神经时，蛙腿会猛
烈痉挛。后来，物理学家伏打针对这一现象
进行一系列实验研究，发明了世界上最早的
电池——伏打电堆（图 13-42），由此开启
了人类研制电池、使用电池的时代。
如今，随着社会的发展，各行各业对各种
电池的需求量与日俱增，技术要求也越来越
高，电池产业正在不断发展壮大。
图13-42 伏打电堆
任务与要求
1. 查阅相关资料，深入了解电池的发展史，思考其中运用了哪些
学科的知识。
2. 调查生活、生产、交通、通信等领域中用电器所采用电池的种
类。查阅相关资料，了解我国电池研制领域的技术创新及其对社会发展
的贡献，了解当前电池行业面临的问题以及未来的发展前景。
3. 自制水果电池。我们可利用某种水果（如苹果、橙子等）、不
同的金属片（如铁片、铜片等）和一些导线，参照图 13-43 制作水果
电池，并开展以下研究：
如何知道你制作的水果电池
是否有电，正、负极分别对应哪
个金属片，电压是多少？（提示：
可以用电压表测量，也可以用发
光二极管试一试，或者用你所想
到的其他方法）
换用其他水果和其他金属片，
并改变金属片插在水果中的距离、
图13-43 水果电池
79第十三章 简单电路
深度，这些操作是否会对水果电池的电压产生影响？有哪些方法可以增
大水果电池的电压？
交流与评价
1. 以短文的形式介绍一种电池，内容包括电池的结构、功能、工作
原理及相关的时代背景。
2. 向同学介绍自制水果电池的设计方案，展示自制的水果电池。
3. 对所介绍内容的准确性与完整性等进行评价，对自制水果电池的
使用效果和创新性等进行评价。
80素养进阶
内容梳理
组成 电源、用电器、开关、导线等
测量
电流 电流表
电 测量
电压 电压表
路
电路中电流处处相等
特点
串联电路
电路两端总电压等于
各部分电路两端电压之和
连接方式
干路电流等于
特点 各支路电流之和
并联电路
电路两端总电压与
各支路两端电压相等
反思提升
1. 电路由电源、用电器、开关和导线等组成。为什么它们缺一不可？
2. 蓄电池在充电和对用电器供电过程中能量如何转化？
3. 为什么家用电器不采用串联的连接方式？
4. 我们知道，用电器工作时要消耗电能。那么，电流经过用电器
后会减小吗？有什么证据支持你的结论？
81第十三章 简单电路
问题解决
1. 教室里，一个开关可以同时控制两盏电灯。请画出相应的电
路图。
2. 如图 13-44 所示，闭合开关，两个灯泡都发光。在不打开盒子
的情况下，如何判断两灯泡的连接方式（电源在盒内）？
图13-44
3. 如图 13-45 所示，灯泡 L 和灯泡 L 是串联还是并联？闭合开
1 2
关后，电流表测量的是哪个灯泡的电流？只要简单改接电路，电流表
就能测量另一个灯泡的电流，请说明怎样改接。
- +
L
1
L
2
图13-45
82电路遵从的基本规律
电 路 遵 循 的 基 本 规 律
欧
姆
第 定
电 阻
变 阻 器
十 律
欧姆定律
四
欧姆定律的应用
跨学科实践
章
音乐喷泉的灯光亮度需要调节，
收音机、电视机的音量需要调节，
电扇的转速也需要调节……
这些都需要通过改变电路中电流的大小来实现。
那么，电流的大小又是由什么决定的呢？一、电 阻
初识电阻
要调节电灯的亮度，就要
调节通过电灯的电流。怎样才
我想设计一盏亮
能改变电路中电流的大小呢？
度能调节的电灯。
活动 14.1 尝试改变电路中电流的大小
实验器材
两节干电池、灯泡、电流表、开关、几根不同的金属丝、导线若干。
想一想
图 14-1 为实验电路图。可用哪些方法来改变
电路中电流的大小？
金属丝
试一试
连接电路，用你想到的方法试一试，并记录观 图14-1 改变电路中的电流
察到的现象。
