物理九上教科版（2025秋）_光塔笔记初中课本_初中物理_教科版

义
义 务 教 育 教 科 书
务
教
育
教
科
书
物理
物理 九年级 上册
物
理
九
九年级 上册
年
级
上
册
批准文号：京发改规〔2016〕13号
价格举报电话：12315
封封面面44442200--33物物理理九九上上..iinndddd 11 22002255//66//1122 下下午午55::0055义 务 教 育 教 科 书
物理
九年级 上册
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扉扉页页物物理理九九上上..iinndddd 11 22002255//66//33 下下午午11::5588致同学们
本套物理教科书将呈现一个神奇的物理世界，一个令人流连忘返
的科学乐园。在这里，我们将像科学家一样，用智慧和双手去探索、
去发现。本书的一些栏目将引导同学们亲历科学探究的过程，参与跨
学科实践活动，更加深入地理解物理世界。
动手实验，经历探究过程，是 实践活动以应用物理知识
同学们自主获取物理知识的主 解决实际问题为主，引导
实验探究 活 动
要学习方式。 同学们深入理解生活中的
现象与问题。
老师通过实验展示物理现象，
探究物理规律，同学们将在老 运用各种途径、各种方
演示实验 师引导下观察、思考、分析。 式，有计划、有目的地了
调 查
解真实情况，获取丰富的
通过逻辑推理解决问题，是发
信息资料，是探究实践的
展逻辑思维的重要方式。
理论探究 一种活动方式。
应用计算机及其相关软件，通
在课外开展小实验、小制
过人机对话的方式开展实验。
数字实验 作，可以与家人、朋友一
家庭实验室
通过观察自然现象、生活现 起来分享实验探究的快乐。
象、实验现象，培养同学们的
观 察 可以检查同学们学习的效
观察能力。
果，有效地提高同学们的
自我评价
以小组的形式讨论交流，探讨 思维能力，深化对知识的
各种各样的问题，充分体现同 理解。
讨论交流
学们的合作精神。
引导同学们走进图书馆、
主题与日常生活、工程实践及 互联网，可以开阔同学们
物理在线
社会发展密切相关，旨在发展 的科学视野。
跨学科实践
跨学科运用知识的能力、分析
关注科学、技术、社会、
和解决问题的能力、动手实践
环境，关注它们之间的相
的能力。 走向社会
互联系，为同学们成为未
通过动脑动手，促进同学们 来社会的主人奠定基础。
核心素养的全面发展。
动手做目 录
第 1 章 内 能
1 分子动理论 …………………………………………… 2
2 内能和热量 …………………………………………… 6
3 比热容 …………………………………………………… 12
4 跨学科实践：风 ………………………………… 17
第 2 章 改变世界的热机
1 热 机 …………………………………………………… 22
2 热机效率 ……………………………………………… 27
3 跨学科实践：保护地球家园 ………… 31
第 3 章 简单电路
1 电现象 …………………………………………………… 36
2 电 路 …………………………………………………… 40
3 电路的连接 ………………………………………… 44
4 跨学科实践：电路创新设计
展示 49
……………………………………………………
第 4 章 电流、电压和电阻
1 电 流 …………………………………………………… 54
2 电 压 …………………………………………………… 58
3 简单电路中电流、电压的特点 ……… 62
4 电 阻 …………………………………………………… 67
5 变阻器 …………………………………………………… 71第 5 章 欧姆定律
1 电流与电压、电阻的关系 ……………… 78
2 欧姆定律 ……………………………………………… 82
3 测量电阻 ……………………………………………… 85
4 等效电路* ……………………………………………… 90
第 6 章 电功率
1 电 功 …………………………………………………… 96
2 电功率 ………………………………………………… 100
3 焦耳定律 …………………………………………… 106
4 跨学科实践：半导体与光伏
发电 110
…………………………………………………
第 7 章 磁与电
1 磁现象 ………………………………………………… 116
2 电流的磁场 ……………………………………… 122
3 电磁铁 ………………………………………………… 127
4 跨学科实践：指南针 ……………………… 132
第 8 章 电磁相互作用
1 电磁感应现象 …………………………………… 138
2 磁场对电流的作用 ………………………… 143
3 跨学科实践：传感技术 ………………… 150
附 录 156
………………………………………………………科学探究活动目录
观 察 通电螺线管的磁场方向……………………………124
液体的扩散现象 ………………………………………… 3 自制电磁铁 ………………………………………………127
风向…………………………………………………………… 17 影响电磁铁磁性强弱的因素……………………128
热机的原理 ……………………………………………… 22 导体在磁场中产生电流的条件 ………………139
汽油机工作的四个冲程…………………………… 25 让通电导线在磁场中动起来……………………143
摩擦起电…………………………………………………… 36
灯泡的亮度 ……………………………………………… 54 活 动
水流与电流 ……………………………………………… 58 让笔杆热起来……………………………………………… 8
电压表 ……………………………………………………… 60 让灯泡亮起来…………………………………………… 40
电阻箱 ……………………………………………………… 93 连接电路…………………………………………………… 42
磁场的分布 ………………………………………………118 让两只灯泡都亮起来 ……………………………… 44
从直线电流的磁场到通电螺线管的 连接并联电路…………………………………………… 46
磁场 ………………………………………………………123 做一个导电性检测器 ……………………………… 67
让灯泡逐渐亮起来…………………………………… 71
实验探究 计算电能…………………………………………………… 98
比较不同物质的吸热情况 ……………………… 13 比较灯泡的亮度 ………………………………………103
连接串联电路…………………………………………… 45 自制灯泡……………………………………………………106
测量通过灯泡的电流 ……………………………… 56 组装电磁继电器 ………………………………………129
测量灯泡两端的电压 ……………………………… 61 磁场对通电线圈的作用……………………………144
串联电路中的电流…………………………………… 62 调查家庭中的电动机 ………………………………148
并联电路中的电流…………………………………… 63 声电转换……………………………………………………151
电路中的电压…………………………………………… 64 电声转换……………………………………………………152
导体的电阻大小与导体的哪些因素
讨论交流
有关 ……………………………………………………… 69
用滑动变阻器改变小电动机的转速 ……… 72 冰山有内能吗……………………………………………… 7
串联电路的等效电阻 ……………………………… 90 认识燃料…………………………………………………… 10
电功率与电压、电流的关系……………………101 使用燃料…………………………………………………… 10
二极管的导电性 ………………………………………110 水吸热多少与哪些因素有关…………………… 12
太阳能电池的输出功率……………………………112 海陆风和陆海风 ……………………………………… 18
画出磁场的方向 ………………………………………118 蒸汽机是怎样工作的 ……………………………… 23热机里的能量转化…………………………………… 27
小鸟会触电吗…………………………………………… 65
家庭实验室
电流表和电压表的连接方式…………………… 84 观察分子间的相互作用力 ………………………… 5
家庭中的电能转化…………………………………… 96 沙子变热的原因 ……………………………………… 11
1度电的作用 …………………………………………… 98 制作热风车 ……………………………………………… 26
消耗了多少电能 ………………………………………101 自制小台灯 ……………………………………………… 43
黑盒游戏…………………………………………………… 47
演示实验 制作电流方向检测装置…………………………… 57
分子间的作用力 ………………………………………… 4
制作一个有两种亮度的小台灯 ……………… 65
改进小台灯 ……………………………………………… 74
温度对扩散的影响……………………………………… 6
测量电阻的其他方法 ……………………………… 88
气体的内能 ………………………………………………… 8
认识多用电表…………………………………………… 88
内能转化为机械能…………………………………… 24
制作一台泡沫板切割机……………………………109
排斥与吸引 ……………………………………………… 37
磁屏蔽 ………………………………………………………120
电荷的移动 ……………………………………………… 38
通电螺线管的磁场……………………………………126
测量未知电阻…………………………………………… 85
将继电器改装成电铃 ………………………………130
电流产生的热量与什么因素有关……………107
玩具电动机能发电吗 ………………………………142
磁化……………………………………………………………125
电磁现象中的能量转化……………………………148
理论探究
推导并联电路的等效电阻 ……………………… 91 走向社会
电流产生的热量与电阻的关系 ………………108 家用电器的能效标识 ……………………………… 99
做一个家庭用电器的调查 ………………………105
动手做
制作一个小发电机……………………………………140
物理在线
制作一个小电动机……………………………………145
内能与机械能的区别 ……………………………… 11
气候的差异 ……………………………………………… 16
跨学科实践
温室效应…………………………………………………… 19
风 ……………………………………………………………… 17 印制电路板 ……………………………………………… 48
保护地球家园…………………………………………… 31 生物电 ……………………………………………………… 57
电路创新设计展示…………………………………… 49 超导体 ……………………………………………………… 70
半导体与光伏发电……………………………………110 磁悬浮列车 ………………………………………………131
指南针 ………………………………………………………132 中国古代确定方位的基本方法 ………………134
传感技术……………………………………………………150 三峡大坝发电机组……………………………………149第 1章
内 能
群山之巅，白雪皑皑。
天高云阔，气象万千。
在空中，在雪中，在地表，在地下，构成物质的微小粒子无处不在。
它们的排列和运动，构筑了我们这个或温暖或炽热或寒冷的世界。
阳光铺洒在雪地上，带来温暖，带来融化，带来昼夜温差，带来
四季轮转。这是热的作用，这有能量的影子。
◆ 分子动理论
◆ 内能和热量
◆ 比热容
◆ 跨学科实践：风
2物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
1! 詳啣詐纇㞀
图1-1-1 駵䕯繫疶
时间：2 000多年前 时间：春秋战国时期
留基伯：把一粒砂糖 《墨子·经下》：非半弗斫，则不动，说
分成两半，每一半都是砂 在端。
糖。再把其中的一半分成两 《庄子·天下》：一尺之捶，日取其半，万
半，每一半还是砂糖…… 世不竭。
如此不断分割下去，有没
有一个限度呢？
德谟克利特：世界由无
数很小的不可再分的粒子
构成。
庄子 墨子
图1-1-3
物质的构成
从古至今，人们一直在探究物质构成的
奥秘。2 000多年前，古希腊学者德谟克利特
猜想，物质是由很多很小的微粒构成的。春秋
战国时期，墨子提出物体不断分割到最小的
一点，称为“端”。到19世纪，科学家已确
图1-1-2
3譊2諌 内能
认：常见的物质是由大量的分子（molecule）、原
子（atom）构成的。分子有不同的种类，物质所含
分子的种类不同，物质的性质就不同。这个结论，
是人类几千年探索的结果。
分子非常小，如果把分子看成小球，那么，
一般分子的直径大约只有10-10 m。在放大上亿倍的
扫描隧道显微镜（STM）下，可以观察到物质表
图1-1-4 髯↙褘喕嘼訊脩
面的分子结构（图1-1-4）。我们所见的物体中，都
STM鮜岹貶蘙偂禖鉤踠銐橂
含有大量分子。草叶上的一滴小露珠，就有1021个
∕納
水分子。假如一个微小动物，每秒喝1万个水分
子，喝完这滴露珠，要用30亿年！
分子的运动
我们能闻到鲜花的香味，是因为从鲜花中散
发出的具有香味的物质分子跑到了周围空气中，
进入了鼻子。这是一种扩散现象。
观 察
液体的扩散现象
图1-1-5 峠㟥掃訊簊㝪㞌
量筒中装一半清水，将 訝䲪憁曔桇駵䕯慙䬢菗摜禦
硫酸铜溶液注入水的下方，
由于硫酸铜溶液的密度比水
大，会沉在量筒的下部，可
以看到开始时无色的清水与
蓝色的硫酸铜溶液之间有明
显的界面（图1-1-6）。静置
几日后，界面逐渐模糊不清
了。分析这个物理现象，关
开始时 2日后 10日后
于分子的运动有哪些认识？
图1-1-6 琽贛菗憁曔縁㠧
4物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
像这样，由于分子运动，不同的物质在互相接
触时，彼此进入对方的现象，叫作扩散（diffusion）。
实验表明，不仅在气体、液体中会发生扩散，
在固体中也会发生扩散。气体、液体和固体中的每
一个分子都在永不停息地做无规则运动。
分子间的作用力
分子在不停地运动。为什么液体和固体还有一
定的体积呢？为什么伸长的橡皮筋能恢复原状呢？
这些都与分子间存在着作用力有关。
演示实验
分子间的作用力
图1-1-7
1.用力将两块平整干净的铅柱紧紧地压在一
起，它们就会结合起来，甚至在下方吊挂一个重
物也不会分开（图1-1-7）。
2.用注射器抽取半筒水，用手指堵住注射器
的筒口（图1-1-8）。推压注射器的活塞，看看能
否将水压缩。
图1-1-8
通过以上观察，你对分子间的作用力有什么
认识？
分子间既有引力又有斥力，就像有一个小弹簧
连着似的（图1-1-9）。分子间距离变小时，表现为
斥力；分子间距离变大时，表现为引力。如果分子
间距离非常大，它们之间的作用力就可以忽略。
图1-1-9 詳啣䇅菗閣脩臟溦⿱
在分子的“生活”中，分子间的相互作用力具
5譊2諌 内能
有很大的意义。物质三种常见状态—气态、液
态和固态，其区别就在于三态中分子间的相互作
用力和分子的运动状态不同，如图1-1-10所示。
（a）固体中，分子间的作用 （b）液体中，分子在某位置 （c）气体中，分子间的作用
力很大，分子只能在各自的 振动一段时间后，可能移到 力几乎为零，分子可以在空
平衡位置附近振动 另一个位置附近振动 间中到处移动
图1-1-10 篵㣮鞒褔婞㖄籞嵏菗詳啣溦⿱
综上所述，物质是由大量分子构成的，分
子都在不停地做无规则的运动，分子间存在着引
力和斥力。这就是分子动理论（kinetic theory of
molecules）的基本内容。
发展空间
观察分子间的相互作用力
家庭实验室 把一块表面很干净的玻璃板挂在弹簧测
力计下面，使玻璃板刚好和水面接触（图1-1-
11）。再慢慢地提起弹簧测力计，观察玻璃板离
开水面前后测力计的示数变化。
图1-1-11
1.什么是扩散现象？扩散现象可以说明什么？
2.请用分子动理论来解释：为什么筷子不容易被弯曲？
自我评价
3.清清的流水、晶莹的冰晶、缥缈的水汽，构成它们的都是水分子，
为什么它们有不同的状态呢？物质的宏观特征可以从其微观结构上找到原
因。请根据分子动理论的知识解释这个问题。
6物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
2! 説霘縹禔㶞
图1-2-1 銻瞴違玀禔(cid:22351)僉
“今天天气晴间多云，最高气温35 ℃。”真热！
这是太阳在向大地辐射能量。
温度与热运动
宏观现象中包含着许多微观信息。对扩散现象
的探究，可以帮助我们了解分子世界中的一些奥秘。
演示实验
温度对扩散的影响 冷水 热水 冷水 热水
把两滴蓝墨水分别同时滴入盛有冷
水和热水的两个玻璃杯中（图 1-2-2），
比较两杯水中墨水扩散的快慢，能得出
什么结论？ 开始时 10分钟后
图1-2-2
温度表示物体的冷热程度。物体的温度越
高，扩散越快，说明构成物体的大量分子做无规则
运动越剧烈。也就是说，温度反映了构成物体的大
量分子做无规则运动的剧烈程度。因此，人们常
常把物体内部大量分子的无规则运动叫作热运动
图1-2-3 儅禔├儅聽㳋㝯徹
（thermal motion）。
㖌岹鞣飤榖
7譊2諌 内能
物体的内能
运动的物体具有动能，做热运动的分子同样也
具有动能。分子间存在着引力和斥力，就像有弹簧
连接着。伸缩的弹簧具有弹性势能，同样，彼此间
存在相互作用的分子也具有势能。物体内所有分子
热运动的动能和分子势能的总和，叫作物体的内能
（internal energy）。 图1-2-4 徹贛禔㟷∕桪蠨銜
徹贛閭㲶縛菗瓡嫳姳宂䲗䇅
内能是储存在物体内部的能量。同一物体，温
揟█㞺栍徹贛鞣閽㲶縛詳啣
度越高，物体内分子运动越剧烈，分子动能越大， 禔㮝詐広鐵桇鞣閽菗
内能也会越大。例如，一杯水的温度由10 ℃升高
到20 ℃，那么，这杯水的内能一定也增加了。
讨论交流
冰山有内能吗
南极洲极冷，分析下面小企鹅的对话，你有什么看法？