通过上述活动可知，影响电路中电流大小的因素有两个：一是电路两
端的电压；二是连接在电路中的导体（conductor）。将不同的导体（活动
中使用的金属丝）接在同一个电路中，电流的大小不相等。这是因为，不
同导体对电流的阻碍作用不同。物理学中，用电阻（resistance）表示导体
对电流的阻碍作用。导体的电阻越大，对电流的阻碍作用就越大。
84一、电 阻
影响导体电阻大小的因素
活动 14.2 探究影响导体电阻大小的因素
想一想
影响导体电阻大小的因素可能有哪些？
图 14-2 所示的演示板上有四根金属丝，其中 A、B、C 都是镍铬合金
丝，D 是锰铜合金丝；A、C、D 的长度相等，B 的长度是 A 的两倍；A、
B、D 的横截面积相等，C 的横截面积是 A 的两倍。如图 14-3 所示，分别
把演示板上的导体接入电路的M、N两点间，怎样用实验验证你的猜想？
S
A
S
B
2S
C
D S
M
N
S
S
2S
S
图14-2 演示板 图14-3 探究影响导体电阻大小的因素
做一做
将四根金属丝分别接入电路，闭合开关，将测量的数据记录在表格中。
接入的导体 长 度 横截面积 电流I / A
A（镍铬合金丝） l S
B（镍铬合金丝） 2l S
C（镍铬合金丝） l 2S
D（锰铜合金丝） l S
85第十四章 欧姆定律
说一说
分析以上实验数据，你对影响导体电阻大小的因素有哪些认识？你的
实验结论是什么？
大量实验表明，电阻的大小与导体的材料、长度和横截面积等因素有
关。相同材料的导体，长度越长，横截面积越小，电阻越大。电阻是导体
本身的一种属性。
电阻通常用字母R表示，在国际单位制中，它的
单位是欧姆，简称欧，符号为Ω。这是为了纪念欧姆
（图14-4）对电学研究的贡献而命名的。
电阻的常用单位还有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）
等。电阻单位的换算关系是
1 MΩ = 1×103 kΩ
图14-4 欧姆（Georg Simon
1 kΩ = 1×103 Ω
Ohm，1789—1854），德国物理
电阻的大小还与导体的温度有关。例如， 学家
“220 V 40 W”的白炽灯，未接入电路时灯丝电阻约为100 Ω，正常工作时灯
丝温度升高，电阻约为1 200 Ω。
物质的导电性能
导电性能是物质的一种属性，不同材料的导电性
能不同。容易导电的物体叫作导体，如金属、石墨、
人体、大地以及酸、碱、盐的水溶液等；不容易导电
的物体叫作绝缘体（insulator），如橡胶、玻璃、陶
瓷、塑料、油等。
实验表明，导体和绝缘体之间并没有绝对的界限。
原来不容易导电的物体，当条件改变时，也有可能变成
导体。例如，常态下的玻璃是相当好的绝缘体，但如果给
玻璃加热，使它达到炽热状态，它就变成导体了。再如，
纯净的水不容易导电，但含有杂质的水却较容易导电。
一些常见物质在通常情况下的导电性能如图 14-5
图14-5 一些常见物质的
所示。
导电性能
86一、电 阻
导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，叫作半导体（semiconductor）。
锗和硅是常用的两种半导体材料。半导体材料经过特殊处理后，可以制成
二极管、三极管等，它们是计算机和其他电子设备的重要元器件。有些半
导体材料的导电性能受光照、温度、压力等的影响而显著变化，有些半导
体有特殊的光电特性，能在一定条件下释放光能。人们利用半导体的这些
特性，制成了光敏电阻、热敏电阻、力敏电阻等传感元件，以及发光二极
管等（图14-6）。这些发明，使得现代电子工业的发展突飞猛进。
（a）光敏电阻 （b）热敏电阻 （c）力敏电阻
（d）发光二极管
图14-6 一些半导体器件
科学家还发现了超导体（superconductor），它在超低温的情况下电阻
突然减小为零。超导体有着十分广阔的应用前景。
生活 物理 社会
超导研究与中国科学家的贡献
1911年，荷兰物理学家昂内斯发现，当水银的温度降到-268.95 ℃
时，其电阻会完全消失，这种现象叫作超导现象。在特定温度以下
电阻为零的导体叫作超导体。导体电阻转变为零的温度称为超导体
的临界温度。
利用超导现象，可以大大降低输电过程中的能量损耗，并能节
省设备占用的空间。超导体的临界温度越高，应用限制越少，应
87第十四章 欧姆定律
用范围越广。因此，各国科学家都在努力寻找临界温度更高的超导
体。我国在这一领域的研究起步较晚，但经过多年的努力，在理论
研究和技术应用方面都已跻身世界前列。
1987 年，我国物理学家
赵忠贤（图14-7）及其研究团
队，创造性地制成了临界温度
约为-183 ℃的超导体，打破
了“超导体的临界温度不能高
于-233.15 ℃”的“麦克米兰极
限”。后来，他又成功将世界超
导研究的“禁区”—含铁材料
图14-7 赵忠贤，中国科学院院士，2024年
被授予“人民科学家”国家荣誉称号
转变成了超导体，使超导材料功
能更强。
我国在超导应用方面的研究也取得了不少成绩。2021年1月，我国
研制的速度达620 km/h的高温超导高速磁悬浮工程化样车及试验线正
式启用。同年12月，上海市用1 200 m长的超导电缆为徐汇区核心商业
街4万多用户供电。这是目前世界上输电距离最长的超导电缆工程。
实践与练习
1. 试用实验判断：下列物体中哪些是导体，哪些是绝缘体？
食用油、酱油、醋、空气、食盐水、糖水、橡皮、干毛巾、湿毛
巾、塑料尺。
2. 在探究金属丝的电阻与长度和横截面积的关系时，小明手边只
有一根金属丝，他该怎么做？请你帮他设计实验方案。
3. 我国在高温超导领域的研究和应用上已达世界先进水平。请查阅
资料，了解我国在超导领域的研究历史和最新进展，以及我国物理学家
在这一领域的贡献，并与同学交流。
88二、变 阻 器
最简便的方法是接入
如果要使灯泡的亮度 可连续变化的电阻。
连续可调，应该怎么办？
怎样改变电阻
活动 14.3 用铅笔芯改变电路中的电流
做一做
用小刀将铅笔剖成两半，留下附着铅笔芯的那一半，按图14-8 连接到
电路中。将导线的N端固定在铅笔芯上，闭合开关，使M端在铅笔芯上左
右移动，观察灯泡亮度和电流表示数的变化。
+ -
M
N
图14-8 灯泡亮度和电流表示数如何变化
议一议
1. 当 M 端向左移动时，接入电路的铅笔芯长度如何变化？电流表示数
和灯泡亮度如何变化？
89第十四章 欧姆定律
2. 当 M 端向右移动时，接入电路的铅笔芯长度如何变化？电流表示数
和灯泡的亮度如何变化？
3. 这个实验中，引起电流连续变化的原因是什么？
通过上述活动可知，调节接入电路的铅笔芯长度，可以连续改变接入
电路的电阻，从而达到连续改变电流大小的目的。根据这一原理，人们发
明了滑动变阻器，它可以连续改变电阻的大小。
滑动变阻器
图 14-9 所示是实验室中常用的滑动变阻器。它的主要部件有滑片 P、
金属杆、瓷管和电阻丝等。电阻丝表面涂有绝缘漆，密绕在瓷管上。电阻
丝的两端分别与接线柱A、B相连，它与滑片P接触处的绝缘漆已被刮去，
金属杆两端的接线柱C、D 都能通过滑片P与电阻丝相连接。
金属杆
滑片P
D
C
C D
B P
A
电阻丝 A B
瓷管
（a）实物图 （b）结构示意图 （c）电路符号
图14-9 滑动变阻器
滑动变阻器的铭牌上还标有电阻丝的最大阻值和工作时允许通过的最
大电流值。
活动 14.4 学习使用滑动变阻器
想一想