不会，物
质都是由分子
构成的，冰山
我们这里年平
中的分子也在
均气温是-31 ℃，
做热运动，所
这里的冰山肯定没
以冰山也具有
有内能了。
内能。
图1-2-5 飾濱銻垊説霘菗嚪㞣
内能的改变会影响物体内部分子的运动和排列
结构，从而引起热膨胀、熔化、凝固、蒸发等各种
热现象。
改变内能的方式
内能，是不同于机械能的一种能量形式。它可
8篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
以通过靠近火堆来增加，也可以由双手摩擦获得，
还可以来自通电的电热器……
玏!詐
㝯謮槩禔㤾樑
拿一支铅笔，怎样做能让笔杆热起来？试一试有几种方法。和同学进行交
流，统计所有的方法，并进行归纳分类。
改变物体的内能，可以归结为两种方式：一
种是以内能的形式从一个物体向另一个物体直接传
递，叫作禔訛㯟䲓heat transfer䲔。在热传递过程
中，转移内能的多少叫作禔㶞䲓heat䲔。另一种是
从其他形式的能量转化为内能或内能转化为其他形
式的能量，叫作漣責。
皞蠨嘄䙤
熲贛菗説霘
气球破裂瞬间，气球内的气体体积增大，对外
槶朶
做功。如图1-2-6所示，传感器记录下了这一过程 ◆无线温度—压强传感器
◆气球
中气球内气体的温度和压强的变化。气体的内能会
◆计算机
怎样变化？
（a）用传感器记录气球内气体温 （b）气球破裂瞬间气球内气体温度（上
度和压强 方曲线）和压强（下方曲线）的变化
∕1-2-6 脩訛弣鮪換訙熲贛説霘菗獼僉
9譊2諌 内能
由此可见，做功可以改变物体的内能。
事实上，对于热起来的笔杆，如果我们没有看
见它内能改变的过程，根据结果能判断内能增大的
原因吗？是由于烈日照晒，还是由于用手摩擦？显
然，这是无法判断的。热传递和做功在改变物体内
能上是等效的，功、热量和内能有相同的单位，都
是焦耳。
一定条件下，内能可以方便地转移或与其他形
式的能量相互转化，因此，内能为人类所广泛利用
（图1-2-7）。
（a）远古时期，人类 （b）通过炼钢炉加热，改变铁的 （c）地下蕴藏着丰富的地热资源，世
学会了钻木取火的方法 内能，可以使铁熔化 界上很多国家使用地热取暖或发电
图1-2-7 暞獼縹訊脩篵贛菗説霘
燃烧：放出热量
秋天的晚上，同学们在野外露营，围坐在一
堆熊熊燃烧的篝火旁，欢乐地歌唱、讲故事……
在篝火旁，我们会感到暖意。从微观上来
看，这主要是由于篝火周围空气中分子的热运动
变得剧烈了。这意味着空气内能增加了，这些能
量来自燃烧的篝火。
燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程
中，燃料的化学能转化为内能。在现代社会，人
类所用的大部分能量仍然来自各种燃料的燃烧。
:物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
讨论交流
认识燃料
燃料的种类有很多，木柴是燃料，煤、汽油、柴油和天然气等也是燃料。
你还知道哪些燃料？和同学交流。
根据经验，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是否相同？
不同燃料的成分不同，储存化学能的多少也 一些常见燃料的热值
不同。因此，相同质量的不同燃料在完全燃烧时 燃料 热值
放出的热量一般是不同的。为了描述燃料的燃 媦榾櫖 鉐1.2≠107 J/kg
祾穈 鉐2.9≠107 J/kg
烧特性，我们把燃料完全燃烧放出的热量 Q 与
枼祾穈 鉐3.4≠107 J/kg
燃料质量 m 之比，叫作这种燃料的热值（heat 㴡躤 3.0≠107 J/kg
value），用符号 q 表示，即 秬礮 3.0≠107 J/kg
榾礮 3.4≠107 J/kg
q 的单位：J/kg
QQ 櫖犩 4.3≠107 J/kg
q== Q的单位：J
mm 穈犩 4.6≠107 J/kg
m的单位：kg
牊犩 4.6≠107 J/kg
QQ
对对于于气气体体燃燃料料来来说说，，热热值值常常用用 来计算。知 燆 1.4≠108 J/kg
VV
徹姩穈熲䲓0.8䳮1.9䲔≠107 J/m3
道了热值，就可以算出一定质量（或体积）的燃料
儃稅熲 䲓0.9䳮4.5䲔≠107 J/m3
完全燃烧时所放出的热量。
天然气表
讨论交流
使用燃料
请从上表中查出天然气的热值（取中间值），描述它的含义。某家庭使用天
然气做饭、洗澡，月消耗约33 m3，相当于完全燃烧多少千克干木柴？
1月1日示数 2月1日示数
图1-2-8 儃稅熲㐩菗蠨曨
1月消耗天然气=_______ -_______
21譊2諌 内能
发展空间
沙子变热的原因
家庭实验室 在玻璃试管里，装上一小半试管的沙子，将温度
计插在沙子中（图1-2-9）。用力晃动试管几十下，观
察温度计示数的变化，并解释看到的现象。
图1-2-9
1.用打气筒给车胎打气，筒壁下部的温度有什么变化？这属于用哪一
种方式改变物体的内能？
自我评价
2.一杯水的温度由30℃降低到10℃，那么，这杯水的内能会怎样变化？
3.试计算50 g酒精完全燃烧放出的热量。
内能与机械能的区别
物理在线 抛到空中的球，离开地面，具有重力势能。球在空中飞行，具有动
能。球内的大量分子做无规则运动，而且分子之间有相互作用，因此球还
具有内能。机械能与整个物体的机械运动情况有关，内能与物体内部分子
的热运动和分子间的相互作用情况有关，因此二者是不同的（图1-2-10）。
机械能
内能
研究对象：物体
研究对象：构成
大小：取决于物
物体的分子
体整体的运动状态
大小：取决于分
子所处的状态
图 1-2-10 説霘鞲槙毻霘菗諑壓
22物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
3! 煖禔噀
图1-3-1 牸癎鞲僿珨
夏日炎炎，赤脚奔跑在滚烫的沙滩上，拥抱
蔚蓝的大海……
同样在太阳的照射下，为什么人们感觉到海
水比沙子凉呢？
物质的吸热性能
物体由于吸收或放出热量而使其温度变化的过
程，实质上是内能转移的过程。对属于同种物质的
物体，吸收热量的多少与哪些因素有关呢？
讨论交流
水吸热多少与哪些因素有关
烧水的经验也许会对我们有所启发（图
1-3-2）。烧开一壶水和烧开半壶水，哪个需要的
热量多？把一壶水烧开和烧成温水，哪个需要
的热量多？
图1-3-2 禋燡
大量的生活经验和实验说明，对属于同种物质
的物体，吸收或放出热量的多少，与物体质量的大
小及温度变化的多少有关。
23譊2諌 内能
那么，不同物质的物体吸收热量的多少与哪
些因素有关呢？我们取质量相等的两种物质，例
如水和油，让它们吸收相同的热量，比较它们升
高的温度是否相同，就可判断它们的吸热性能是
否相同。
实验探究
比较不同物质的吸热情况
在两只相同的烧杯中分别加入质量相等的水和油
材料
（煤 油 或 食 用 油）， 如 图 ◆烧杯 2 只
◆电加热器 2 套
(cid:9046)(cid:5075)(cid:16590)
1-3-3所示，用规格相同的
◆温度计（或温度
电加热器加热，用温度计
传感器）2 只
（或温度传感器）测量它们 ◆秒表 1 只
◆水 200 g
(cid:10850)(cid:1997)(cid:9754)(cid:2965)
的温度变化。每隔20 s观察
(cid:18926)(cid:7395)(cid:2333) ◆油 200 g
(cid:8545)(cid:21901)(cid:5955)(cid:8678)(cid:21902) 一次水和油的温度变化， ◆铁架台 1 套
记录数据并填入表格。
图1-3-3
加热时间/s 0 20 40 60 80 100 クク
水
温度/℃
油
T/(cid:270)
100 电加热器每秒放
90
出的热量是一定的，可
80 (cid:9873)(cid:8678)
认为，相同时间内，液
70
60 体吸收的热量相同。图
(cid:8545)
50
1-3-4是使用温度传感
40
30 器采集温度数据，得到
20
的水和煤油的温度—时
10
间图像。
0 20 40 60 80 100120140160180200220240260 t/s
图1-3-4 燡縹穈犩菗瓡嫳ア柣䇅∕納
24篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
实验表明，物体吸收热量的多少，不仅与其质
量及温度的变化有关，还与它是什么物质有关。
!煖禔噀
物理学中常用比热容来描述不同物质的吸热性
鳘慚篵㣮菗煖禔噀
煖禔噀/ 能。如果质量为 m的某种物质从外界吸收的热量
篵㣮
䳋J·䲓 kg·セ䲔-1䳍
燡 4.2≠103 为Q，温度升高了 Δt，，则则 就是这种物质的煖
㴡躤 2.4≠103
脌犩 2.4≠103 禔噀䲓specific heat capacity䲔，用符号 c 表示，
穈犩 2.1≠103
銻 2.1≠103 单位是 J/（kg· ℃）。
鵖䪢犩 1.8≠103
1 kg的某种物质温度降低1 ℃放出的热量和它
牸蘙 0.92≠103
䂭 0.88≠103 温度升高1 ℃吸收的热量相等，因此，用比热容同
媦狿╪ 0.84≠103 样可以描述物质的放热性能。比热容是物质的一种
䂑├䁲 0.46≠103
重要特性。这种特性不仅在生活和生产中有广泛应
䂬 0.39≠103
燡䃆 0.14≠103 用（图1-3-5），对于我们理解自然现象、预测大自
然的气候变化，也有很大的帮助。
（a）种植花草树木，可以改善 （b）工厂里的冷却塔大多用水
局部的“小气候” 作为冷却介质
∕1-3-5 篵㣮煖禔噀菗訊脩
比较水和沙石的比热容，请分析阳光照射下的
海水比沙滩温度低的原因。
!禔㶞菗㝧豨
从比热容表中查知某种物质的比热容，我们就
知道了1 kg的这种物质温度升高（或降低） l ℃时
25譊2諌 内能
吸收（或放出）的热量是多少焦耳。
如果用Q 表示吸收的热量，用c表示比热
吸
容，用m表示质量，用t 表示物体原来的温度，用
0
Q
t表示物体后来的温度，根据比热容定义c = ，
mΔt
物体吸收热量：
Q = cm（t－t ）
吸 0
同样的道理，计算物体放出热量的公式：
Q = cm（t －t）
放 0
【例题】把质量为2 kg、温度为20 ℃的水加热
到80 ℃，水吸收的热量是多少焦耳？
解 从比热容表中查知水的比热容是
c = 4.2×103 J/（kg·℃）
水
水吸收的热量
Q = cm（t－t ）
吸 0
= 4.2×103 J/（kg·℃）×2 kg ×（80 ℃－20 ℃）
= 5.04×105 J
图1-3-6 脷濱燡菗煖禔噀㭐僿䲗珼䈃徹驤婞脩燡磗磓
26篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
伦敦 莫斯科
∕1-3-7 貳曘縹鮋杛褘閭榏締媨〢熲瓡䲓鉋鉳䲔縹䈞燡㶞䲓鋙馟櫒䲔菗獼僉
27
(cid:270)(cid:16)(cid:9046)(cid:8513)
(cid:19322)(cid:8545)(cid:18172)(cid:16)(cid:78)(cid:78)
徠坓訠䇅
1.质量为2 kg的水，其温度由20 ℃升高到30 ℃，吸收了8.4×104 J
的热量，那么水的比热容是多少？
颕惷㞊導
2.“早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜。”这句谚语反映了我国新疆某些
地区夏季昼夜温差较大，远大于沿海地区夏季昼夜温差，请解释这种现象。
3.在我国北方地区或在早春寒冷地区，在水田里插上水稻秧苗后，为
了使秧苗夜晚不被冻伤，傍晚就向稻田里灌水，这样做的理由是什么？
熲殻菗姳宂
篵纇╳鉳 查看常见物质的比热容表，有什么发现？结合图1-3-7的地理图表，
请查询互联网或有关图书，了解海洋性气候和大陆性气候不同的原因。
(cid:9046)(cid:4947)(cid:8868)(cid:8760)(cid:5460)(cid:8513)(cid:1350) (cid:9046)(cid:4947)(cid:3668)(cid:19315)(cid:5460)(cid:8513)(cid:1350)
30 600
15 500
0 400
(cid:14)15 300
(cid:14)30 200
(cid:14)45 100
(cid:14)60 0
1 4 7 10 1 4 7 10
(cid:7221)(cid:1066) (cid:7221)(cid:1066)譊2諌 内能
跨跨学学科科实实践践
4! !!䒣
风是我们生活中最常见的大气现象，它与我们学过 图1-4-1 䒣菗屘惵嘄䙤
的运动、密度、压强、能量转化和转移等物理知识密切
相关。通过风这一跨学科主题，让我们一起体验物理学
与生活、气象的关系。
认识风
大气运动形成了风。海陆风、山谷风、城市风、台
风、龙卷风……这些风的成因一样吗？
观 察
风 向
当地面受热均匀时，空气没有相对上升和相对下沉的运动。当A地接受热
量多，B、C两地接受热量少时，A地近地面空气膨胀，致使A地近地面附近空
气密度减小，空气上升，气压降低。B、C两地近地面附近空气向A地流动。
同时A地热空气上升，到上空聚积，使A地上空空气密度增大，因而形成高气
压，A地上空空气向B、C两地上空流动。这两个变化让B高、C两地上空气压大
低 低
于两地近地面附近气压，使空气下沉。空气的这种环形流动，在各个位置形成了
受热
不同方向的风。如图1-4-2所示为A、B、C三B 地的环形风向A路径。 C
高
高 低 低
低 低
受热 高 低 高
B A C B A C
图1-4-2 禔臟縀玗蠨弇∕
高
低 低
28
高 低 高
B A C物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
风是跟地面大致平行的空气流动的现象，是
由于同一水平面上气压分布不均匀而产生的。
我们周围的风
我国处于亚欧大陆上，拥有漫长的海岸线。由
于海陆的比热容等物理性质的不同，冬季亚欧大陆
是冷空气源地，形成冷高压，冷空气从大陆向四周
辐散；夏季陆地加热迅速，形成热低压，暖湿空气
从四周海洋吹向低压中心。这种冬夏相反的风向的
变化，带来了明显的季节性气候变化，这一变化形
成了我国的季风气候。
讨论交流
海陆风和陆海风
对流是夏季海岸形成微风的原因。风有时
吹向海洋，有时吹向陆地。白天，在炎热的日
光下，暖空气从陆地上升起，海洋上来的冷空
气流入陆地进行补充，形成了吹向陆地的海陆
风（图 1-4-3）。请用比热容分析夜间会形成什
么样的风。
图1-4-3 珨䈗䒣縹䈗珨䒣
风具有重要意义，它影响着气候、动植物生
长、人类生产和生活。同时，风能是一种清洁的
可再生能源，在沿海、草原、山区、高原等均可
建设风力发电场，获取电能。
实践活动
以下是一些与风相关的小课题。请结合所处
的区域和自己的研究兴趣，选择一个课题，查找
资料，完成一个小报告，并与同学分享。
29譊2諌 内能
1.利用课余时间，以小组为单位，同时测量城
市中心区和郊区的大致温度，并进行比较，寻找其
中的规律。
2.根据我们学过的
知识解释城市的热岛效应
（图1-4-4），并利用生活 (cid:2150) (cid:10845) (cid:17910)
中常见的器材，设计一个 (cid:10845) (cid:17910) (cid:2150) (cid:8813) (cid:2365) (cid:857) (cid:5359) (cid:822)(cid:2163)(cid:8512)(cid:8813) (cid:2150) (cid:8813) (cid:2365) (cid:857) (cid:5359) (cid:2150)
模拟实验，展示城市风的
形成。
(cid:17910)(cid:2150) (cid:857)(cid:5359)(cid:2150) (cid:17910)(cid:2150)
3.调查一下本地不同 图1-4-4 禔埉暲嫙
季节的风有什么特点，从
多角度思考在城市布局中有污染风险的工业、企业
应如何分布。
发展空间
温室效应
太阳给地球带来热量，地球受热后也会向外发出热辐射。大气层中的
物理在线
二氧化碳等物质会吸收部分辐射，留住一些能量，由此维持地表温度相对
稳定。它的作用像是一个温室，
故称为温室效应。天然的温室效 天然的温室效应 人类加剧了温室效应
应维持着地球家园的温暖。然而
工业革命以来，大气中二氧化碳
等温室气体浓度逐年增大，人 散到太空的热量较多 散到太空的热量较少
为地加剧了地球的温室效应（图
温室气体
阳
太 太
阳 温室气体
1-4-5）。这是全球气候变暖的一 辐 辐 增多
个 资 重 料， 要 进 原 一 因。 步 请 了 通 解 过 温 互 室 联 效 网 应 查 以 阅 及 返回的 量 热 的 射 辐 球 地 射 射 地 球 辐 射 的 热 量 返 热 较 回 量 多 的
应对思路。 热量
较少
图1-4-5
2:篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
蘈㞌㕄祂
1.物质是由大量分子构成的。构成物质的分子在永不停息地做无规则运动。分子间
存在着引力和斥力。
2.分子做无规则运动的剧烈程度跟温度有关。物体内部大量分子的无规则运动叫作
热运动。
3.物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫作物体的内能。
4.改变物体内能的方式有热传递和做功两种。
5.在热传递过程中，转移内能的多少叫作热量。
6. 某种燃料完全燃烧放出的热量与燃料质量之比，叫作这种燃料的热值。
7.如果质量为m的某种物质从外界吸收的热量为Q，温度升高了Δt，，则则 就是
这种物质的比热容。
槄諌僘™䑭
1.宋代王安石诗作《梅花》有云：“遥知 其原理。
不是雪，为有暗香来。”请用分子动理论 4.学习了内能后，小明利用大矿泉水瓶和
解释“有暗香来”这一现象。 小矿泉水瓶、蜡烛、风车、吸管、蚊香、
2.现有一段铁丝，有几种方法能让它的温 打火机、胶水、剪刀等器材和工具，动手
度升高？至少说出两种方法并解释原因。 制作了一个让风车转动的小装置，如图所
3.如图所示，省油灯是我国古代劳动人民 示。请简要说明其原理。
智慧的结晶，一般由上下两个碗状容器组
成，中间有一夹层，夹层有一小孔与外部
相连，上面的碗里盛油，中间的夹层盛
水，这样就能够在使用时省油。请解释