观察滑动变阻器实物，并与图 14-9 进行对照，了解其结构、各部分的
名称和铭牌上各参数的含义。
1. 滑动变阻器共有四个接线柱，如果只选择其中的两个接入电路，可
90二、变 阻 器
能有哪几种接法？
2. 如果将滑动变阻器的 A、D 两个接线柱接入电路，电流将流过滑动
变阻器的哪些部分？向右（或向左）移动滑片 P 时，滑动变阻器接入电路
的电阻将怎样改变？为什么？电路中的电流将怎样改变？
3. 若另选两个接线柱将滑动变阻器接入电路，情况又会怎样？
做一做
1. 按图14-10连接电路。
N
M
- + C P
D
A
B
图14-10 学习使用滑动变阻器
2. 按表格中的顺序，依次把滑动变阻器的接线柱接入电路中的 M、N
两点间。闭合开关，移动滑片P，观察灯泡亮度和电流表示数的变化，并将
观察到的现象记录在表格中。
序号 使用的接线柱 滑片P移动的方向 灯泡亮度的变化 电流表示数的变化
① A、D
② A、C
③ B、D
④ B、C
⑤ A、B
⑥ C、D
91第十四章 欧姆定律
议一议
1. 滑动变阻器是怎样改变电阻的？
2. 要利用滑动变阻器改变电路中电流的大小，应选择哪两个接线柱接
入电路？
3. 利用滑动变阻器改变电路中电流的大小，在接通电路前，应移动滑
片P，使滑动变阻器接入电路的阻值最大，为什么？
除滑动变阻器外，常见的变阻器还有图 14-11 所示的电阻箱和图 14-12
所示的电位器等。
图14-11 电阻箱 图14-12 电位器
实践与练习
1. 某滑动变阻器的铭牌上标有“10 Ω 2 A”字样，其中的“10 Ω”
和“2 A”分别表示什么含义？
2. 查阅电阻箱的使用说明书，了解它的使
用方法。图 14-13 所示的电阻箱，此时的电阻
是多少欧？该电阻箱的最大电阻是多少欧？与
滑动变阻器相比，它具有什么优点和缺点？
图14-13
92二、变 阻 器
3. 将图14-14所示的实验器材连接成电路。要求闭合开关后，当滑
动变阻器的滑片P向D端移动时，灯泡L变暗，电流表示数减小。先画
出电路图，再用笔画线表示导线，将各实验器材连接起来。
L
- + C P
D
A
B
图14-14
4. 图 14-15 所示是一种自动测定油箱内油量的简易装置。R 是滑
2
动变阻器，它的金属滑片连在杠杆的一端。从油量表（由电流表改装
而成）指针所指的刻度就可以知道油箱内油量的多少。试说明它的工
作原理。
R
1
油量表
R
2
浮标 S
图14-15
93三、欧姆定律
要解决这个问题，
在调光灯的电路中，
我们必须了解电流与电
如果电源电压大于灯泡的额
压、电阻之间究竟有什
定电压，就需要串联一个电
么关系。
阻，如何选择这个电阻？
电流与电压、电阻的关系
学生实验 探究电流与电压、电阻的关系
猜想与设计
1. 通过导体的电流与电压、电阻有什么关系？有哪些事实支持你的猜想？
2. 如何探究通过导体的电流与它两端电压的关系？如何探究通过导体
的电流与导体电阻的关系？
3. 请设计实验方案，并画出电路图。
实验与记录
1. 按图14-16连接电路。
S
R P
图14-16 探究电流与电压、电阻的关系
94三、欧姆定律
2. 保持电阻 R 不变，研究通过它的电流与其两端电压的关系，并把测
量的数据填入表1中。
表1 R = Ω
实验序号 U/V I/A
①
②
③
④
⑤
3. 保持电阻两端的电压不变，换用不同的电阻 R，研究通过电阻的电流
与电阻大小的关系，并把测量的数据填入表2中。
表2 U = V
实验序号 R/Ω I/A
①
②
③
④
⑤
交流与小结
1. 根据表 1 中的数据，在图 14-17 的坐标系中画出 I-U 图像，你有什
么发现？
2. 分析表2中的数据，你有什么发现？