(cid:9627)(cid:14299)
(cid:8677)
(cid:8544)
䲓譊4䑭∕䲔
䲓譊3䑭∕䲔
31譊3諌 改变世界的热机
第 2 章
改变世界的热机
火，点亮了时代。
以燃烧为基础的蒸
汽机，引发了第一次工
业革命。汽油机、柴油
机、燃气轮机、火箭发
动机……为人类提供源
源不断的动力，成为工 ◆ 热机
业时代的基石。 ◆ 热机效率
◆ 跨学科实践：
保护地球家园
32物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
1! 禔! 槙
图2-1-1 亁娕髯菗㬲玗
车流在城市中蜿蜒穿行，货轮在茫茫大海中
航行，飞机在蓝天中翱翔，火箭刺破苍穹……热
机，改变了我们的生活，推动了社会的进步。
利用内能做功
为在路面上行驶的燃油车源源不断提供动力
的，是一种叫作热机（heat engine）的装置。
观 察
热机的原理
如图2-1-2所示，在锥形瓶内装些水，用带小
孔的胶塞塞住瓶口，在小孔上方放一个用纸做成的
小叶轮。加热锥形瓶使水沸腾，细心观察，会发生
什么现象？
图2-1-2 囏囏禔槙
在这个实验中，燃料的化学能转化为内能，
传递给水，水沸腾变成水蒸气，水蒸气驱动叶轮
转动。这样，内能就转化成了叶轮的机械能。
这个实验虽然简单，却展现出热机中能量转化
33譊3諌 改变世界的热机
的基本过程，如图2-1-3所示。热机是通过燃料燃烧
获取内能并将其转化为机械能的装置。
燃料的
燃烧 内能 做功 机械能
化学能
图2-1-3
蒸汽机（steam engine）是最早应用于工业生
产的热机。利用蒸汽做功，可追溯到古希腊时期。
但直到1769年，瓦特（James Watt，1736—1819）
改进、完善了蒸汽机，才使蒸汽机广泛成为带动其
他机器运转的动力装置。
讨论交流
蒸汽机是怎样工作的
图2-1-4是蒸汽机的原理图，汽缸内活塞的左右移动由滑块阀门来控制。
请和同学研究图中的机械结构，说明蒸汽是如何进入汽缸、推动活塞运动、带
动轮子转动的。
进气管 滑块阀门 蒸汽
锅炉
连杆
曲柄带动轮子 排气管
活塞 汽缸
用煤或燃
油作燃料
图2-1-4 瘓㏎䇑䆹襓訝愴諨柣䲗鴲牊鋤姪䌳㮨勝牊錹䲗揥詐玏侼闐愴㮝詐䲗牊錹説菗嫪熲鋤
揁熲豵揁銜
34物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
内燃机
蒸汽机的燃料在汽缸外燃烧，随着应用的不断
深入，人们发现这一模式存在诸多缺陷。于是工程
师们着手设计新的热机。
演示实验
内能转化为机械能
如图2-1-5所示，在透明塑料盒上钻一个小
孔，把电子式火花发生器的放电针插进孔中，打开 火花发生器
盒盖，在盒中滴入几滴酒精，再将盒盖盖好，然后
按下火花发生器的按钮，观察发生的现象。 图2-1-5 竝禋
应用最广泛的一种热机是活塞式内燃
(cid:9623)(cid:14301)(cid:3466) (cid:8617)(cid:13412)
机。汽油、柴油等燃料与空气混合、燃
烧。在活塞式内燃机里，这样的燃烧是在
(cid:17671)(cid:8512)(cid:19220) (cid:6334)(cid:8512)(cid:19220)
(cid:8807)(cid:3466) 汽缸内进行的。汽缸内的每次燃烧，都会
生成高温高压的燃气，推动活塞做功，而
(cid:17674)(cid:7282)
活塞通过连杆、曲轴与飞轮相连，从而使
(cid:7198)(cid:17568)
活塞的移动带动飞轮转动，如图 2-1-6 所
(cid:19978)(cid:17562)
示。内燃机汽缸内进行的一系列有规律的
燃烧，能使飞轮持续转动。
图2-1-6 牊犩槙菗橂㯭
生活中，常见的活塞式内燃机有汽油
机和柴油机。
汽油机的工作过程
要使汽油机连续工作，活塞必须在推动曲轴
后回到原来的位置，以便再次推动曲轴，这就要
求活塞能在汽缸里做往复运动。活塞在往复运动
中从汽缸一端运动到另一端叫作一个冲程。多数
35譊3諌 暞獼骼腨菗禔槙
汽油机是由吸气、压缩、燃烧—膨胀做功（简称
做功）和排气四个冲程的不断循环来保证连续工
作的（图 2-1-7）。
㖅!嚄
牊犩槙姩閣菗繫髟體襫
嬈熲體襫䲪 蒓錞體襫䲪进
进气门打开，排 气门和排气门都关
气门关闭，活塞 闭， 活 塞 向 上 运
向下运动，汽油 动，燃料混合物被
和空气的混合 压缩，压强增大，
物从进气门吸 温度升高。
入汽缸。
漣責體襫䲪在压
揁 熲 體 襫䲪
缩冲程结束时，火花
进气门关闭，排
塞产生电火花，使燃
气门打开，活塞
料猛烈燃烧，产生高
向上运动，把废
温高压的气体。高温
气排出汽缸。
高压气体推动活塞向
下运动，并通过连杆
带动曲轴转动，对外
做功。
∕2-1-7 牊犩槙姩閣菗繫髟體襫
汽油机的一个工作循环要经历四个冲程，属
于四冲程内燃机。它的一个工作循环中，只有
第三个冲程燃气推动活塞做功，把内能转化为机
械能，其他三个冲程是靠飞轮转动的能量来完成
36物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
的。在实际应用中，为了增大功率
和减小震动，常把四个或更多的汽
缸组合在一起，它们的做功冲程是
轮流进行的。如图 2-1-8 所示的内
燃机是一部汽车里配备的四缸发动
机，这是汽车里构造最为精密、复
杂的部件。
图2-1-8 牊㬲脩繫錹徠詐槙
发展空间
制作热风车
家庭实验室 把易拉罐剪开，做成一个如图2-1-9所示的
热风车。下边放一支点燃的蜡烛，叶轮就会转起
来。请用能量的转化来解释这个实验。这和热机
图2-1-9
有类似之处吗？（注意安全！）
1.生活中有哪些地方用到了热机？请列举三处。如果没有热机，我们
的生活会发生哪些变化？
自我评价
2.如图2-1-10所示，当试管中的水蒸气压强增加到一定程度后，橡皮
塞被水蒸气冲出试管口，这个过程中能量如何转化？
3.图2-1-11所示的是我国古代流行于民间的走马灯。当点燃走马灯内的蜡烛时，
燃烧产生的高温气体便上升并推动纸风车和固定在转轴上的纸马转动。请用能量的转化
来解释这个现象。这和内燃机的哪个冲程类似，为什么？
(cid:13284)(cid:19962)(cid:17554)
(cid:13284)(cid:20376)
(cid:15437)(cid:9735)
图2-1-10 图2-1-11
37譊3諌 改变世界的热机
图2-2-1 㤢㬲㮨諀
发现可以利用内能做功并制造出热机，是了不
起的历史大事。热机促使了工业化社会的出现。科
学家、工程师们不断对热机进行改进，他们的目的
是什么？
热机效率
对热机中能量转化进行研究，可以改进热机性
能、有效利用资源、减少排放污染。
热机里的能量转化 燃料释放的热量（100%）
在内燃机里，燃料释放的能量都
到哪里去了呢？图2-2-2表明了某汽 废气（33%～35%）
输
出
车内燃机的能量流向，也表明了有用 有 冷却水（30%～32%）
用 摩擦与辐射（7%～9%）
功在汽车运行中的分配。对照此图， 功
︵
请和同学讨论，描述能量的转化情况。
38
24%
～
30%
2! 禔槙暲綷
讨论交流
100%
发电机风扇（10%）
变速齿轮（10%）
轴（4%）
︶
克服车轮阻力（17%）
克服空气阻力（42%）
克服爬坡阻力（17%）
图2-2-2 牊㬲説竝槙菗霘㶞玗闐物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
热机一般是通过燃料的燃烧来做功的。燃料燃
烧放出的能量，并不能全部用来做有用功。我们把
热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之
比叫作热机的效率（efficiency），用来描述热机的
性能。
热机效率是热机性能的重要指标。下表中是一
些热机的效率，从中我们可以知道这些热机的能量
转化情况。
一些热机的效率
热机 效率
鴲牊槙 6%䳮15%
鴲牊㬺槙 25%䳮30%
竝熲㬺槙 50%䳮60%
牊犩槙 20%䳮30%
櫖犩槙 30%䳮45%
鑊熲宩徠詐槙 50%䳮60%
图2-2-3 18骼鉖髯闃榲䲗鴲
改变世界的热机
牊槙菗嫙脩䲗嘄縁貶鉮銁姩
髂槙毻僉
从18世纪60年代开始，蒸汽机在纺织（图
2-2-3）、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛
应用，结束了以人力、畜力为主要动力的漫长历
史。机械化的工厂如雨后春笋般涌现，使世界进入
了以“火”为动力的“蒸汽机时代”，完成了人类
图2-2-4 脩鴲牊㬺槙徠脽菗
的第一次工业革命。
磓臟徠脽蕒
为了获得更强大的动力、更高的效率，人们以
极大的热情去探索，设计出种类繁多、构造各异的
现代热机。在图2-1-2中，水蒸气驱动叶轮转动，
这是最简单的轮机（turbine）。轮机广泛应用在早
期的火车、现代大型火力发电厂（图2-2-4）以及大
图2-2-5 僿㲶詳鎖髂槙毻桇
型舰船上。在很多汽车、农业机械（图2-2-5）、轮
䌱櫖犩槙姩閣菗
39譊3諌 改变世界的热机
船上配备的是汽油机和柴油机。在航
空航天中，使用的是更加高效的喷气
式发动机（jet engine）。
热机使登天揽月、日行万里的梦想
成为现实，世界因此而改变（图2-2-6）。
飞向太空
人类很早就梦想着飞向太空。14
世纪末，中国人万户，精心制作了一
个以47支火箭作为动力的装置，进行
图2-2-6 帶禔槙麂仹蚏菗閭褔測㯧姩獸炰╳
了“飞天”尝试，是人类飞行史上的
嚾█纄獼惵エ█纄槷ォ
先驱者。
万户所用的火箭，是在竹筒（或纸筒）内装
上火药，点燃火药后，火药燃烧产生的气体体积
膨胀，从竹筒的尾端向后高速喷出，推动箭筒向
前飞行（图2-2-7）。这和现代火箭发动机（rocket
engine）的原理是一样的。
图2-2-7 惷↙餷錯菗磓貆
我国不仅是火箭的发源地，还是一个航天大
国，我国的长征系列运载火箭（图2-2-8）有着极
佳的性能。
长
征 长 长 长 长 长 长 长
十 征 征 征 征 征 征 征
一 七 六 五 四 三 二 一
号 号 号 号 号 号 号 号
系 系 系 系 系 系 系 系
列 列 列 列 列 列 列 列
CZ-11 CZ-7 CZ-6 CZ-5B CZ-5 CZ-4C CZ-4B CZ-4A CZ-3CCZ-3B CZ-3A CZ-3 CZ-2F CZ-2E CZ-2DCZ-2C CZ-2 CZ-1
2015 2016 2015 2020 2016 2006 1999 1988—19902008 1996 1994 1984—200019991990—1995 1992 1982 1974—1978 1970—1971
图2-2-8 惷↙艷㯭菗䅏岋軶興㲶詳㮝㭉磓貆
3:篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
常用的火箭是多级火箭。如图2-2-9所示
是一枚三级火箭的运行过程。三级火箭的第一级
在燃料用完以后就自动脱落，以减少质量；随后
第二级点火发动，燃料用完后也将自动脱落，再
点燃第三级。
利用火箭，人类不仅可以发射人造卫星，还成
功地发射了载人宇宙飞船。2003年10月15日，
神舟五号载人飞船用长征二号F运载火箭发射成
功，将航天员送上太空，实现了中国人的飞天之
梦。2012年6月18日，神舟九号飞船与天宫一号
交会对接成功，将三位航天员送入天宫一号实验
舱。2021年6月至2023年5月，长征二号F运载
火箭托举神舟飞船，先后将五批航天员送上中国空
间站。中国，已跨入“太空文明”新时代。
徠坓訠䇅
1.热机效率可以达到100%吗？为什么？
2.国产大飞机C919已经冲上云霄、逐梦蓝天。燃料在飞机发动
颕惷㞊導
机内发生了哪些能量转化？
3.小明有一个工程师梦想，他希望通过自己的努力将热机的效率
进一步提高，他可以在哪些方面对热机进行改进和创新？如果他的梦
想实现了，会给我们的生活带来哪些影响？
4.一辆燃油汽车在1 h内沿平直公路匀速行驶了54 km，消耗汽
油约5.5 L，质量为4 kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒为1 000 N。
（汽油的热值为4.6×107 J/kg）求：
（1）发动机做的有用功；
（2）燃料完全燃烧放出的热量；
（3）发动机的效率。
∕2-2-9 鞒鉒磓貆嚾鳘䑬徹㯭塒栦㯎鞔儅訠菗㮔襫
41譊3諌 改变世界的热机
跨学科实践
3! 漿懛█纄嘼ⅶ
图2-3-1 █纄╳惷憚慐髯
地球是人类共同的家园，保护地球环境是每
个人的天职。地球环境与我们学过的温度、物态变
化、燃烧、热机、内能转化和利用等物理学知识息
息相关。“保护地球家园”的跨学科实践，将带领大
家深刻理解物理学与生活、技术、社会的重要关系。
我们面临的困扰
在火力发电厂中，轮机将煤燃烧释放的内能
转化为电能，输送到各行各业和千家万户。在获
得电能的同时，燃烧形成的污染物也给环境带来
了压力。
我们的主要交通工具—汽车，已经是许多城
市环境污染的主要来源之一。汽油和柴油的燃烧，
不仅排放了大量氮氧化物、碳氧化物和铅，汽车
内燃机的废气和冷却水还会带走总热量的60%左
右，对环境产生较大的热污染，成为城市热岛效应
的元凶之一。此外，各种汽车发出的噪声也是危害
人们身心健康的公害之一。
热机排出的二氧化碳所引起的额外温室效应，
对地球表面的热平衡有较大影响。
42篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
!↙嘼徠坓愃膖
人类社会的发展离不开对内能的利用，燃料是
获取内能的主要来源。通过技术革新，可以大大降
低燃料使用过程中带来的负面影响。
燃煤发电是我国重要的发电方式。我国科研工
作者坚持科技创新，不断提高燃煤效率，使我国燃
煤发电技术水平领先世界。我国已建成全球最大的
清洁煤电供应体系。
650
200
100
1997 2004 2012 2020 (cid:6036)(cid:15737)(cid:5025)(cid:1066)
∕2-3-2 竝穈脽蕒燗燌僉篵揁暤櫲彎
!漿懛█纄鋤惷漣㤾
地球在我们手中！每个人都应该为保护我们
的绿色家园贡献一份力量。请从以下课题中选择其
一，通过实践活动形成成果，并与同学分享。
1. 了解所在区域的空气质量状况，并调查热机
43
(cid:21902)3(cid:14)m(cid:101)gm(cid:21901)(cid:16)(cid:1385)(cid:19325)(cid:6763)(cid:6335)(cid:10134)(cid:2115)(cid:8532)(cid:8539)
1989 年 12 月 26
日，第七届全国人民
代表大会常务委员会
第十一次会议通过了
《中华人民共和国环境
保护法》。2014年4月
24日，第十二届全国
人民代表大会常务委
员会第八次会议对其
进行了修订。
“绿水青山就是金山银山”。随着科技的进
步，在使用传统能源的同时，我国已经有能力利
用绿色能源，研究和开发低能耗、少污染的高性
能动力机械，控制和减少污染，坚定不移走生态
优先、绿色低碳的高质量发展之路。近年来，我
国不断更新燃煤电厂氮氧化物排放标准（图2-3-
2），积极稳妥地推动“碳达峰”“碳中和”，彰显了
大国的使命担当。
(cid:10461)(cid:15737)(cid:3114)(cid:7476) (cid:3114)(cid:4323)(cid:822)(cid:17941)(cid:3841)(cid:16046)(cid:8559)
(cid:16046)(cid:8559) (cid:3165)(cid:6886)(cid:6764)(cid:5065)(cid:4299)(cid:10461)
(cid:17074)(cid:1147)(cid:6335)(cid:6763)
50譊3諌 改变世界的热机
的使用是否影响空气质量，撰写一篇小论文。
2.从出行、饮食、购物、用水用电等多方面考
虑，拟订属于自己的《个人低碳生活行为指南》。
3. 轮胎外形、车辆自重、发动机工作模式……
哪些方面会影响汽车发动机的效率？查阅资料进行
了解，完成一篇报告。
实践活动评价
惷菗玏詐珽嶧菗喕褘 惷菗玏詐–銔菗篵纇涢崿縹㖇岤 惷菗玏詐惵橦 惷菗㖅祂 惷菗䆿䑭
知识要点
1.热机是通过燃料燃烧获取内能并将其转化为机械能的装置。
2.根据工作物质加热方式和做功方式的不同，热机可以分为蒸汽机、轮机、内燃机、
喷气式发动机和火箭发动机等。
3.内燃机是燃料在汽缸内燃烧、对外做功的机器。
4.内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。
5.热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫作热机的效率。
44物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
本章复习题
1.内燃机的一个工作循环中，哪些冲程 （1）与燃油汽车相比，电动汽车在环保节
伴随着内能与机械能的转化？具体是怎 能方面有什么优点？请至少列出两条。
么转化的？ （2）请从节能和减排两个方面对燃油汽车
2.某型号汽车在车型测试中，在一段平 提出技术改进设想。
直的公路上以 80 km/h 的速度匀速行驶 （3）请就合理使用机动车提几条建议。
了 6 km，消耗汽油 1.5 L。已知汽油密 4.在学校的科技活动中，小明用易拉罐制
度为 ρ = 0.7×103 kg/m3 ，汽油的热 作了一辆小车，如图所示，往易拉罐内喷
汽油
值q = 4.6×107 J/kg。假设汽油完全燃 入一些雾状酒精并点燃后，小车就会向前
汽油
烧，汽油机的效率为40%，则该型号汽 行驶。从能量转化的角度来看，小车被燃
车在以此速度行驶的过程中，受到的阻 气推动的过程与内燃机的哪个冲程类似？
力是多大？
3.汽车的广泛应用，促进了经济的繁荣，
给社会生活带来了便利，但也带来了环境
污染。我国十分重视对汽车尾气排放的治
理和控制，积极推进新能源汽车的发展。
䲓譊4䑭∕䲔
45譊4諌 简单电路
第 3 章
简单电路
水果电池，组成简单电路；中国电网，是最庞大的电路；集成
块中，有最微小的电路；计算机内，电路板更是复杂而神秘……所
有电路都是由大量的简单电路组合而成的。
◆ 电现象
◆ 电路
◆ 电路的连接
◆ 跨学科实践： 电路创新设计展示
46篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
1! 脽縁㠧
∕3-1-1 儃鞔菗䆻脽桇誠黩䲯
电可以存在于手电筒中，也可以像闪电那样神
秘。电使我们的房间充满光明，使计算机能够工
作……关于电，有许许多多神奇的故事。
!䌪脽縁㠧
2 500多年前，古希腊人发现，用丝绸擦拭过
的琥珀，能吸起地上的羽毛。我国东汉学者王充在
《论衡》中有“顿牟掇芥”的记载，即琥珀能吸引
微小的干草屑末。这些都是静电现象。
㖅!嚄
攽昗㤾脽
用丝绸摩擦玻璃棒，或用
毛皮摩擦橡胶棒，然后靠近纸屑
（图3-1-2），会看到什么现象？
再试试看，其他物体摩擦后
能带电吗？
∕3-1-2 脩髑鋑攽昗㮔菗縒翚汋霘嬈宲鉪坈
摩擦过的物体能够吸引轻小物体，我们就说它
带了电，或者说带上了电荷。用摩擦的方式使物体
47譊4諌 简单电路
带电，叫作摩擦起电（electrifi cation by friction）。
研究表明，自然界中只存在两种电荷。1747
年，富兰克林（B.Franklin，1706—1790）把用丝
绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫作正电荷（positive
charge），把用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷叫作
负电荷（negative charge）。
丝绸 玻璃棒
摩擦后的物体为什么能带电呢？直到人们弄
清了原子结构的秘密后，才对静电现象有了科学
的解释。
我们知道，原子是由原子核与电子组成的，原
图3-1-3 攽昗㤾脽媬鞣桇許
子核带正电，电子带负电。在通常情况下，原子是
㯭貶脽魋䲗饌桇脽魋鋤鳘髟
电中性的，由原子组成的物体也呈电中性。不同物 篵贛㬸襓訝饃鳘髟篵贛䲗漢
炰├㣥脽魋詳孼
质的原子核束缚电子的本领不同。两个物体互相摩
擦时，哪个物体的原子核束缚电子的本领弱，它的
从这个现象来看，
一些电子就会转移到另一个物体上（图3-1-3）。失
玻璃中原子核束缚电
去电子的物体因缺少电子而带正电，得到电子的物 子的本领要弱于丝绸
中的原子核。
体因为有了多余电子而带等量的负电。
电荷间的相互作用
演示实验
排斥与吸引
如 图3-1-4所 示， 分
别将带有正、负不同电荷
的小球悬挂起来，慢慢靠
近。你发现了什么现象？
图3-1-4 婈脽魋菗篵贛鞣䋑㕄揟㖪圑霘徠脠蒘撥閣脩
实验表明：同种电荷互相排斥，异种电荷互相
吸引。
48篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
(cid:18173)(cid:4490)(cid:10543) 用验电器可以检测物体是否带电（图3-1-5）。
使烟尘中的颗粒带上负电荷，颗粒便被吸引到
(cid:18173)(cid:4490)(cid:7282)
带正电荷的金属网上，这就是静电除尘。使喷出的
(cid:18173)(cid:4490)(cid:12480)
雾状油漆带负电荷，待喷涂物件带正电荷，油漆液
滴便会均匀地附着在物件表面，这就是静电喷涂。
利用电荷间的相互作用，我们还可以实现静电复
∕3-1-5 脩婈脽贛揟㖪䙤脽
鮪菗㶠坧纄䲗㶠坧豥圑頓寋 印、静电植绒、静电喷药等。
孼┝欴捸嗈菗銐橂䲗龔霘詳
!脽魋菗襓詐
橓䙤脽鮪菗姩閣摜纇瀘䲯
电荷在不同物体间的移动，使我们可以通过
摩擦让物体带电。那么电荷在同一个物体中可以
移动吗？
皞蠨嘄䙤
(cid:18173)(cid:4490)(cid:7678)
脽魋菗襓詐
槶朶
如图3-1-6所示，取
◆箔片验电器 2 只
两个相同的验电器A和 ◆带绝缘柄的金属棒
A B
◆起电机
B，使A带电，B不带电。
用带绝缘柄的金属棒把A和B的金属球连接起
∕3-1-6 脽魋╳㶠坧汋髯菗 来，可以看到什么现象？
襓詐
可以看到 A的金属箔张开的角度减小，B的金
属箔张开。这表明验电器B也带了电，有电荷通
过金属棒发生了移动。电荷的定向移动，形成了
脽玗䲓current䲔。物理学中规定，正电荷定向移动
的方向为电流的方向。
上述实验中，A、B之间的电流是短暂的，并不
是持续的。实际应用的电流常常是持续的，那么怎
样得到持续的电流呢？这要从一只青蛙说起……
1780 年，意大利生物学家伽伐尼（L.Galvani，
1737—1798）发现，用连接起来的两个不同金属棒接
49譊4諌 豋讞脽㦷
触一只死青蛙的腿，蛙腿会像触电一样抽动。1800
年，在这个现象的启发下，伏打（A.Volta，1745—
1827）用锌片和铜片夹上盐水浸湿的纸片，发明了脽
爙䲓battery䲔，使人们第一次获得了持续的电流。
电池有正、负两个极，在闭合回路中，电流从
∕3-1-7 犢慜徠栍貶脽爙
正极流出，经过用电器后从负极流回电池。我们在
日常生活中接触的电池种类很多（图3-1-8），但大
多数都利用了伏打电池的基本原理，把化学能转化
成电能。
纽扣电池 可充电电池
电动自行车
锂电池
电动汽车锂电池
铅酸蓄电池
干电池
∕3-1-8 脠玏髯婞㖄菗脽爙
徠坓訠䇅
1.用塑料梳子梳比较干燥的头发时，
云层
经常会看到头发相互排斥开；当梳子靠近
颕惷㞊導
头发时，又会看到头发被梳子吸引。请解
避雷针
释这些现象产生的原因。
2.避雷针的发明是为了避免雷击造成的伤害。图 房屋
3-1-9是闪电电流通过避雷针的示意图，请在图中标出
该电流的方向。
3.用毛皮分别摩擦一段塑料管和一块剪成丝带的
大地
塑料后，将塑料丝带抛向空中。当塑料丝带下落时，
在下方用塑料管承托，发现它会悬在空中一段时间。
∕3-1-9 㱌䋈䁘
请解释塑料丝带滞空的原因。
4:
正正文文44442200--33物物理理 九九年年级级上上册册..iinndddd 3399 22002255//66//1100 99::0033::1144篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
2! 脽! 㦷
∕3-2-1 脽臟鍝銟桇脠玏├脠
攙菗㶜㕄漿䉭 水沿江河奔流，车顺道路前行，电荷在电路
中流动。
从小小的台灯到高高架起的电网线路，从奔
驰的汽车到飞向太空的火箭……电路无处不在。
电路是如何组成的？
!脽㦷菗鉼惵
玏!詐
㝯磛狫産㤾樑
槶朶
现有电池、灯泡、开
◆ 电池2节（两个电池盒
关和导线（图3-2-2），
首尾相扣，可将两节电
池的正、负极相连）
试着把它们连接起来，
◆ 灯泡1只
使灯泡发光，并能控制 ∕3-2-2 嵠欱㮫揟慓霘㝯磛狫 ◆ 开关1个
産㤾樑䲯 ◆ 导线若干
它的亮灭。
如果灯泡亮起来了，我们就连成了一个简单
的脽㦷䲓electric circuit䲔。电池提供能量，物理学
发电机也是一种
中将电池这类提供电能的装置，叫作脽疊䲓power
电源，我们家庭用的
电是由发电厂里的发 supply䲔；灯泡消耗电能，将电能转化成光能和内
电机提供的。
能，是脩脽鮪䲓electric appliance䲔；孼飾䲓switch䲔
51譊4諌 简单电路
控制着电流的通断。用导线把电源、用电器、开关
连接起来，就组成了电路。
通路、开路和短路
如图3-2-3所示，闭合电路中的开关，就有
电流通过用电器，接通的电路叫作通路（closed
circuit）。断开开关，电路中就没有电流了，断开
的电路叫作开路（open circuit），也叫断路。
通路 开路
图3-2-3 㯧㦷縹孼㦷
有时，由于错误的操作或故障，使导线不通
过用电器直接跟电源两极连接，电路的这种状态
叫作短路（short circuit）。电源被短路时，用电
器不能工作，而且会烧坏电源，甚至造成火灾（图
3-2-4）。因此，一定要避免短路。
电路图
图3-2-4 蘒㦷
在设计电路时，画出电路中的电源、开关、用
电器等元件的实物图，不是一件容易的事情，且不
规范。因此，国家制定了统一标准，规定了电路图
形符号（图3-2-5）。使用这种符号画出的电路叫作
电路图（circuit diagram）。
52物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
使用统一标准的
电路图形符号，方便
设计与交流。 (cid:10850)(cid:8589)
(cid:977)(cid:2294)(cid:826)(cid:11301)(cid:17675)(cid:11185)(cid:4393)(cid:13292)
(cid:9628)(cid:8718)
(cid:11301)(cid:17675)(cid:11185)(cid:4393)(cid:13292) (cid:2302)(cid:1654)(cid:953)(cid:7342)(cid:12494)
M
(cid:5165)(cid:1696) (cid:10850)(cid:2005)(cid:7271)
(cid:10850)(cid:19304)(cid:2965)
图3-2-5 脽㦷髯婞脩菗∕屘譃惻
电路图能清晰地表示电路连接的情况，利用
电路图，我们能很容易地了解电路是怎样工作
的。图 3-2-6 是某同学设计的门铃电路（电铃的电
路图形符号为 ），请画出电路图。
电路图是一种国际通用的科技语言，是各种电
器技术说明的重要组成部分，是指导电器生产、安
图3-2-6 檪閽喕㞄㝧菗䆹䂓
装、使用和维修的重要技术资料。
脽㦷
活 动
连接电路
小聪利用一种单刀双掷开关设计了一个红绿交通信号灯模型电路。请根
据电路图（图3-2-7）连接电路，并通过实验看看它的作用。
53譊4諌 豋讞脽㦷
L
1
L1 槶朶
L ◆ 电池2节
2 S
◆ 灯泡2只
L2 ◆ 单刀双掷开关1个
E ◆ 导线若干
∕3-2-7 講惻磛溦⿱
∕3-2-8
脽㦷∕
徠坓訠䇅
颕艷囏慪磛
嘼嫼嘄䙤嘑 假如我们在野外露营，这时，最需要
的就是一个小台灯了。用1只灯泡、2节电
池、1个开关和若干导线，尝试做一个简易
的小台灯（图3-2-9）。
∕3-2-9 颕艷囏慪磛
1. 很多手机都带有手电筒功能，打开开关，手机上的发光二极管就会
发光。请设计一个简单的手电筒电路图，想一想用身边的哪些材料可以制
颕惷㞊導
作一只小手电筒。
2.小明想设计一个由干电池供电、能控制微型电动机工作的电路。这
个电路可以是怎样的呢？请在虚线框中画出电路图，并在图3-2-10中用笔
画线代替导线连接电路。
∕3-2-10
54篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
3! 脽㦷菗㮫揟
∕3-3-1 磛喪栧㐭鞯菗兦橝
节日的晚上，当我们和家人一起在街上漫步
諏掃蝕ⅶ菗僰梮
时，映入眼帘的五光十色的彩灯，是那样赏心悦
目， 引人遐思。
这一串串的彩灯是怎样连接的呢？
玏!詐
㝯魑饌磛狫㳋産㤾樑
现有 2 节电池、2 只灯泡、2 个开关和若干
导线，试着把它们连接起来，让 2 只灯泡都能 槶朶
◆ 电池2节
亮起来。
◆ 灯泡2只
画出电路图，和同学进行交流，看有几种不 ◆ 开关2个
◆ 导线若干
同的连接方式。
小聪的设计
我的设计
∕3-3-2
55譊4諌 简单电路
串联电路
任何用电器只有和电源形成一个闭合
的路径，才能正常工作。简单的连接方式
是把电路元件逐个按顺序首尾连接起来，
接入电路，这样连接成的电路叫作串联电
路（series circuit）。串联电路只为电流提
图3-3-3 溦扗脩脽鮪菗鬈閧
供了一条通路。
实验探究
连接串联电路
小明设计的小彩灯电路是采用串联方式连接的
（图3-3-4）。串联电路有什么特点呢？
以图3-3-5为例，按照一定的顺序连接电路：
从电池的正极开始，依次连接开关S、灯L 、灯
1 图3-3-4 囏屩磛脽㦷
L ，最后连接电池的负极。注意在连接过程中，开
2
L 2 L 1
关应处于断开状态。
然后，闭合和断开开关，观察开关对两只灯泡
的控制情况。改变开关 S在电路中的位置，再次
E S
连接电路，重复以上操作，观察并记录现象。
图3-3-5 鬈閧脽㦷
开关的位置 电路图 现象
S╳L 縹脽爙 材料
1
炰樿黪䇅
◆ 电池2节
◆ 灯泡2只
S╳L 縹L 黪䇅
1 2 ◆ 开关1个
S╳L 縹脽爙
◆ 导线若干
2
㣥樿黪䇅
串联电路中，只要有一个地方发生开路，电
路中就没有电流。因此，开关的作用和它的位置无
关，总是同时控制着连入电路里的全部用电器。
56篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
!媬閧脽㦷
串联电路中，电流只有一条通路，不能分别控
制用电器。在图3-3-2小聪的设计中，各用电器都
在各自独立的分支上，电流有多条通路。像这样，
两个或两个以上电路元件并列接在电路两点间，
由这种方式连接成的电路叫作媬閧脽㦷䲓parallel
circuit䲔。
玏!詐
㮫揟媬閧脽㦷
如何给一个房子模型布线呢？两个房间中，
各有一个开关和一盏电灯，所有电灯共用一组电
池和一个总开关。试画出电路图。
在图3-3-6中，用笔画线代替导线连接电
路，并画出电流的流动路径，分析开关是怎样控
制电灯的亮和灭的。然后，实际做一做，看看我
们的分析是否正确。
进户线
槶朶
∕3-3-7 嘼嫼脽㦷蠨弇∕
◆ 电池2节
◆ 灯泡2只
◆ 开关3个
L ◆ 导线若干
S
1
S
(cid:6007)(cid:7270)(cid:1649)(cid:10849)(cid:2964) 2
S3
(cid:10849)(cid:2405)(cid:19962)
∕3-3-6 豋讞菗愽䇅娖鉳
S
4
(cid:16589)(cid:12483)(cid:7270)
S
(cid:17671)(cid:5987)(cid:13291) 家庭电路是以并联方式连接的（图3-3-7、图
∕3-3-8 嘼嫼脽㦷菗脽㦷∕ 3-3-8）。并联电路中，没有出现分支的部分叫作干
57譊4諌 简单电路
路，各个分支叫作支路。只有干路上的开关能控制
所有用电器，每个支路上的开关只能控制这个支路
上的用电器。
集成电路
串联和并联是电路最基本的连接方式。在实际
电路中，许多元器件是通过串联和并联组合的方式
连接的。
随着现代电子技术的飞速发展，科学家们已经
能在很小的单晶片上构接数千万个电子元件，这种
集成电路（integrated circuit）的
大规模生产和应用，给人类社会
带来了电子技术的划时代革命。
从音乐贺卡到手机（图3-3-9），
从计算机到宇宙飞船，集成电路
已成为电子信息技术的基础。但
是，不论集成电路如何复杂、如
何神秘，串联、并联电路都是构
成复杂电路的基本单元。 图3-3-9 慐槙説㲶
发展空间
黑盒游戏
家庭实验室 有一个看不见内部情况的小盒（图3-3-10），小盒上有两只灯泡。闭合
开关，两只灯泡都亮。断开开关，两只灯泡都灭。不打开小盒，能判断灯
泡是怎样连接的吗？
图3-3-10
58物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
1. 画出如图 3-3-11所示实物电路的电路图。
2.小聪注意到教室里的照明电路中，一个开关可以同时控制三盏灯，
自我评价
一次她发现其中有一盏灯突然不亮了，其他两盏仍正常发光。这些灯是串
联还是并联的？为什么？
3.小明发现学校楼道里的灯白天不会亮，晚上有人走动时才会亮。
他了解到，这个电路是通过光控开关和人体红外感应开关共同控制的，于
是，小明想在实验室模拟这一电路。请帮助小明在图3-3-12中用笔画线代
替导线连接电路。（光控开关：有光照射时是断开状态，无光照射时是闭合
状态；人体红外感应开关：有人经过特定区域时是闭合状态，无人经过时
是断开状态）
(cid:1654)(cid:6356)(cid:5165)(cid:1696)
(cid:999)(cid:1152)(cid:13263)(cid:3651)(cid:5708)(cid:5057)(cid:5165)(cid:1696)
图3-3-11 图3-3-12
印制电路板
物理在线
印制电路板（PCB）几乎出现在每一种电子设备中。除了固定各种电
子元件的插孔外，PCB上还有连接电子元件的导线。PCB的发明，实现了
电路组装的自动化。
PCB的基板由绝缘、隔热、不易弯曲的材料制成。在表面可以看到由
铜箔形成的细小线路。PCB上有绿色或是棕色的阻焊漆薄层，可以保护铜
线，也可以防止零件被焊到不
正确的地方。PCB上有些小
孔，各种元件的接脚穿过小孔
直接焊在铜箔上。一块好的
PCB可以说是技术与艺术的完
美结合。请通过查询互联网、
向电子工程师请教或参观电器
生产厂，了解有关电器自动装
配的基本流程。 图 3-3-13 㝧豨槙髯菗PCB
59譊4諌 简单电路
跨学科实践
4! 脽㦷許杝㞄㝧坓蠨
图3-4-1 㞄㝧脽㦷
电路创新设计展示现在开始。下面，请小工程
师们展示创新设计成果。希望大家积极参与，提出
改进意见。
设计1 改进小彩灯的连接电路
为了开好班里的科学晚会，我们把许多小彩
灯串联起来，装饰黑板（图 3-4-2）。我们发现，
这个电路有一个缺点，如果一个灯泡烧毁了，整
串灯泡将会全部熄灭。
图3-4-2 梎頓屩磛
我们的解决方案是先将灯泡两个两个地并
联，再把它们串联起来。这样，即使并联的两个
灯泡中的一个开路，也不会影响整串电路。我们
的方案有哪些不足？请同学们指出。
我手中的LED
我 看 到 的
灯泡里面有4条灯
丝，每条灯丝都是
LED灯带里面2
个灯珠并联后再
由许多小灯珠串联
串联，这样有什
而成的。
么好处呢？
5:物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
设计2 “回答问题正确”显示器
我们设计的是“回答问题正确”显示器。
如图3-4-3所示，在一块长方形硬纸板上，别
上两排曲别针。左排曲别针表示问题，一个曲别
针旁写一个问题。右排曲别针表示相应的答案，
一个曲别针旁写一个答案。
把电池和灯泡连接起来，并留出两个接线头
A B A和B。提问者把接线头A与左排的一个曲别针接
触，表示提出一个问题；要求回答者把接线头B
与右排的一个曲别针接触，表示选出一个答案。
只有答案选择正确时，灯泡才会亮；选择错误
时，灯泡不亮。
同学们猜一猜硬纸板的后面是怎样连线的，
图3-4-3
并对这个设计进行评价。
设计3 病房呼叫电路
为了帮助病房中的病人在需要护理时能及
时通知值班室里的护士，我们小组设计了一个呼
叫电路（图 3-4-4），在每张床边都安装了一个
开关，每个开关与值班室里的一只
灯泡相对应。某一床位的病人按下
S 1 S 2 S 3 S 4
开关后，值班室中对应的灯泡就会
(cid:10993)(cid:5995)
亮，护士就知道是哪位病人需要护
理，并及时赶去。
E
请同学们考虑，如果在值班室
L 1 L 2 L 3 L 4 (cid:6096)(cid:3607)(cid:1384)(cid:10521)(cid:4304)
里，当病人呼叫时，不仅有灯光显
示，还需要声音呼叫，我们的设计应
图3-4-4
当怎样改进？
61譊4諌 简单电路
发展空间
1.家庭中常用的电吹风有电热丝、电动
机和开关等主要结构，可以分别吹出冷风和热
自我评价 S
2
风，请画出电吹风的电路图，并说明具体工作
情况。（电热丝用电阻器符号表示）
2.要想在楼梯的上下两端都能控制楼道
灯，即一个人上楼前，能用下面的开关S 开
1
灯，上楼后，能用上面的开关S 关灯；紧接
2 S
1
着下一个人上楼前，也能用S 开灯，用S 关
1 2
灯（图3-4-5）。该如何设计电路？试用单刀双
掷开关设计并画出电路图。 图3-4-5
知识要点
1.自然界中只存在正、负两种电荷；同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。
2.电荷的定向移动形成电流。物理学中规定，正电荷定向移动的方向为电流的方向。
3.电路由电源、用电器、开关和导线组成。电源是电路中能量的来源；用电器消耗
电能，将它转化为其他形式的能；开关控制电流的通断。
4.接通的电路叫作通路。断开的电路叫作开路。由于某种错误操作或故障，使导线
不通过用电器直接跟电源两极连接，叫作短路。
5.把电路元件逐个按顺序首尾连接起来，接入电路，这样连接成的电路叫作串联电路。
6.把两个或两个以上电路元件并列接在电路两点间，由这种方式连接成的电路叫作并
联电路。
62篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
槄諌僘™䑭
1.图甲是某款双灯头台灯，图乙是其简 其他旅客卫生间有人正在使用。请把图
化电路图，请简述这个台灯的工作原理。 中的各元件符号连接成符合上述设计要
S 2 L 2 求的电路图。
L 1 S 1 (cid:13263)(cid:9628)
E
S
(cid:10849)(cid:9148) (cid:13356)(cid:9628)
甲 乙
䲓譊1䑭∕䲔
2.公交车后门的两侧扶手上各装有一个 䲓譊3䑭∕䲔
相当于开关的按钮，乘客只要按下其中
4.市场上有一种电蚊拍，如图所示，具
任何一个按钮，驾驶台上的蜂鸣器（电
有照明和灭蚊的功能。请查资料简述电
路图符号为 ）都会发出提示音提醒驾
蚊拍的工作原理。
驶员。请设计符合要求的电路图。
3.每节高铁车厢的前后端各有一个卫生
间，里面无人时，卫生间外部的信息屏
（车厢上面的一块显示屏）上显示绿色
“无人”字样；当有人进入并关上门时，
信息屏上显示红色“有人”字样，提醒
䲓譊4䑭∕䲔
63譊5諌 电流、电压和电阻
第 4 章
电流、电压和电阻
电路中为什么会有电流？
电流有大小之分吗？在电路中电流的大小如何
分布？
为什么许多电学实验装置上会装有绝缘柄？为
什么高压线要安装在与杆塔固定连接的绝缘子上？
这些问题将在本章得到解决。
◆ 电流
◆ 电压
◆ 简单电路中电流、
电压的特点
◆ 电阻
◆ 变阻器
64篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
1! 脽! 玗
∕4-1-1 䕯瓫僰梮
㖅!嚄
磛狫菗産嫳
如图4-1-2所示，将一只灯泡用导线跟一节
干电池连通，观察灯泡的亮度；然后在这只灯泡
两端接两节干电池，观察灯泡的亮度。 ∕4-1-2
!㝪㞌脽玗
我们知道，电荷的定向移动形成电流。在上面
的实验中，灯泡亮度不同，说明通过灯丝的电流大
小不同。
婞㖄脽玗菗僿囏 怎样来描述电流的大小呢？物理学中用单位时
脽玗 僿囏 间内通过导体某一横截面的电荷多少来表示电流的
脽啣慐㐩菗脽玗 1.5䳮2 µA
大小。电流用I表示，单位是嗗仸，简称嗗，符号
愽䇅磛狫菗脽玗 0.1䳮0.3 A
是A。
慐脽譿菗脽玗 0.2䳮0.3 A
有的时候，电流很小，例如，手电筒中的电流
嘼脩脽銻貍菗脽玗 0.4䳮0.7 A
只有0.2～0.3 A。这时我们常用比较小的电流单位
嘼脩訠㟉鮪菗脽玗 4䳮8 A
脽詐牊㬲訛嚭薩脽 煻嗗䲓mA䲔和峖嗗䲓μA䲔。
脩㮫揟㒈鎆抐銿楿 10䳮103 A
僿姩閣脽玗 1A =103mA
䆻脽脽玗 憮㮋105 A 1mA =103µA
65譊5諌 电流、电压和电阻
电流表
电路中电流的大小需用电流表（ammeter）测
量。电流表的符号是A。电流表是比较精密的仪
器，要注意正确使用，以免损坏。下面是实验室
配备的电流表的使用说明书，请对照实物，认真阅
读，熟悉电流表的使用方法。
直流电流表说明书
用途
直流电流表（图4-1-3）可供学生实验或在实验室中
测量直流电路的电流。
规格
1. 测量范围：0～0.6 A，0～3 A。
2. 工作条件：周围温度为0～40 ℃，相对湿度不超
过85%。
3. 表头灵敏度为75 mA。
4. 仪表阻尼时间不超过4 s。 图4-1-3
结构及原理
表头采用磁电式结构。
使用
1.实验前要检查指针是否对准零刻度线；如有偏差，需用零位调节器调到零位。
2.电流表接入电路，必须串联在待测的那部分电路中，使电流从电流表的“+”
接线柱（红色）流进，再从“-”接线柱（黑色）流出。
注意：不允许把电流表直接连到电源的两极上！否则，电流表会被烧坏。
3.测量前应先估计待测电流的大小，选择合适的电流表，使被测电流不超过电流
表的测量范围。如果不能估计电流大小，可以先用较大的测量范围进行快速试触。
保养
仪表出厂时各部分均经详细检查、校准。仪表不应受到敲击、碰撞或剧烈
震动，以免损坏内部机构。仪表安放处应保持室温，并保持清洁、干燥，且不
应有腐蚀性气体存在。仪表附近不能有强大的磁场，以免损坏仪表或影响示数
的准确性。
66物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
实验：用电流表测量电流
电流表的示数 为什么表 表盘上
盘上有两排数 示数的单位 怎样
字呢？ 是什么？ 读数？
图4-1-4
测量范围为0～3 A
时，刻度盘上的每一大
格表示1 A， 每一小格
表示0.1 A。 指针的位
实验探究
置表示0.8 A。
测量范围为0 ～ 测量通过灯泡的电流
0.6 A时， 刻度盘上的
结合直流电流表说明书，熟悉它的操作方法
每一大格表示0.2 A， 每
和注意事项。按图4-1-5连接电路，学习用电流
一小格表示0.02 A。 指
针的位置表示多少安？ 表测量通过灯泡的电流。
图4-1-5
科学研究和工业生产中，许多仪表是通过测量
电流来工作的。随着工业生产的自动化，大量的电
图4-1-6 脽玗訛弣鮪桇玤㶞
縹㝶尵脽玗僿囏菗曨啲僉㒈 学仪表用于对工艺参数的检测、显示和控制，成为
鎆䲗憮╳㝧豨槙鞔嘄柣閣銜
工业生产中不可缺少的装置。学会使用电流表是认
脽玗ア柣䇅∕納
识这些仪表的基础。
67譊5諌 脽玗├脽蒓縹脽䈌
徠坓訠䇅
艷閣脽玗杴闐氞玤㒈鎆
发光二极管是常见的电子元件，当电
嘼嫼嘄䙤嘑
流从较长接线脚（正极）流入时，发光二
极管中有电流通过，发光二极管发光。如 I
果电流从较短接线脚（负极）流入，电路
(cid:16972)(cid:7342) (cid:8336)(cid:7342) (cid:16972)(cid:7342) (cid:8336)(cid:7342)
处于开路状态（图4-1-7）。请利用发光二
极管的单向导电性，制作一个判断电流方
∕4-1-7 徠喪癟樿豵
向的装置。
1.某手机在待机时的电流约为15 mA，合多少安？
颕惷㞊導
2.对于实验室常用的电流表来说，如果估计电路中的电流约为0.4 A，
应该选用电流表的哪一个测量范围进行测量？
3.小明在用电流表测量通过灯
泡的电流时，连接了如图4-1-8所
示的电路。小明闭合开关后会产生
怎样的后果？请在图上应该拆除的
导线上画“×”，并补画上连接正
确的导线，以便在闭合电路后能测
量出通过灯泡的电流。
∕4-1-8
脠篵脽
生活在中美洲和南美洲的淡水中的电鳗，有一种独特的本领：能发出很
篵纇╳鉳
强的电流。人体内也有电流，人体
心脏的跳动就是由电流控制的。在
人体的胸部和四肢贴上电极，就可
以在仪器上看到控制心脏跳动的电
流随时间变化的曲线，这就是心电
图（图4-1-9）。心电图反映了心脏
的收缩和舒张是否正常。不管是电
鳗发电还是人体内的电流，都与生
物电有关。
∕4-1-9 峵脽∕
68物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
2! 脽! 蒓
图4-2-1 徹㯭硁娖
在公园里的假山上，常常有一条人造瀑布从山
顶流下，如果在瀑布下安装一台水轮机，水流会推
动着水轮转动。
认识电压
电流是怎么形成的呢？我们能从人造瀑布水流
的形成中得到一些启示吗？
观 察
水流与电流
通过研究水流的形成过程，对产生电流的原
因提出你的猜想，看一看谁的想法更合理。
(cid:8544)(cid:8813) (cid:10849)(cid:8813)
类比是重要的科 (cid:6121)(cid:8544)(cid:7270)
A
学研究方法，科学
上许多重大发现及
B
成果就是先应用类
比法作出猜想，而
后通过实验验证得
(cid:8544)(cid:17562)(cid:7270)
到的。
(cid:8544)(cid:8813)(cid:11184)(cid:5262)(cid:5948) (cid:10849)(cid:8813)(cid:11184)(cid:5262)(cid:5948)
图4-2-2
69譊5諌 电流、电压和电阻
抽水机不断地把水从低处抽到高处，水的势能
增加，打开阀门，水会从高水位处流向低水位处。
电源类似抽水机，能推动电荷定向流动。闭合开
关，电路中会形成持续的电流。
电压（voltage）是形成电流的原因，能推动
电 压 的 单 位 还
电荷定向流动。电源是提供电压的装置。
有千伏（kV）、毫伏
电压常用字母U表示，国际单位制中，电压
（mV）、 微 伏（µV）
的单位是伏特，简称伏，符号是V。不同的电源所
等。它们的换算关系
能提供的电压不同（图4-2-3）。一节新的干电池提 如下：
1 kV=103 V
供的电压约1.5 V，将多节干电池串联起来作为电
1 V=103 mV
源，它提供的电压是各节干电池提供的电压之和。
1 mV=103 µV
我国家庭电路提供的电压一般是220 V。
（a）智能手表的充电电压一 （b）一节新的干电池的电压 （c）工厂动力设备的工作电
般是5～ 9 V 约是1.5 V 压一般是380 V
（d）计算机USB接口的输出 （e）我国家庭用电器正常工作 （f）发生闪电的云层间电压
电压一般是5 V 的电压一般是220 V 可达103 kV
图4-2-3 婞㖄菗脽蒓懶
物理实验室配有学生电源，可将电压为220 V
的交流电转化成直流电。一般学生电源的输出电压
是1.5～9 V，每1.5 V为一挡，最大电流是1.5 A。
图4-2-4 喕脠脽疊
6:物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
电压表
测量电路两端电压的仪表，叫作电压表
（voltmeter）。电压表的符号是V。刻度盘上标有
“V”的电压表，它的示数以伏为单位。
观 察
电压表
对照电流表，观察电压表并思考：
1.可根据什么标志确认电压表？接线柱旁标着的符
号或数字表示什么意思？
2.图4-2-5所示的电压表有几个测量范围？对应不同
测量范围，刻度盘上的分度值分别是多少？
图4-2-5 嘄䙤嘑㴜
3.怎样读出指针所指示的电压值？
僎菗脽蒓㐩
图4-2-6 脽蒓訛弣鮪桇玤㶞 图4-2-7
縹㝶尵脽蒓僿囏菗曨啲僉㒈鎆
实验室配备的电压表有两个测量范围。0～3 V
测量范围对应的刻度盘上，每一大格表示1 V，每
一小格表示 0.1 V。0～15 V测量范围对应的刻度
盘上，每一大格表示5 V，每一小格表示0.5 V。
想想看，如图4-2-7所示，在电压表测量范
围为 0～3 V时表中指针的位置表示多少伏？
71譊5諌 电流、电压和电阻
实验：用电压表测量电压
电压是针对电路中的两点而言的，
所以测量电压时，应该把电压表的两端
分别接在要测量的那部分电路两端，与
其并联（图 4-2-8），必须让电流从电压
表的“+”接线柱（红色）流进，再从
“-”接线柱（黑色）流出。
图4-2-8
实验探究
测量灯泡两端的电压
按图4-2-9连接电路，用电压表测量灯泡两端的电压。
开关打开时，灯泡两端的
材料 V
◆2.5 V灯泡1只 电压是多少？开关闭合时，灯
◆ 电压表1只
泡两端的电压是多少？用电压 L
◆ 电池2节
◆ 开关1个 表测测看。
E S
◆ 导线若干
图4-2-9
发展空间
1.观察家中的电饭锅、电冰箱、迷你小风扇、手机等，了解它们的工
作电压各是多大。
自我评价
2.对于实验室常用的电压表来说，如果估计电路中的电压约为2.2 V，
应该选用电压表的哪一个测量范围进行测量？
72物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
3! 豋讞脽㦷髯脽玗├
! !!脽蒓菗簊祂
4-3-1 脽疊㬸捝鮪 并联和串联是简单电路中的两种主要的连接
方式。通过电源转换器，家用电器以并联的方式接
入电路中。而我们研究过的小彩灯通常是串联在一
起的。这样连接有什么好处？串联电路和并联电路
中，电流和电压有什么特点？
串联、并联电路中电流的特点
对串联电路中各点的电流大小，我们有怎样的
猜想？
靠近电源正极附 不可能吧！我刚买
近的电流大，经过用 了一串小彩灯，我发现
电器后电流逐渐减小。 它们的亮度一样呀！
我们可以
通过实验来探
究，看一看灯
泡两边的电流
是否相同。
实验探究 材料
◆ 不同规格的灯泡2只
串联电路中的电流 ◆ 电流表1只
如图4-3-2所示，把两个灯泡串联起来接到电 ◆ 电池2节
◆ 开关1个
源上。把电流表先后接入电路中A、B、C各点，
◆ 导线若干
73譊5諌 电流、电压和电阻
测量其电流。看一看我们的猜测是否正确，换 L L
1 B 2
用规格不同的灯泡重复实验，并把数据记录在
A C
表格中进行分析。
E S
图4-3-2
A点电流I /A B点电流I /A C点电流I /A
A B C
磛狫L├L 鬈閧
1 2
クク
实验表明：串联电路中各处的电流 。
串联电路中各处的电流相等，从微观来看，
表示串联电路中的任一截面上，每秒通过的电荷
数相等。
实验探究
并联电路中的电流
借助水流动的情境，可以想象电路中电流
的流动。在并联电路中，电流分成几路在电路
中流动，可能也会汇合到一起流回来（图 4-3-
3）。通过与水流类比，可以对并联电路中电流
图4-3-3
的规律有怎样的猜想？
如图4-3-4所示，把两个灯泡并联起来接到电源两极间。把电流表先后接
入电路中 A、B、C各点，测量其电流。通过测量数据看一看，有什么样的规
律？与我们之前的猜想一致吗？
换用规格不同
材料
B
的灯泡重复实验，并 ◆2.5 V灯泡2只、3.8 V
灯泡1只
自行设计表格记录数
A C ◆电流表1只
据，进行分析。 ◆电池2节
E S ◆开关1个
◆导线若干
图4-3-4
74物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
实验表明：并联电路中干路里的电流______各
支路里的电流之和。
想一想，如果小聪家中有一台电视机、一台洗
衣机、两盏照明灯，它们是并联的。工作时的电流
分别是200 mA、1 A、300 mA和250 mA。如果干
路中的电流不许超过3 A，那么这些用电器是否可
以同时使用？
串联、并联电路中电压的特点
在串联电路和并联电路中，电流有不同的关
系。它们中的电压关系是怎样的呢？
实验探究
电路中的电压
按照图4-3-5所示，灯泡L 、灯泡L 组成串联电
1 2 材料
路，用电压表分别测出：串联电路两端的电压，灯泡 ◆2.5 V灯泡、3.8 V灯泡各
1 只
L 、灯泡L 两端的电压。看一看串联电路两端的电
1 2 ◆电压表 1 只
压跟串联电路中这两只灯泡两端的电压有什么关系。 ◆电池 2 节
◆开关 1 个
按照图4-3-6所示，灯泡 L 、灯泡L 组成并联
1 2
◆导线若干
电路，用电压表分别测出：并联电路两端的电压，
L 1 L 2 L 1
L
2
S
S
图4-3-5 图4-3-6
75譊5諌 电流、电压和电阻
灯泡L 、灯泡L 两端的电压。看一看并联电路两端的电压跟这两只灯泡两端
1 2
的电压有什么关系。
电路两端的电压/V L 两端的电压/V L 两端的电压/V
1 2
磛狫L├L 鬈閧
1 2
磛狫L├L 媬閧
1 2
实验发现：串联电路两端的电压 串联电路中各部分电路两端的电压
之和；在并联电路中，各支路两端的电压 。
讨论交流
小鸟会触电吗
两只小鸟落在裸露的电线上（图 4-3-7），闭
合开关时，它们会触电吗？请和同学讨论。
快飞，你
你怎
会触电的！
么不怕？
S
220 V
图4-3-7
发展空间
制作一个有两种亮度的小台灯
家庭实验室 在许多情况下，需要调节小台灯的亮度。请用 2 只 2.5 V 的灯泡、
2个开关，改造前面制作的小台灯（图3-2-9），使它有两种亮度。
76物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
1.小明购买了一串由50个灯泡串联的小彩灯，小彩灯的插头处标有
自我评价
“200 mA”字样。请查阅资料了解“200 mA”的含义。小彩灯正常发光时
的电流是多少？为什么？
2.根据图4-3-8（a）所示的电路图，用铅笔画线表示导线将图4-3-8
（b）中的实物连接起来。如果A 的示数为0.5 A，A 的示数为 0.9 A，那么
1 2
通过L 和L 的电流各是多大？
1 2
L 1 A 1 A 2
L
1
L
L 2 A 1 2
A
2
E S
（a） （b）
图4-3-8
3.如图4-3-9所示的3个电路中，电压表所测的各是哪只灯泡的电
压？有没有接错？错在什么地方？
L
1
L 1 L 2 L 2 L 1
L