3. 综合考虑以上两方面的因素，你能得到什么结论？
I/A
O U/V
图14-17 画出I-U图像
95第十四章 欧姆定律
方法技巧
在“探究电流与电压、电阻的关系”实验中，影响电流大小的因素有多
个，我们在研究某个因素（如电压）对电流大小的影响时，只改变这个因素，
而保持其他因素（如电阻）不变，从而确定电流与该因素的关系。同样，再
对其他因素逐个进行探究，就能得出结论。这种方法称为控制变量法。
欧姆定律
欧姆用实验的方法，研究了电流与电压和电阻的关系，得出了下面的
结论：
导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。
人们把这个规律叫作欧姆定律（Ohm’s law），用公式可以表示为
式中，I为通过导体的电流，单位为安（A）；U为导体两端的电压，单位为
伏（V）；R为导体的电阻，单位为欧（Ω）。
例题 小明在修理航模遥控器时，需要在开关闭合的状态下检测一个
阻值为2 kΩ的电阻中的电流是否为正常值1.5 mA。
（1）在不破坏电路的前提下，能否检测？需要测量哪个物理量？
（2）该物理量的测量值为多大时，表明电阻中的电流为正常值？
分析 不破坏电路时，无法将电流表与电阻串联，因而无法直接测量
电流。由欧姆定律公式 可知，只要用电压表测出电阻两端的电压（已
知电阻为2 kΩ），就可算出电阻中的电流。
解答 （1）可以检测。需要测量的物理量是电阻两端的电压。
（2）由欧姆定律I = 可知，若电阻中的电流正常，则电阻两端的电压
U = IR = 1.5 × 10-3 A × 2 × 103 Ω = 3 V
即当电阻两端电压为3 V 时，电阻中的电流为正常值。
反思 这里给出了一种转换的方法，即将不易直接测量的物理量（电流）转
换为易测量的物理量（电压）。我们是否在其他电路测量中采用过类似的方法?
96三、欧姆定律
实践与练习
1. 某汽车前照灯的额定电压为12 V，正常发光时的电阻为2.4 Ω，
它正常发光时的电流是多大？
2. 某电烙铁工作时的电压是220 V，电流是0.2 A，它的电阻是多大？
3. 图14-18是小明在探究电流与电压、电阻的关系时所用的电路，
表格中是实验时记录的电压表和电流表的示数。电路中所用电阻R约
为多少欧？
R
实验序号 U/V I/A
① 1.0 0.20
② 2.0 0.40
- +
③ 2.5 0.48
图14-18
97四、欧姆定律的应用
测量电阻
将欧姆定律的公式变形可得
根据这一公式可知，只要测出导体两端的电压和通过导体的电流，就
可以计算出这个导体电阻的大小。因此，该公式给出了一种测量未知电阻
的方法。
学生实验 用电流表和电压表测量电阻
实验器材
直流电源、电流表、电压表、开关、阻值未知的定值电阻、滑动变阻
器和导线等。
设计与实验
请在右边的虚线框中画出电
路图。根据实验原理，在表格中
填入需要测量和计算的物理量的
名称及单位。
根据你设计的实验步骤进行测量，并将数据记录在表格中。
实验序号
①
②
③
数据处理
把各次测量的数据代入公式，计算出电阻值，然后对多次实验的结果
求平均值。
98四、欧姆定律的应用
上述测量电阻的方法通常叫作“伏安法”。用这种方法也可以测量灯
泡的电阻。
电路设计
在一些电路设计中，电源电压大于用电器的额定电压，需要选择合适
的电子元件来保护电路，为此需要应用欧姆定律进行电路计算。
例题 已知电源电压为 6 V，灯泡上标有“4.8 V 0.3 A”字样。为了
使灯泡正常发光，需要在电路中串联多大的保护电阻？
分析 由灯泡上标注的字样可知，它的额
定电压为 4.8 V，额定电流为 0.3 A。而电源电
L
R
压为 6 V，大于灯泡的额定电压，因此需要串