2
（a） （b） （c）
图4-3-9
4.请利用图4-3-10中提供的材料，设计一个自 (cid:5996)(cid:19221)
A B
动防盗报警电路，要求：晚间开关闭合后，灯亮电铃
不响；当房门被打开时，细导线AB被扯断，灯亮且
电铃发声自动报警。请用笔画线代替导线，按要求连
接电路元件。
图4-3-10
77譊5諌 电流、电压和电阻
4! 脽! 䈌
图4-4-1 藶艷脽㦷樻鞔菗
印制电路板上一般用铜箔或银箔做连接元件
脽䈌
的导线，为什么不用铁箔来做呢？
活 动
做一个导电性检测器
将电流表、灯泡、开关、电源等串联起来， (cid:4392)(cid:1151)
并接出两条导线，就做成了一个导电性检测器
(cid:18978)
（图4-4-2）。
(cid:18952)
在导线间分别接入细铜线、细铁线、铅笔 (cid:18953)
(cid:18925)
芯、橡皮、塑料 (cid:9689)(cid:12352)
(cid:10849)(cid:16143)(cid:16980)(cid:9186)(cid:8926)
尺、木片等，观 (cid:3164)(cid:15764)
(cid:9131)(cid:7252)
察灯泡的亮度和
(cid:19011)
(cid:11633)
电流表的示数，
(cid:8617)(cid:8677)
(cid:5022)(cid:13284)
有什么发现？
(cid:5022)(cid:4911)
(cid:10471)(cid:10671)
(cid:8077)(cid:13858)
图4-4-2
(cid:19362)(cid:10787)
物体的导电性 (cid:13321)(cid:13380)(cid:1151)
有的物体对电流阻碍作用较小，容易导电， 图4-4-3 婞瓡鞯鳘慚篵㣮嚭
脽霘臟菗揁興䑏嫏
叫作导体（conductor）。有的物体对电流阻碍作用
很大，很不容易导电，叫作绝缘体（insulator）。
78物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
图4-4-3是各种物质导电能力的排列
顺序，可见导体和绝缘体之间并没有
绝对的界限。物理学中，为了更具
体地描述物体的导电性，常用电阻
（resistance）来定量描述导体对电流
图4-4-4 冟菗嚭贛縹銡錃贛㳋桇㶜㕄菗脽姩
阻碍作用的大小，并用字母R表示。
槶朶┝㖅嚄脽鉳䲗㞽抣銜貺慚㲶詳桇嚭贛䲗
貺慚㲶詳桇銡錃贛 电阻的单位是欧姆，简称欧，符
号是Ω。这是为了纪念最早研究电
来吧， 阻的德国科学家欧姆（Georg Simon
小电子！ Ohm，1787—1854）而命名的。
电阻的大小与什么因素有关
铁和银都是导体，为什么有不同的导电性呢？
科学家研究发现，金属中的电子大部分被束缚在原
我们正在使劲！
子核周围，几乎不能自由移动，只有部分电子可以
图4-4-5 颕脷脽啣╳㶠坧嚭 脱离原子核的束缚而自由移动，成为自由电子。不
贛髯菗嗼闐襓詐䲗㦧燡╳侼
同材料的物体中，自由电子的情况不同，所以它们
瘺蘙儙菗燡豵髯玗詐踭楓䲗
的导电性能不同（图4-4-5）。
頓玀訝䈌臟┝㮦髟エ燡豵ア
蘙儙溦⿱ォ©㝾嚪惷憚㝪㞌 电阻反映了导体的导电性能。对于同种金属
脽䈌頓榐慀邇徠
材料导体的电阻，它的大小与导体的哪些因素有
关系呢？
粗细相同的水管， 长度相同的水
这是一个多因素问题，应
管子长，阻力大。我猜 管，管子粗，阻力
当运用控制变量的方法去研究
想导体越长，它的电阻 小。我猜想……
每一个因素对电阻大小的影响。
可能越大。
猜想也要有一
定的根据。类比是
进行猜想常用的思
维方法。
79譊5諌 脽玗├脽蒓縹脽䈌
嘄䙤換訙
嚭贛菗脽䈌僿囏鞲嚭贛菗貺慚禦輴榐飾
控制变量是探究多因素问题的基本方法。导体的
槶朶
材料、长度、横截面积是可能影响电阻大小的三个因
◆电阻定律实验器 1 套
素，实验中需要保持两个因素不变，改变另外一个因 ◆电流表 1 只
◆学生电源 1 台
素，以此研究这个因素对电阻大小的影响。为此，我
◆开关 1 个
们在一定温度下用图4-4-6所示的实验装置进行实验。 ◆导线若干
康铜丝 l = 500 mm d = 0.5 mm
康铜丝 l = 500 mm d = 0.3 mm
镍铬丝 l = 500 mm d = 0.3 mm
镍铬丝 l = 300 mm d = 0.3 mm
(cid:10850)(cid:19304)(cid:842)
∕4-4-6 脽䈌嗼岤嘄䙤鮪䲓㶠坧髑䅏嫳l䲗蒑岒d䲔
将电阻丝分别连入如图4-4-7 所示的电路，电流 A
表示数的大小反映了电阻丝对电流的阻碍作用。
E S
请制订一个实验方案，分别探究导体的长度、导
体的横截面积、导体的材料对电阻的影响。 ∕4-4-7
实验表明，导体的电阻是导体本身的一种性
鳘慚槶朶艷惵菗䅏1 m├
质。嚭贛脽䈌菗僿囏㦧嚭贛菗槶朶├䅏嫳縹溵愡䌳
溵愡䌳襆1 mm2菗嚭鉳╳
襆譳禦輴榐飾┝
20 ℃柣菗脽䈌
槶朶 脽䈌/Ω
!脽䈌鮪ア㶜㕄菗脽啣潤禱
䃆 0.016
打开计算机主机的外壳，我们会看到密密麻麻 䂬 0.017
的电子元件。每个电子元件都有自己的工作电流和 䂭 0.027
䁸 0.052
电压。但计算机主机只有一个电源，怎样调节每个
䂑 0.096
电子元件的电流和电压呢？电子工程师们设计了各
蝖 35
种阻值的脽䈌鮪䲓resistor䲔，用于控制电流和电压
䄀䂬閾㶠 0.44
大小，使电路正常工作。
䄝䂬閾㶠 0.50
电阻器是电子技术中的重要元件，简称电阻。 䄝䂼閾㶠 1.1
7:物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
电阻的类型很多，如碳膜电阻、金属膜电
阻以及线绕电阻等（图4-4-8），它们是通
过不同的材料配方和不同的制造工艺生产
出来的。电阻的阻值一般都用数字或带色
的圆环标在电阻上。
图4-4-8 閭褔脽䈌鮪
讨论交流
如果利用图4-4-2的导电性检测器来检测发光二极管，会有什么发现？
发展空间
1. 有两段导体甲和乙，在相同的电压下，通过导体甲的电流较大，通
过导体乙的电流较小，请判断哪段导体的电阻大。
自我评价
2. 我们在考试时用到的铅笔中的石墨是__________；金属、人体等是
__________；塑料、橡胶等是__________。（填“导体”或“绝缘体”）
3. 用电源、灯泡、导线、开关和钨丝
组成如图4-4-9所示的电路。闭合开关，
S
灯泡发光；再用酒精灯对钨丝加热，会发
现灯泡变暗。根据实验现象思考，钨丝的 L
温度升高后，其电阻怎样变化？
图4-4-9
超导体
物理在线 1911年，荷兰物理学家卡末林—昂内斯测定水银在低温下的电阻值时
发现：当温度降到-269 ℃左右时，水银的电
阻突变为零。这种现象叫作超导现象，发生
超导现象的物体叫作超导体。
超导能给人类带来哪些好处？在各国激
烈的超导研究竞争中，我国科学家作出了哪
些贡献？请通过查询互联网或到图书馆查询
图4-4-10 㥌嚭蝫幑珛縁㠧
资料，了解相关信息。
81譊5諌 脽玗├脽蒓縹脽䈌
5! 獼䈌鮪
∕4-5-1 憮㟉産嫳縹馟瓡菗
当调节台灯的亮度，或是调节电视、音响的音
慪磛
量时，我们是怎样使电路中的电流连续变化的呢？
玏!詐
㝯磛狫㯝瓀産㤾樑
铅笔芯（石墨）是导体。如图4-5-2连接电
路，一根导线固定在铅笔芯最左端，然后将另一
根导线接触铅笔芯最右端并逐渐向左滑动。发现
灯泡的亮度有什么变化？怎样才能使灯泡按照我
∕4-5-2 㝯磛狫楪産惿楪棩
们的意图更亮或更暗？
!㝪㞌獼䈌鮪
前面实验中，我们制作了一个通过改
变电阻来控制电流的装置，这种装置叫作
獼䈌鮪䲓rheostat䲔。
和“铅笔芯变阻器”原理相同，把
涂有绝缘漆的镍铬合金丝紧密地缠在瓷筒
上，通过滑片改变接入电路中电阻丝的长
度，就改变了连入电路中的电阻值，从而
控制电路中电流的变化。这就是实验室中 ∕4-5-3 婞脩菗獼䈌鮪
82篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
常用的滑动变阻器，如图4-5-4所示。
符号：
R
P
P D
C
B
A
∕4-5-4 嘄䙤嘑㶛菗瘓詐獼䈌鮪┝脽䈌髑僣㲶珶榐銡錃圱䲗銔
╳胅譿鞔䲗嗈菗魑諨㮫╳A├B揟鉳櫒鞔䲗瘓箽P㯧㮔㶠坧槩鞲
C├D揟鉳櫒蒘㮫┝脽䈌髑鞲瘓箽菗揟㖪㲶詳菗銡錃圱姷㑭啞
嚳䲗癟鑞霘馜冟揟㖪
嘄䙤換訙
脩瘓詐獼䈌鮪暞獼囏脽詐槙菗㬸㯬
利用滑动变阻器，请设计一个改变小电动机转
速的电路。
滑动变阻器接入电路前，首先观察它的构造，
思考下列问题：
（1）把滑动变阻器连入电路中时，能不能只接
C、D两接线柱或只接A、B两接线柱？
（2）在闭合开关前，一般要求滑动变阻器连
入电路中的电阻值最大。开关闭合前，应把滑片 P
移到什么位置？
每一只滑动变阻器都有最大的电阻值和允许
滑动变阻器
20Ω 2A 通过的最大电流值（图4-5-5）。使用时，要根据
电路中的电流变化范围，选择合适的变阻器，不
要使电流超过它的最大值，否则会损坏变阻器。
∕4-5-5 獼䈌鮪䂽篅
滑动变阻器能改变接入电路的电阻，但不能
83譊5諌 脽玗├脽蒓縹脽䈌
显示出接入的阻值。电阻箱是一种能够表示出阻值
的变阻器。
图4-5-6是实验室常用的旋盘式电阻箱。面板
上面有两个接线柱，四个旋钮。调节旋钮，由两个
接线柱就能给出 0～9 999 Ω 之间的任意整数的电
阻值。各旋钮对应指示点的读数乘以面板上标记
的倍数，然后相加就是两个接线柱间的电阻值。
∕4-5-6 枑葞宩脽䈌貍
图4-5-6中，电阻箱的读数是
（3×1 000 + 6×100 + 0×10 + 8×1）Ω = 3 608 Ω
!僫褔僫欱菗獼䈌鮪
在生活、生产和科学研究中，变阻器有广泛的
应用。电车的车速变化，收音机及电视机声音的强
弱，计算机显示屏的亮度及对比度的调节，都可依
靠变阻器来完成。
实际电路中这些用来调节的变阻器称为电位
器。如图4-5-7所示是一种电位器，图4-5-8画出
了它的基本结构。可以看到，它的原理与滑动变阻
器相同。
(cid:9213)(cid:2004)(cid:12315)
(cid:10849)(cid:19303)(cid:1151)
(cid:17560)(cid:17568)
A C
B
∕4-5-7 ∕4-5-8
84篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
徠坓訠䇅
暞㮨囏慪磛
嘼嫼嘄䙤嘑
找一个单圈线绕电位器（20 Ω左右），拆开看一看，分析它是怎样工
作的。用电位器可以控制通过灯泡的电流，是否能够控制灯泡两端的电压
呢？请设计一个电路，试一试。应用电位器，试着把自制的小台灯（图
3-2-9）改成亮度可连续变化的小台灯。
1.图4-5-9中给出了四种变阻器接入电路的情形，请用笔画出电流经
过的路径，并说明滑片P向左移动时，连入电路中的电阻会怎样变化。
颕惷㞊導
（下图为滑动变阻器简化示意图）
P P P P
（a） （b） （c） （d）
∕4-5-9
2.按图4-5-10（a）所示电路图，连接图4-5-10（b）所示实物图，分
析滑动变阻器的滑片向右移动过程中灯泡亮度会怎样变化。
A
L
R
E S P
（a）
（b）
∕4-5-10
85譊5諌 电流、电压和电阻
知识要点
1.电流的大小等于单位时间内通过导体某一横截面的电荷多少。电流的单位是安培。
2.电流的大小用电流表测量，电流表必须串联在待测电路中，使电流从电流表的
“+”接线柱（红色）流进，再从“-”接线柱（黑色）流出。
3.电压是形成电流的原因。电源是提供电压的装置。电压的单位是伏特。
4.测量电路两端电压的仪表叫作电压表。测量电压时，应该把电压表与待测电路并
联，必须让电流从电压表的“+”接线柱（红色）流进，再从“-”接线柱（黑色）流出。
5.串联电路中各处的电流都相等。并联电路中干路里的电流等于各支路里的电流之和。
6.串联电路两端的电压等于串联电路中各部分电路两端的电压之和。在并联电路
中，各支路两端的电压相等。
7.物理学中，用电阻来定量描述导体对电流阻碍作用的大小。电阻的单位是欧姆。
8.导体电阻的大小跟导体的材料、长度和横截面积等因素有关。
本章复习题
1. 在使用电流表测量电流时，应注意哪 连接着受风板的金属杆OC可绕轴O转
些事项？ 动。请分析装置中的风力表是由什么表
2. 小明将两个规格不同的灯泡接入电 改装的，并简述该装置的工作原理。
路，在使用电压表测量电压时，将其分 (cid:19963)(cid:1992)(cid:15765)
别连接在电路中的两个不同位置，如图
（a）（b）所示，发现电压表的读数明显不
E
同。请解释其中的原因。 B O S
L L P
1 E 1 E
A
S S
C (cid:19963)
(cid:2308)(cid:19963)(cid:7340)
V V
L 2 L 2 䲓譊3䑭∕䲔
（ a） （b） 4. 小明连接了如图甲所示的电路，当开
䲓譊2䑭∕䲔 关S闭合后，电压表（实验室常用电压
表）V 和V 的指针位置均如图乙所示。
3. 小明为了测定风力大小设计了一个如 1 2
请解释电压表指针位置相同的原因，并
图所示的装置，AB是一段圆弧形电阻，
求解出电源电压、灯泡L 和灯泡L 两端
P点是金属杆与圆弧形电阻相接触的点， 1 2
86篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
的电压各是多少。 元件，请帮助他在图上用笔画线代替导
E S 线，将电路元件连接成电路。要求：L
1
5 10
与L 并联，开关接在干路上，且滑动变
2
V
1 阻器只控制
15
L 的亮度。
1
L 2 V 2 L 1
P D
甲 L 1 C
E S
5 10
L B
V
1
15 2 A
L2 V 2 L1
乙
䲓譊4䑭∕䲔
䲓譊5䑭∕䲔
5. 学习了电路知识后，小明想在实验室
设计并连接电路，图中给出了几种电路
87譊6諌 欧姆定律
第 5 章
◆ 电流与电压、
电阻的关系
欧姆定律
◆ 欧姆定律
◆ 测量电阻
◆ 等效电路 *
欧姆定律是关于电路中电
流、电压、电阻三者之间关系的
定律。
从手机到计算机，从电子
秤到传感器，从家庭电路到国家
电网……欧姆定律为电子技术和
通信技术的发展提供了坚实的基
础，创造出一个个不朽传奇！
88篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
1! 脽玗鞲脽蒓├
! !!脽䈌菗飾軶
∕5-1-1 㯧㮔嘄䙤憮帶換訙
脽玗鞲脽蒓├脽䈌菗飾軶 在前面的学习中我们发现：用一节和两节电
池分别给灯泡供电，灯泡的亮度不同；接入电路
的电阻越大，灯泡的亮度越暗。
电压能使电路中产生电流，电阻表示导体
对电流的阻碍作用，它们之间应该隐含一定的关
系。那么，电压、电阻怎样影响电流的大小呢？
槶朶 让我们用电表来定量探究吧！
◆ 定值电阻5只（阻值不同）
要研究电流与电压、电阻的关系，首先要
◆ 滑动变阻器1只
◆ 电流表1只 设计出实验电路。选一个定值电阻，通过它的电
◆ 电压表1只
流可用电流表测量，电阻两端的电压可用电压表
◆ 电池2节
◆ 开关1个 测量，用电池作电源，用一只滑动变阻器参与调
◆ 导线若干
节。由此设计出电路图5-1-2。
V
A
R
S
R
E P
∕5-1-2 換訙脽玗鞲脽蒓├
脽䈌飾軶菗脽㦷∕ ∕5-1-3 欴捸脽㦷∕㮫揟嘄篵∕
89譊6諌 欧姆定律
实验中，我们可以通过控制变量来探究：如果
电压不变，那电流变化就是由电阻变化引起的；如
果电阻不变，那电流变化就是由电压变化引起的。
课题 1 探究电流与电压的关系
保持电阻不变，怎样改变电阻两端的电压？
这是实验的关键。
1.按电路图连接电路，保持电阻R的阻值不
变，通过滑动变阻器改变电阻R两端的电压，使电
压值逐渐增大，同时读出对应的电压值和电流值。
2.把收集到的数据填写在记录表中。
R =__________Ω
实验次数 譊鳘灈 譊癟灈 譊鞒灈 譊繫灈 譊鉑灈
电压U/V
电流I/A
3.根据记录的数据，在图5-1-4中画出各组数
据对应的点，然后将各点平滑地连接起来，观察
电阻一定时， 两个量间的变化关系。
II//AA
为了寻找两列数
据之间的关系或其变
化情况，常常在坐标
纸上依据数据点描出
平滑曲线，直观分析
数据之间的关系或变
化趋势。这种方法是
O U/V 科学实验中常用的数
U/V
图5-1-4 据处理方法。
分析图像，可得结论： 保持电阻不变时，通过
导体的电流跟导体两端的电压成________ 关系。
8:物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
课题 2 探究电流与电阻的关系
在改变电阻的情况下，保持电阻两端电压不
变，是实验的关键。
V 如图5-1-5所示，用电池和滑动变阻器组成一
A 个可调电压的电源。利用这样的电源，我们就可以
R
在接入不同阻值的电阻时，通过调节滑动变阻器滑
S
E R P 片位置，保持电阻两端的电压不变了。
按以上思路进行实验，将实验数据填入下表，
图5-1-5 﨧鉳歊髯蒘尲濱鳘
并在图5-1-6中依据数据点描出平滑曲线。
髟憮㟉脽蒓菗脽疊
U=__________V
实验次数 譊鳘灈 譊癟灈 譊鞒灈 譊繫灈 譊鉑灈
电阻R/Ω
电流I/A
II//AA
O U/V
R/Ω
图5-1-6
分析图像，可得结论： 保持导体两端的电压不
变时，通过导体的电流跟导体的电阻成__________
关系。
91譊6諌 灐刲嗼岤
徠坓訠䇅
某同学用电流表（0～0.6 A，
颕惷㞊導
0～3 A）、电压表（0～3 V，0～
15 V）、定值电阻（5 Ω、10 Ω、
15 Ω、20 Ω、30 Ω各一个）、滑动
变阻器（0～50 Ω）、电源（6 V）、
开关和若干导线，探究电流与电
阻的关系。
（1）请将图5-1-7中的电路
∕5-1-7
连接完整；
（2）当该同学更换不同阻值的定值电阻后，应进行哪些操作？
（3）做此实验时，在电流表使用无误的情况下，收集测量数据，记录
表格如下：
嘄䙤灈曨 脽䈌R/Ω 脽玗I/A I/A
0.6
1 5 0.60
0.5
2 10 0.10 0.4
0.3
3 15 0.20
0.2
0.1
4 20 0.15
0
5 1015202530R/Ω
5 30 0.10
∕5-1-8
请根据表中正确的数据，在图5-1-8中绘制出电流随电阻变化的图像。
（4）该同学的五次实验操作中有一次是错误的，对记录的数据进行分
析，发现第_____次测量的数据是错误的，错误的原因可能是_________。
92物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
2! 灐刲嗼岤
图5-2-1 飹慪磛喪揤艷軶銤
灯光渐亮，音乐渐起，幽静的湖畔，朦胧的月
色，一群美丽的白天鹅出现在舞台上，随着灯光的
变化翩翩起舞……
对舞台灯光强弱和声音大小的控制可以通过改
变电流或电压来实现。
欧姆的研究发现
早在1826年，欧姆（图5-2-2）对电流与电
压、电阻的关系就进行了探究。经过近十年的不懈
努力，欧姆巧妙地设计了电流扭秤—电流表的
雏形，并用温差电池作电源，保证了电流的稳定
性。他经过大量实验得出了下面的结论。
图5-2-2 灐刲
导体中的电流，跟导体两端的电压成正
比，跟导体的电阻成反比，这个结论叫作欧姆
定律（Ohm’s law）。
如果用 R 表示这段导体的电阻，U 表示导体
两端的电压，I 表示导体中的电流，那么，欧姆定
律可以写成如下公式
93譊6諌 灐刲嗼岤
I 的单位：A
U
I = U的单位：V
R
R的单位：Ω
欧姆定律告诉了我们电路中的电流与电压和电
阻的关系，它是关于电路的一条非常重要的定律。
!脩灐刲嗼岤㮨㐍㝧豨
欧姆定律在解决各种电路的计算问题中有
重要的应用。对于一段电路，只要知道电流、电
压、电阻这三个量中的两个，就可以利用欧姆定
律计算出第三个量。
┪華䑭┫手电筒的灯泡上标有“2.5 V 0.3 A”，
表示灯泡两端加2.5 V电压时，通过的电流为0.3 A，
U
灯泡正常发光。灯泡正常发光时的电阻是多少？
分析 为了便于分析问题，应先根据题意画出 R(cid:30)(cid:21924) I
电路图，在图上标明物理量的符号（图 5-2-3），
分析已知量和未知量。这对初学者分析题意特别
重要。
E S
U
㖧 由 I = 得到
R ∕5-2-3
U 2.5 V
R = = ≈ 8.3 Ω
I 0.3 A
这道题为我们提供了一种测定电阻的方法。
如果分别用电压表和电流表测出电路中某一导体
两端的电压值和通过它的电流值，就可以根据欧
姆定律算出这个导体的电阻值。
94物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
讨论交流
电流表和电压表的连接方式
通过电表的电流过大会有烧
你不能直接连在 那你
毁电表的危险。电流表的特点是本
电源两极间，会把你 为什么不
身电阻很小，在实验中决不允许直 烧坏的！ 怕呀？
接把电流表接在电源的两极间（图
5-2-4）。请用欧姆定律分析其中的
道理。
电压表的特点是电阻很大，
把它接到电压不超出测量范围的
电源两极间没有烧毁的危险，这
图5-2-4
是为什么？
发展空间
U
1. 小明由欧姆定律的公式推导得到R = ，据此他认为电阻跟它两端
I
自我评价
的电压成正比，跟通过它的电流成反比。他的观点对吗？请说出理由。
2. 工厂中的车床照明灯有的采用了36 V的电压，如果它工作时灯丝电
阻是32 Ω，求通过灯丝的电流。
3.交警经常使用酒精检测仪检测驾驶员是否
酒后驾车，其电路原理如图5-2-5所示，气敏电 R R
1 2
A
阻R 的阻值随气体中酒精浓度的增大而变小。
1
当酒后驾车的司机对着检测仪吹气时，请判断电 E S
流表示数如何变化。 图5-2-5
95譊6諌 欧姆定律
3! 玤㶞脽䈌
—欧姆定律应用之一
图5-3-1 馟縀脽䈌
有一只标注模糊的电阻，我们怎样才能知道它
的阻值呢？
用电压表和电流表测量电阻
用电压表可以测量电压，用电流表可以测量电
流；测量出了电压和电流，就可以用欧姆定律计算
出电阻。
演示实验
V
测量未知电阻
A
R
x
图5-3-2是小明设计的测量未知电阻的实验电
路图。和同学讨论，它有哪些不完备的地方？应 E S
怎样改进？ 图5-3-2
这便需要改变电路中通过
电阻的电流和电阻两端的电压。
测量一次数据，
串联一只
可能误差比较大，我
滑动变阻器，
们应该多测量几次，
就能改变电路
取平均值。
中的电流……
96物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
为了更精确地测量这个未知电阻的阻值，我们可以采取哪些措施？
材料 测量未知电阻的电路图
◆ 定值电阻 1 个
◆ 电压表 1 只
◆ 电流表 1 只
◆ 学生电源 1 台
◆ 滑动变阻器 1 只
◆ 开关 1 个
◆ 导线若干
按照设计的电路图连接电路，调节滑动变阻器，分别测出三组电压值和电
流值，把实验数据填入下表。
实验次数 电压U/V 电流I/A 电阻R/Ω
1
2
3
三次所测电阻的平均值为____________________。
以上用电压表、电流表以及欧姆定律测量电
阻的方法叫作伏安法。伏安法是测量电阻的一个基
本方法。
电压—电流图像
a
U/ V 在上面的实验中，除了用表格形式记录测量
b
结果外，我们还可以用图像的方式表示。在坐标
c
图上，横坐标表示电流I，纵坐标表示电压U。将
测量的数据在图中描点，用直线或光滑的曲线连接
各点，就可以得到电流随电压变化的关系曲线。电
O I/A 压—电流图像常被用来研究导体电阻的变化规律，
图5-3-3 訊脩曨啲僉脽蒓ア脽
是物理学中电学部分重要的图像。
玗訛弣鮪玤㶞闃銙銜菗鞣閽脽䈌
菗脽蒓ア脽玗∕納 如图5-3-3所示是不同电阻的电压—电流图像。
97譊6諌 欧姆定律
实验：测量灯泡的电阻
灯泡的电阻是否固定不变？我们可以用伏安法
来研究。
U U
根据欧姆定律I = 可得R = 。
R I V
利用伏安法，电流表和电压表分别用来测量
A
通过灯泡的电流和它两端的电压，利用变阻器改
L
变电路中的电流值，可设计如图 5-3-4 所示的实
R
E S P
验电路。
图5-3-4
由此，可确定实验器材、实验表格、实验步骤。
实验器材 灯座带灯泡（2.5 V 0.3 A）1 套、
开关1只、电压表1只、滑动变阻器1只、电流表
1只、干电池2节、电池盒2个、导线若干。
实验步骤
1. 按电路图连接电路。
思考：电压表、电流表连入电路前，应先调
零。可根据灯泡铭牌选择电表测量范围。为保证实
验中灯泡不会因电压过大而烧坏，闭合开关前，滑
动变阻器滑片应移至最大阻值位置。滑动变阻器在
电路中起什么作用？
2. 进行实验。闭合开关， 移动滑动变阻器滑
片，分别测量并记录灯泡两端电压低于 2.5 V、
等于 2.5 V、略高于 2.5 V 时的电压值和对应的电
流值。
实验次数 1 2 3 4 5
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
灯泡亮度
98物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
3.处理数据。根据欧姆定律计算灯泡的电
阻，分析实验数据，对实验结论作出解释。
思考：根据灯泡铭牌计算的电阻值和实验结
果存在差异，造成差异的原因可能是什么？
4.整理器材。测量实验完毕，断开开关，拆
去电源和其他元件，放回实验仪器准备区。
在上面的实验中，如果用电压传感器和电流
传感器替代电压表和电流表，逐渐增大灯泡两端的
电压，让灯丝由暗变亮，直至正常发光，在这个
过程中，传感器采集数据并传到计
U/V
1.0 算机，作出的电压—电流图像如图
0.8 5-3-5所示。
0.6 灯泡的灯丝由暗变亮的过程，
0.4
即灯丝的温度逐渐升高的过程。
0.2
上面的实验数据可以说明灯丝的
0
电阻随温度升高而增大。
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 I/A
图5-3-5
发展空间
测量电阻的其他方法
如果实际测量中缺少电流表，可以用一只电压表和一只已知阻值的电
家庭实验室
阻测量未知电阻的阻值吗？画出电路图，实际做一做。
认识多用电表
通常情况下，应用伏安法测电阻并不是很
方便，人们常用多用电表来测量电阻。指针式多
用电表是一种能测电流、电压和电阻等电学量的
仪表。多用电表有多个挡位和测量范围。当选择
开关拨到电阻挡时，可以直接读出被测导体的阻
值。请阅读多用电表的说明书，试着测量某电阻
图5-3-6 僫脩脽㐩
的阻值。
99譊6諌 灐刲嗼岤
1.某同学在用伏安法测电阻的实验中，将实物连成如图5-3-7所示电
颕惷㞊導
路，每节干电池提供的电压为1.5 V，估计被测电阻为10 Ω左右。请把电
路连接错误的地方改过来。
∕5-3-7
2. 请分析比较图5-3-3中电阻a、b、c阻值的大小关系。
3.小明采用伏安法测量一个灯泡的电阻，请回答下列问题。
（1）某次测量时，电压表和电流表指针位置分别如图5-3-8甲、乙所
示，则此时灯泡的电阻是多少？
(cid:23) (cid:19)(cid:18) (cid:19) (cid:20)
(cid:18) (cid:19) (cid:20) (cid:19)(cid:23) (cid:18) (cid:18)(cid:16)(cid:20) (cid:18)(cid:16)(cid:22) (cid:21)
(cid:18) (cid:21) (cid:18) (cid:18)(cid:16)(cid:24)
(cid:21) (cid:19)(cid:23) (cid:18)(cid:16)(cid:24) (cid:21)
(cid:10846) (cid:901)
∕5-3-8
（2）继续测量，若电压表的示数恰好为图5-3-8甲中的2倍，请判断
电流表的示数是否为图5-3-8乙中的2倍，为什么？
4.在甲、乙两地之间有两条输电线，已知每米输电线的电阻为0.01 Ω。
现输电线在某处发生短路，为确定短路位置，检修员利用电压表、电流表
和电源接成如图5-3-9所示电路进行检测。当电压表的示数为1.5 V时，电
流表的示数为30 mA，则短路位置离甲地多远？（其余部分电阻忽略不计）
A
甲 乙
E V
短路位置
∕5-3-9
9:物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
4! 譳暲脽㦷*
—欧姆定律应用之二
图5-4-1 鋋轎脽㦷
在维修电路时，如果有一只100 Ω的电阻坏
了，手边只有几只50 Ω的定值电阻，有什么办法可
以解决这个问题吗？
串联电路的等效电阻
几个连接起来的电阻所起的作用，可以用一
个电阻来代替，这个电阻就是那些电阻的等效电阻
（equivalent resistance）。
实验探究
串联电路的等效电阻
如图5-4-2所示，将已知阻值的电阻R 和R
V
1 2
串联接在电路中，接通电源后，读取电压表和电
A
R R
1 2
流表的示数 U和I，用欧姆定律算出R 与R 串联
1 2
后的等效电阻R = 。将 R的值与R
1
、R
2
的值
E S R P
比较，看看R跟R 和R 有什么关系。
1 2
图5-4-2
这个结论，我们也可以从理论上来推导。
** 本本节节供供选选学学。。
:1譊6諌 欧姆定律
U
U U
1 2
如图5-4-3所示，设串联电阻的阻值为R 和R，串 R R
1 2 1 2
联后等效电阻为R。通过它们的电流分别为I、I 和I， I I
1 2 1 2 I
根据欧姆定律和串联电路的特点，有R= 。
E S
图5-4-3
实验和理论推导都证明：串联电路的等效电阻等于各串联电阻之
和。如两个电阻串联，有R=R +R 。
1 2
将导体串联，相当于增大了导体的长度。根
据影响导体电阻大小的因素，参照图 5-4-4，可以
直观理解串联电路的等效电阻大于各串联导体的
电阻。
图5-4-4 鬈閧脽䈌
并联电路的等效电阻
用简单的图示来理解物理规律，是学习物理
的重要方法。参照图5-4-5，我们可以对并联电路
的等效电阻有怎样的猜想？
图5-4-5 媬閧脽䈌
理论探究
推导并联电路的等效电阻
猜想：两个电阻并联的总电阻______每一个支路的电阻。
根据学过的知识，通过理论推导，可以探究并联电路的等效电阻与各支路
电阻的关系，然后通过实验来验证得出的结论。
:2篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
可以证明，媬閧脽㦷菗譳暲脽䈌菗絶曨譳濱閭暐㦷脽䈌菗絶曨黪
1 1 1
縹。如两个电阻并联，有 = + 。
R R R
1 2
┪華䑭┫有一只灯泡，它正常发光时灯丝的电
阻是8.3 Ω，正常工作时的电压是2.5 V。如果我
U U
1 2
们只有电压为6 V的电源，要使灯泡正常工作，需
U
R 1 =8.3 Ω R 2 =(cid:21924) 要串联一个多大的电阻？
分析 如图5-4-6所示画出电路图。给灯泡串
联一个电阻 R ，可分去一部分电压，使灯泡两端
2
E S 的电压U 为正常工作电压2.5 V。
1
∕5-4-6
㖧 电阻R 分去的电压：
2
V
U =U -U = 6 V-2.5 V=3.5 V
2 1
R R P U 2.5 V
电路中的电流： I = 1 = ≈ 0.3 A
R 8.3 Ω
1
E S U 3.5 V
需要串联的电阻： R = 2 = ≈11.7 Ω
2 I 0.3 A
∕5-4-7 瘓詐獼䈌鮪菗瘓箽
姪愴襓詐䲗R魑諨菗脽蒓冨
从这道例题可以看出，串联在电路中的电阻具
剛獼僉䲯
有分压的作用，这一点在实际电路中有广泛应用。
如 果 把 电 压 表 请按图 5-4-7连接电路，观察串联电阻的分压作
连接在变阻器R 两
P 用，并说明我们自制的可调压电源（图5-1-5）的
端，移动滑片，电压
原理。
表示数如何变化？
!譳暲脽㦷
在许多情况下，人们常根据作用效果的相同，
来对复杂问题进行简化处理。现代电子技术中，在
分析一些复杂电路时，人们可以用一个简单的电路
代替它，确保电流和电压的输入、输出关系不变，
:3譊6諌 欧姆定律
使问题得到简化（图 5-4-8）。这个简单的电路就
是复杂电路的等效电路。
R
2
R R R R
1 1 2(cid:543)3 1(cid:543)2(cid:543)3
R
3
E S E S E S
图5-4-8 譳暲脽㦷
观 察
电阻箱 5 6 5 6
4 7 4 7
电阻箱是常见的变阻
3 8 3 8
×100 ×10
器。图5-4-9是旋盘式电阻
2 9 2 9
箱内部的连接方式，从等
1 1
效电路的角度考虑，电阻 0 0
箱是如何使两接线柱之间
5 6 5 6
电阻为所需阻值的呢？ 4 7 4 7
3 8 3 8
×1 000 ×1
2 9 2 9
1 1
0 0
图5-4-9 脽䈌貍菗㟁曨桇8 102 Ω
知识要点
1.欧姆定律：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。用公
UU
式表示： I == 。
RR
2.应用欧姆定律，用电压表和电流表间接测量电阻的方法叫作伏安法。
:4篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
槄諌僘™䑭
1.如图所示为某电阻的I-U图像，若将4只 断是否有人经过通道，并说明理由。
这样的电阻串联接在电压为6 V的电源两 A
极间，则通过电阻的电流为多少？若把一 (cid:11262) R 1 (cid:17735)
R
只这样的电阻与一只灯泡并联接在电压为 (cid:6356) 2
(cid:17792) (cid:1654)(cid:9149)
E
4 V的电源两极间，总电流为0.6 A，则该 S
灯泡工作时的阻值为多少？ 䲓譊3䑭∕䲔
I/A 4.可用图甲的电路测量一盏标有“3.8 V”
0.3
的灯泡正常发光时的电阻。器材有电压恒
0.2 为4.5 V的电源、滑动变阻器、电流表、
电压表（仅0 ～3 V测量范围可用）、开
0.1
关、导线。
0 2 4 6U/V
䲓譊1䑭∕䲔
2.如图所示为一简单的调光电路，闭合开
P
关后，灯泡不亮，电流表指针没有偏转，
于是用一根导线来检测故障。当用导线
0.6 3
连接a、b时，电流表指针不偏转；连接
(cid:902)
b、c时，电流表指针明显偏转。请根据
(cid:10847)
以上现象判断电路故障。（如果用导线把
P
用电器两端直接连通，电流将流经这根导
线而绕过用电器）
0.6 3
a b c
A
(cid:902)
R
P
(cid:10847) 䲓 譊4䑭∕䲔
E S （1）请将图甲中的电路连接完整。
（2）在正常测量时，某时刻电压表的示数
䲓譊2䑭∕䲔
为2.5 V，为了让灯泡正常发光，应怎样
3. 小明设计了一个监控装置，如图所示。 移动滑动变阻器的滑片？如何判断灯泡是
电源两极间电压不变，R 是定值电阻， 否正常发光？
2
光敏电阻R
1
阻值随光照强度增大而变 （3）灯泡正常发光时，电流表的指针位置
小，当有人从通道经过时会挡住光源射向 如图乙所示，则此时灯泡的电阻为多少？
R 的光。若发现电流表示数变大，请判
1
:5第 6 章
电话、电灯、电视、电梯、 电功率
电车、电热器……我们的周围，电
的强大力量随处可见。奔涌的电
流，具有对其他物体做功的本领。
◆ 电功
电功的多少与哪些因素有关？
◆ 电功率
做功快慢如何？电能生热吗？
◆ 焦耳定律
本章将回答这些问题。
◆ 跨学科实践：
半导体与光伏发电物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
1! 脽! 責
图6-1-1 糴纏㕂諀菗颕詐
从电灯、电话到计算机，从电动玩具车、遥控
憖毺
无人机到巨大的电梯，电向我们展示了一个又一个
奇迹，也给人类社会带来了现代文明。
电能与电功
清晨，闹钟响起欢乐的音乐声，电能转化成
了声音的能量；电灯亮了，电能转化成了内能和
光能；很快，烤箱中飘出烤面包的香气，电能转
化成了内能……
电能通常在转化成其他形式的能量后才能被我
们利用，用电器是能量转化的装置。
讨论交流
家庭中的电能转化
空调器 石英钟
现代家庭中，我们每天要消耗 电灯 电
暖 电视机
器
许多电能，这些电能去了哪里呢？
在图6-1-2中，电饭锅把电能
电风扇
转化为内能；洗衣机把电能转化 充电桩 洗衣机 电饭锅
冰
为机械能；充电桩给电动汽车充
箱
电动汽车
电，把电能转化为化学能……
图 6-1-2 脽╳惷嘼髯
看一看，还有哪些能量转化？
:7譊7諌 电功率
这些用电器消耗电能的过程，实质上是电能转
化为其他形式能量的过程。有多少电能转化为其他
形式的能量，我们就说电流做了多少功。电流所做
的功叫作电功。