联一个合适的保护电阻 R（图 14-19），使灯
S
泡两端的实际电压 U 为 4.8 V。根据串联电路
L
电流、电压的特点，可知通过保护电阻的电流
图14-19
I 和加在其两端的电压 U 。根据欧姆定律，可
R
求得保护电阻的阻值。
解答 由串联电路电压的特点可知U = U + U ，故加在保护电阻两端的电压
L R
U = U-U
R L
= 6 V - 4.8 V
= 1.2 V
由串联电路电流的特点可知，通过保护电阻的电流与灯泡的电流大小
相等，故灯泡正常发光时，通过保护电阻的电流I = 0.3 A 。
根据欧姆定律，需要在电路中串联的保护电阻的阻值
= 4 Ω
反思 可以用其他方法来求解吗？如果用一个滑动变阻器来控制电路
中的电流，以调节灯泡的亮度，还需要保护电阻吗？如果需要，保护电阻
的阻值应当如何确定？
99第十四章 欧姆定律
方法技巧
数学方法在物理学中有广泛的应用，用公式表达物理概念和规律就是其
中之一。例如，欧姆定律公式就以简洁的形式表达了导体中的电流与电压、
电阻的关系。
此外，从某个或某些物理规律出发，通过数学公式的逻辑推演，可以得
到一些有用的推论。
在应用数学方法时，我们必须理解公式的物理意义。
实践与练习
S
1. 如图14-20所示，电源电压不变，
闭合开关，滑动变阻器的滑片 P 自 A 向 P A
B
B滑动。试问：
（1）电流表的示数如何变化？
L
（2）电压表的示数如何变化？
图14-20
2. 在图14-21所示的电路中，电源电
R
压为12 V，当开关闭合后，电压表示数为
8 V。已知灯泡的电阻R = 10 Ω，则通过
L L
灯泡的电流是多大？电阻R是多大？
S
图14-21
100四、欧姆定律的应用
3. 在图 14-22 所示的部分电路中，R = 15 Ω，R = 25 Ω，电流表
1 2
示数为 0.6 A。若把电流表改接在电阻 R 的支路中，则电流表的示数为
2
多大？
R
1
R
2
图14-22
4. 在图 14-23 所示的电路中，定值电阻 R = 10 Ω。闭合开关 S、
1
S ，电流表示数 I = 0.3 A；断开开关 S ，闭合开关 S ，电流表示数
1 1 1 2
I = 0.5 A。求电阻 R 的阻值。
2 2
R
1
S
R 1
2
S
2
S
图14-23
101跨学科实践 设计简单电路
图 14-24 是某医院住院病区的场景。值班室的护士是如何知道
哪位病人有服务需求的？
2号床病人在呼叫，
我得赶快过去看看。
图14-24 病床呼叫系统
生活中，有许多任务可以通过简单电路来完成，如医院里的病床呼
叫系统和交通信号灯系统等。我们也可以尝试设计并制作这样的简单电
路模型。
任务与要求
1. 设计并制作病床呼叫系统模型。
调查医院的病床呼叫系统，了解它的功能。图14-25反映了病人与
护士的信息传递关系：病人按动床头按钮，发出求助信息；护士听到铃
声，再观察指示灯编号，就能判断发出求助信息的病床号。如何用电路
实现这样的功能？
2号病床 护士
发出求助信息 接收病床信息
判断病床信息
图14-25 病人与护士的信息传递关系
102跨学科实践
病区有多张病床，编号分别为 1 号、2 号、3 号……请以三个床位
为例，画出病床呼叫系统的电路图。根据所要实现的功能选择器材来制
作模型。
2. 设计交通信号灯系统模型。
在城镇道路的许多地方设置有交通信号灯，以保证行人的安全和车
辆的有序通行。
观察交通信号灯的工作情况。
例如，信号灯共设置了多少种颜色？
设置在哪些位置？这些信号灯是如
在马路边观察时，一
何指挥人行和车行的？
定要注意安全。
给如图14-26所示的人行横道
设计一个控制东西方向车行和南北
方向人行的交通信号灯电路。为简
单起见，只设置红、绿两种颜色的
信号灯。请画出电路图，选择器材
并连接电路，制作交通信号灯系统
模型，分别陈述人行时段和车行时
段各信号灯的状态。
比较自制模型与实际交通信号
灯系统的差别。实际交通信号灯系
统的功能更多，如车行绿灯与人行 图14-26 人行横道
红灯不会同时亮起，人行红灯亮起数秒后车行绿灯才会亮起；车行时段、
人行时段的时长由交通管理部门控制；等等。你可以从中受到启发，对
自制的电路模型加以改进。
交流与评价
1. 以小论文的形式介绍自己设计的电路模型，包括设计方案、器材
选用依据、模拟电路等。
2.向同学展示自制的电路模型，介绍设计方案及关键制作步骤。
3. 对小论文内容的准确性与完整性，以及自制的系统模型的制作工
艺、使用效果和创新性等进行评价。
103素养进阶
内容梳理
电路计算
电压
探究电流与电压、 公式
电阻的关系 应用
电流 欧姆定律 测量电阻
电阻
电路设计
认
识 材料
探究 应用
影响因素 长度 变阻器
横截面积
反思提升
1. 回顾曾做过的实验，哪些用到了控制变量法？举例说明是如何
控制变量的。
2. 利用滑动变阻器改变电阻的原理是什么？如图 14-27 所示的滑
动变阻器，将哪两个接线柱连入电
D
路，相当于定值电阻？将哪两个接 P
C
线柱连入电路，相当于一根导线？
将“A、D 两个接线柱连入电路”
A B
和“B、D 两个接线柱连入电路”，
改变电阻时的操作有什么不同？
图14-27
104素养进阶
3. 导体的电阻跟哪些因素有关？为什么说电阻是导体的一种属性？
4. 如图 14-28 所示，闭合开关 S ，两
1 S
1
灯泡正常工作；再闭合开关 S ，灯泡 L 还
2 1
发光吗？做一做，并尝试用欧姆定律解释
S
2
看到的现象。
L L
1 2
图14-28
问题解决
1. 有一个额定电压为 2.5 V、电阻为 10 Ω 的灯泡，要使它接到
电压为 7.5 V 的电源上正常发光，需要再选择一个电阻组成电路。画
出电路图，并求出该电阻的阻值。
2. 图 14-29（a）所示的电阻箱也是一种变阻器，它的优点是可
以直接读出电阻值。调节旋钮可以改变它接入电路的电阻，且能读出
阻值。
如图 14-29（b）所示，将灯泡（图中未画出）接到电路的 M、N
两点间，闭合开关，读出电流表的示数 I，再断开开关。想一想：如
何利用电阻箱得到灯泡的电阻？写出你的做法。
R
- +
N
M
（a） （b）
图14-29
105第十四章 欧姆定律
3. 如图14-30所示，现有电池组、开关、灯泡、电压表、滑动变阻
器、定值电阻（阻值为5 Ω），以及导线（未画出）。请设计实验测量
灯泡的电阻。
（1）在虚线框中画出电路图（电压表接线画在首次使用的位置）。
（2）写出主要的实验步骤（包括计算灯泡电阻的表达式），并
进行实验。
（3）分别测量灯泡发光较暗时和正常发光时的电阻。你有什么
发现？请解释原因。
R L
- +
图14-30
106附 录
常用物理量及其单位
物 理 量 单 位
备 注
名 称 符 号 名 称 符 号
功 W
焦耳（焦） J 1 J = 1 N·m
热量 Q
瓦特（瓦） W 1 W = 1 J / s
功率 P 兆瓦 MW 1 MW = 106 W
千瓦 kW 1 kW = 103 W
焦/千克 J / kg
热值 q
焦/米3 J / m3
安培（安） A
1 mA = 10-3 A
电流 I 毫安 mA
1 μA = 10-6 A
微安 μA
伏特（伏） V
1 kV = 103 V
电压 U 千伏 kV
1 mV = 10-3 V
毫伏 mV
欧姆（欧） Ω
1 MΩ = 106 Ω
电阻 R 兆欧 MΩ
1 kΩ = 103 Ω
千欧 kΩ
107物理学名词中英文索引
词 汇 英文对照 页 码
B
半导体 semiconductor 87
比热容 specific heat capacity 43
并联电路 parallel circuit 62
C
超导体 superconductor 87
串联电路 series circuit 62
D
导体 conductor 84
电流 electric current 66
电流表 ammeter 68
电路 electric circuit 58
电压 voltage 71
电压表 voltmeter 72
电源 power supply 56
电阻 resistance 84
定滑轮 fixed pulley 11
动滑轮 movable pulley 11
动能 kinetic energy 30
E
额定电压 rated voltage 71
额定电流 rated current 71
G
杠杆 lever 2
功 work 15
功率 power 18
108物理学名词中英文索引
续 表
词 汇 英文对照 页 码
H
滑轮 pulley 10
J
机械功 mechanical work 15
机械能 mechanical energy 34
机械效率 mechanical efficiency 22
绝缘体 insulator 86
N
内能 internal energy 38
O
欧姆定律 Ohm’s law 96
R
热量 heat 41
热值 heat value 51
T
弹性势能 elastic potential energy 32
Z
重力势能 gravitational potential energy 33
109后 记
本套教科书全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，以《义
务教育物理课程标准（2022 年版）》为依据，按物质、运动和相互作用、
能量三大主题构建逻辑结构，系统设计学生实验、探究活动、跨学科实践
活动，充分关注物理学与生活、社会的联系，关注弘扬中华优秀传统文化
和展现科技发展新成果，着力发展学生核心素养。
本套教科书充分汲取了国内外优秀教科书的编写经验和实践成果，凝
聚了众多课程专家、学科专家、教研人员和一线教师的智慧。祝世宁院士
担任本套教科书顾问，刘兵、李春密对本套教科书的编写给予了悉心指导，
朱文军、王思慧、徐小农、邵云等审读了整套教科书，一大批教研员、教
师和学生参与了教科书的试教试用。孙德生、秦嵘、孙春成、骆波、茅云
飞、王宪等对本册教科书进行了精心审读，顾炳峰专门为本册教科书拍摄
了大量插图，朱海伟等为本册教科书提供了精美照片。在此，我们对所有
为本套教科书编写提供支持的社会各界朋友表示衷心的感谢！
本套教科书主编为刘炳昇。本册教科书主编为仲扣庄，编写人员有仲
扣庄、王瑜、仲新元，参与编写讨论的人员有朱文军、许亚平、陈娴、杨
树崤、徐文杰等。
本套教科书（2012年版）主编为刘炳昇、李容，副主编为叶兵。其中，
九年级上册教科书编写人员有王瑜、叶兵、仲扣庄、仲新元。
教材建设是一项长期的系统性工程，我们热切期望广大教师、学生及家长
参加到教材建设中来，与我们携手为打造培根铸魂、启智增慧的国家精品教材
而不懈努力。联系电话为（025）86633140，编读信箱为 skwljc@126.com。
编 者义 务 教 育 教 科 书
义
务
教
育
义 务 教 育 教 科 书
教
科
YIWU JIAOYU JIAOKESHU
书
物理
物理
九 年 级 上 册 物
WULI
理
九年级
上册
九
年
级
上
册