电能可以转化为多种形式的能量，也可以从各
种形式的能量转化而来。打开手电筒时，电池内部
的化学能转化为电能；电流通过灯泡，电能转化为
光能和内能。用电器能够把电能转化为内能、机械
能、声能、光能和化学能等。正是因为电能可以很
方便地转化成其他多种形式的能量，电的应用才如
此广泛，在现代生活中才如此重要。
功和能量的国际
测量电功
单位是焦耳，千瓦时
电功通常用电能表（图6-1-3）测定，它的示
是电力工业和日常生
数以数字显示，单位是千瓦时，符号是kW·h， 活中的常用单位。
俗称“度”。 1 kW·h=3.6×106 J
1 200 imp /（kW·h）表
5（60）A表示这个电能表
示接在这个电能表上的用
的标定电流为5 A，额定最
电器，每消耗1 kW·h的
大电流为60 A。电能表工作
电能，电能表上的脉冲
时的电流不应超过额定最大
指示灯闪烁1 200次。
电流。
220 V表示这个电能表应
该在电压为220 V的电 50 Hz表示这个电能表
路中使用。
在频率为50 Hz的交流
电路中使用。
图 6-1-3 嘼脩脽霘㐩
:8物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
活 动
计算电能
图6-1-3是家用电能表的实物
8月31日电能表示数
图。这种仪表在家庭电路中就可以
看到。把电能表接在电路中，电能 9月30日电能表示数
表的显示屏上前后两次读数之差，
图 6-1-4 9榏珼鑸菗脽霘桇
就是这段时间内消耗的电能。 895.90 kW·h - 731.60 kW·h = 164.30 kW·h
随着“数字中国”的建设，智能电能表以微处理
器应用和网络通信技术为核心，具有自动计量、数据交
互、远程通信、用户互动等功能，已取代传统的感应式
电能表。
节约用电
“地球一小时”是一项全球性活动，号召人们在
每年3月最后一个星期六的20：30～21：30熄灯一小
时，以此引发人们对地球环境问题的思考。为引导节约
用电、合理用电，促进社会公平，促进绿色发展，我国
自2012年7月1日起全面试行居民阶梯电价制度。那
么，1度电可以干什么呢？
讨论交流
1度电的作用
我们不能小看1度电，图6-1-5大致表示出了1度电在国民经济中的作用。
（a）一盏10 W的LED （b）一台织布机织布 （c）一台洗衣机洗约 （d）一辆电动自行车
灯工作约100 h 约9.5 m 50 kg衣服 行驶约75 km
图 6-1-5 1嫳脽菗閣脩
:9譊7諌 电功率
每节约 1 度电，就相应节约了 0.4 kg 标准煤，同时少排放 0.272 kg 碳粉
尘、0.997 kg 二氧化碳、0.03 kg 二氧化硫、0.015 kg 氮氧化物。请和同学讨论
对节约用电的认识。
发展空间
1.什么叫作电功？ 电功的单位是什么？ 测量电功的仪表是什么？
2.小明购买了一辆玩具小车。闭合开关后，小车就会运动起来，同时发
自我评价
出动人的音乐和炫目的彩光。请分析一下玩具小车中有哪些能量的转化。
3. 家庭用电计价主要依据电能表计量，月初时和月末时小芸家电能表
的示数如图6-1-6所示，若电费为0.5元/度，则这
个月小芸家应支付多少电费？
4. 家里的许多用电器，不使用时虽然关机，但未
断开电源，仍处于待机状态，这时用电器也会消耗电
能。请查看一下家里的用电器是否存在这样的情况，
应该如何处理。
图 6-1-6
家用电器的能效标识
走向社会
我国的能效标识将能效分为5个等级。
等级1表示产品达到国际先进水平，最节
电，即耗能最低；等级2表示比较节电；等
级3表示产品的能源效率为我国市场的平均
水平；等级4表示产品能源效率低于市场平
均水平；等级5是市场准入指标，低于该
等级要求的产品不允许生产和销售。如图
6-1-7所示，能效标识为背部有黏性的、顶
部标有“中国能效标识”（CHINA ENERGY
LABEL）字样的蓝白背景彩色标签，一般
粘贴在产品的正面面板上。
图 6-1-7 嘼脩脽銻貍霘暲櫲㞌
::物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
2! 脽責綷
图 6-2-1 亁娕僰梮
夜晚的城市，霓虹斑斓，灯火璀璨，流光溢
彩。电，为我们描绘出一幅绚丽多彩的画卷。
认识电功率
家庭照明中，15 W的LED灯比7 W的LED灯
亮，这表明相同时间里，15 W的LED灯把较多的
电能转化为光能，也就是说，电能的消耗、电流做
功有快慢之分。在物理学中，用电功率表示消耗电
能的快慢。如果在时间t内通过用电器的电流所做
的功为W，则把电流所做的功与时间之比，定义为
这个用电器的电功率（electric power）。用公式表示
出来就是
P 表示电功率
W
P = W 表示电功
t
t 表示通电时间
电功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是 W。
平常我们说“10 W 的 LED 灯”“150 W 的电视
常用的电功率的
机”，指的就是电功率。电功率是家用电器的一项
单位还有千瓦（kW）：
重要的性能指标，在各种用电器的铭牌和说明书
1 kW＝103 W
中都有标示。
211譊7諌 电功率
讨论交流
消耗了多少电能
根据电视机的铭牌（图 6-2-2），能算
出观看两个小时电视节目大约要消耗多少
电能吗？
图 6-2-2 脽㖉槙菗䂽篅
电功率的大小
实验探究
电功率与电压、电流的关系
怎样探究电功率、电压、电流三个物理量的关 材料
◆ 2.5 V、3.8 V灯泡各1只
系呢？
◆ 电压表、电流表各1只
可通过灯泡的亮度粗略判断灯泡电功率的大 ◆ 电池3节
◆ 开关1个
小，要准确判断，需测量它两端的电压和通过的
◆ 滑动变阻器1只
电流。 ◆ 导线若干
按图6-2-3连接电路，将“2.5 V 0.3 A”和“3.8 V
0.3 A”的灯泡串联。比较两只灯泡的发光情况，并用电压表测量各灯泡两端
的电压，分析电功率与电压的关系。
V V
㯧㮔磛狫菗脽玗蒘閽
用电器 发光情况 电压/ V
L 1 L 2
エ2.5 V┛0.3 Aォ磛狫
E S R P エ3.8 V┛0.3 Aォ磛狫
图 6-2-3
结论：通过用电器的电流相同时，用电器两端的 L
1
A
电压越大，电功率________。
将“2.5 V 0.3 A”和“3.8 V 0.3 A”的灯泡并联， L 2
A
比较两只灯泡的发光情况，并用电流表测量通过两只
E S R P
灯泡的电流（图 6-2-4）。分析电功率与电流的关系。
图 6-2-4
212物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
㯧㮔磛狫菗脽蒓蒘閽
用电器 发光情况 电流/A
エ2.5 V┛0.3 Aォ磛狫
エ3.8 V┛0.3 Aォ磛狫
结论：用电器两端的电压相同时，通过用电
器的电流越大，电功率_________。
根据进一步的研究，可得：电功率等于电压
与电流的乘积。即
P=U I
电流在某段电路上所做的功，与这段电路两
端的电压、电路中的电流和通电时间成正比，即
W=U It
【例题】标有“220 V 100 W”的灯泡，在正
常工作时，通过它的电流是多少？正常发光时的电
阻是多少？
解 灯泡正常发光的电压U = 220 V
灯泡正常发光的功率P = 100 W
根据公式P = UI，正常工作时通过灯泡的电流
P 100 W
I= = ≈ 0.45 A
U 220 V
根据欧姆定律和上式可知，正常发光时灯泡的
电阻
U U2 （220 V） 2
R= = = = 484 Ω
I P 100 W
213譊7諌 电功率
额定功率
白炽灯上标有“220 V 40 W”（图6-2-5），表
示白炽灯正常发光时两端的电压是 220 V，消耗的
电功率是40 W。如果白炽灯两端的电压是 50 V，
这只白炽灯还能正常发光吗？
图 6-2-5
活 动
比较灯泡的亮度
取 2.5 V 的 灯 泡， 按 图
6-2-6 连 线。 调 节 滑 动 变 阻
器，使灯泡两端电压为2.5 V，
此时灯泡正常发光。再分别
使灯泡两端电压略大于或小
于 2.5 V，比较不同电压下灯
泡的亮度。
图 6-2-6
实验表明，用电器实际消耗的功率与加在它
两端的电压有关。所以，谈及用电器的功率，必须
指明电压。用电器正常工作时的电压叫作额定电压
（rated voltage），额定电压下的功率叫作额定功率
（rated power）。
多数用电器的额定电压和额定功率在铭牌上
图 6-2-7 LED磛菗㖇欸櫲㞌
直接标明（图 6-2-7、图 6-2-8）。我们使用各种
用电器时一定要注意它的额定电压，
≠ ≠ 3D慜藶槙
只有在额定电压下用电器才能正常工 ⿱ 惻 ≠≠
㞄僎圠嚩 420 mm≠620 mm≠400 mm 䑲嗼責綷 300 W
作。实际电压偏低，用电器消耗的
㞄僎㶜㶞 40 kg 䑲嗼脽蒓 220 V/50 Hz
功率低，不能正常工作；实际电压偏
攙櫧錀惻 202404009 銜蕒柂榲 2024/4
高，长期使用会影响用电器的寿命，
≠≠褘憢榐䈡蝕愷
还可能烧坏用电器。 图 6-2-8 槙鮪䂽篅
214篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
鳘慚脽鮪㞄僎菗䑲嗼責綷
脽鮪 䑲嗼責綷/ W 脽鮪 䑲嗼責綷/ W
脽啣㐩 10-5 㝧豨槙 200
慐脽譿 0.5 獔㐤槙 500
緸獸脽槙 1 峖狵磿 103
∕ 6-2-9 覠蒓鮪┝尲脽鍝燴
脽脽蒓鞣覠柣䲗䋑㕄㯧㮔覠 脽銻貍 100 訠㟉鮪 103
蒓鮪搩燴覠嗼菗脽蒓漢脽鮪
脽㖉槙 200 脽詐牊㬲 104
㞄僎炰婞姩閣
┪華䑭┫手电筒的灯泡上标有“2.5 V 0.3 A”，将
灯泡接在2.0 V的电路中，实际的电功率是多大？
接在3.0 V的电路中，实际的电功率是多大？（假
设灯泡的电阻不变）
U
㖧 由 I= ，得灯泡电阻
R
U 2.5 V
R = = ≈ 8.3 Ω
I 0.3 A
灯泡接在2.0 V的电路中，
U 2.0 V
I = 1 = ≈ 0.24 A
1 R 8.3 Ω
P = U I = 2.0 V×0.24 A =0.48 W
1 1 1
灯泡接在3.0 V的电路中，
U 3.0 V
I = 2 = ≈ 0.36 A
2 R 8.3 Ω
P = U I = 3.0 V × 0.36 A ≈ 1.1 W
2 2 2
灯泡的额定功率P =UI = 2.5 V× 0.3 A = 0.75 W。
显然，P < P，因此接2.0 V电压时灯泡发光暗淡；
1
P > P，因此接3.0 V电压时灯泡发光强烈。这与
2
以上实验结果是一致的。
215譊7諌 脽責綷
徠坓訠䇅
1. 有一只标有“3.8 V 0.3 A”字样的灯泡，它的额定功率是多少？将
这只灯泡接在3 V的电路中，它的实际功率是多少？（忽略灯泡电阻的变化）
颕惷㞊導
2. 为响应“节能减排”号召，家里的3盏100 W的白炽灯被更换成
3盏发光效果相当的12 W的LED灯。若每天平均开灯4 h，则一个月（按
30天计算）可节约多少电能？
3. 小明家里有一个电饭锅，铭牌上的额定功率模糊不清，要怎样才能
测量出这个电饭锅的额定功率呢？
4. 有一把电水壶，铭牌上标有“220 V 1 760 W”的字样。若电水壶接
入电路中正常工作3 min，请求解以下问题：
（1）通过它的电流；
（2）该电水壶电阻丝正常工作时的电阻；
（3）此次烧水消耗的电能。
漣鳘髟嘼嫼脩脽鮪菗㟉櫆
㤷闐蠬頓
脽鮪閼襈 䑲嗼責綷 責霘 煐儃姩閣菗柣䇅
了解每度电的费用，根据调查，计算家中一个月需交多少电费。问问
父母，我们的估算靠谱吗？
216物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
3! 秬镠嗼岤
图6-3-1 脽磿祅䁲
钢花飞溅，铁水奔流。炼钢厂的电炉中，电产
生巨大的热，将电炉中的铁水加热到上千摄氏度。
在生产、生活实践中，用电产生热是我们利用电能
的重要方式之一。
电流的热效应
活 动
自制灯泡
如图6-3-2 所示，将钉子垂直穿过橡胶瓶
盖，选一条电阻丝，两端分别绕在钉子的尖端，
装好后放入玻璃瓶内。钉子之间的电阻丝就如同
灯泡中的灯丝。当电流通过时，电阻丝快速发
热、变红、发光，但很快就烧掉了。在这短暂的
图6-3-2 颕艷磛狫
时间内，我们经历了爱迪生研制白炽灯泡的过程。
电流通过灯泡的灯丝时，灯丝变得灼热而发
光，这种电能转化为内能的现象叫作电流的热效应
（heating effect）。
灯泡工作时，通过灯泡的电流和通过连接灯泡
的电线的电流大小是相等的，为什么金属丝被烧得
217譊7諌 脽責綷
通红而电线却不热？电流通过导体产生热量的多少
与导体的电阻 R、通过它的电流 I、通电时间 t会
有什么样的关系呢？
长度相同、粗细不
看来灯泡产生的热
同的灯丝，电阻不同。
量跟灯丝的电阻有关。
我发现亮
度不同的灯
泡，灯丝的粗
细不同。
皞蠨嘄䙤
脽玗攙脠菗禔㶞鞲誠黩禦輴榐飾
槶朶
选取阻值不一样的电阻丝，如5 Ω和10 Ω的
◆ 焦耳定律实验器 1 套
电阻丝，装入实验装置中，两个透明容器中密封
◆ 学生电源 1 台
等量空气，U形管中液面高度差的变化反映容器
中空气温度的变化。
如图6-3-3所示，将5 Ω和10 Ω电阻丝串联
连接到电源两端。接通电源，通电一定时间后， 5 Ω
比较U形管中液面高度变化。
如图6-3-4所示连接电路。接通电源，通电
5 Ω 1100Ω Ω 5 Ω 150 ΩΩ
一定时间后，比较U形管中液面高度变化。
∕ 6-3-3 脽䈌僿囏鞣閽䲗攙
脠禔㶞菗僫囒蒘閽瀘䲯
实验表明：在相等时间内，电流相同时，电阻
较大的导体比电阻较小的导体产生的热量_______；
5 Ω
在相等时间内，电阻相同时，通过的电流较大的导
体比电流较小的导体产生的热量______。
从能量角度来说，电能转化为内能的过程，是
5 Ω 1100Ω Ω 5 Ω 150 ΩΩ
用电器消耗电能做功的过程。所以，我们可以利用 ∕ 6-3-4 脽玗僿囏鞣閽䲗攙
脠禔㶞菗僫囒蒘閽瀘䲯
电功关系进行理论探究。
218物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
理论探究
电流产生的热量与电阻的关系
如图6-3-5所示，两个定值电阻 R 、R 串联起来，
1 2 R R
1 2
接在电源上，通过它们的电流应该是相等的。通电一段
时间后，电阻消耗的电能全部转化为内能，对这两个电
E
阻产生的热量，应用W=UIt 和欧姆定律进行分析，我们 S
能得出什么推论？与上面实验探究的结论一致吗？ 图 6-3-5
焦耳定律
英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年
最先精确地确定了电流通过导体产生的热量（电
热）与电流、电阻和通电时间的关系。
电流通过导体产生的热量跟电流的平方成
正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正
比。这个规律叫作焦耳定律（Joule’s law）。
这个规律可以用下式表示
Q 的单位：J
I 的单位：A
Q =I 2Rt
R 的单位：Ω
t 的单位：s
电热的利用与危害
（a）家里的电暖器、电饭锅、 （b）养鸡场的电热孵化器，使 （c）输电线常采用铝线或铜线
电熨斗等，都是利用电热的 孵化雏鸡规模化 作为芯线，是为了减小电热造
例子 成的能量损耗
图 6-3-6 惷憚桇㮦欱訊脩縹䈃炪脽禔菗
219譊7諌 脽責綷
在生活和生产中，许多地方要利用电热。根据
电流的热效应，人们制造出电烤箱、电熨斗、电烙
铁、白炽灯等电器；电流还用于熔化和焊接金属。
但是，也有很多情况我们并不希望导体的温度过
高，要设法减少电热。例如，在电路中由于导线有
电阻，也会产生热量，这些热量容易使导线的绝缘
外皮迅速老化，甚至可能烧坏，这就需要考虑如何
减少导线产生的热量。焦耳定律是我们解决这些问
题的理论依据。
徠坓訠䇅
艷閣鳘慪狫犘樻響鈾槙
嘼嫼嘄䙤嘑 泡沫板熔化温度约160 ℃。请使用下列
材料制作一台通过加热电阻丝切割薄泡沫板
的小工具。
制作材料：直径较细的金属丝（镍铬合
金丝或不锈钢丝，直径0.2～0.5 mm）、电源
（学生电源或多节干电池）、开关、导线、木
棍等。
∕ 6-3-7 艷閣狫犘樻響鈾槙
猄弇䲪制作时需要戴手套，避免受伤。
1.小红利用如图6-3-3所示的装置自行探究电流产生的热量与什么因
素有关，电阻丝的阻值分别为5 Ω和10 Ω。请回答以下问题：
颕惷㞊導
（1）实验中如何判断电阻丝产生热量的多少？
（2）5 Ω和10 Ω的电阻丝按图中的方式连接，其目的是什么？
（3）闭合开关，通电一段时间后，哪个U形管里液柱高度差更大？为
什么？
2.将一个阻值为R的电阻接入电路中，通过它的电流为I，通电时间
为t时，产生的热量为Q。有哪些方法可以使它产生的热量为4 Q ？
21:物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
跨学科实践
4! 諞嚭贛鞲喪犢徠脽
图6-4-1 皼垊㰚㶝菗
喪犢脽爙樻 荒漠中，野岭上，一排排光伏电池板倒映着碧蓝的
天空和洁白的云朵，不时有飞鸟的身影划过，安静、美
丽、壮观。清洁能源正悄悄走进千家万户……
光伏电池板由半导体材料制成。半导体（semi-
conductor）是导电性能介于导体和绝缘体之间的一些材
料，如锗、硅、砷化镓等。半导体只有在一定条件下才
能导电。
认识半导体
纯度很高的半导体材料，如高纯硅、锗等，电阻很
大。但如果在半导体材料中掺入微量的其他元素，它们
的导电能力就会显著提高。科学家通过控制掺入元素的
种类，研制出了N型半导体和P型半导体，两种类型
的半导体以不同的方式结合，能制成二极管、三极管等
各种半导体元器件。
实验探究
二极管的导电性
先把一个发光二极管、一节干电池和开关串联，再把发光二极管反向接入
电路，观察有什么变化。
221譊7諌 电功率
半导体的应用
半导体无处不在。它们控制着计算机、手机、汽
车、飞机、医院中的CT机、无人机、导弹以及生活中
无处不在的其他电子设备。
半导体广泛应用于多个重要技术领域，如集成电
路、通信设备、光伏发电、激光与照明、大功率电源转
换等。某些半导体材料的导电性能受温度、光照、压力
等影响而显著变化，某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，
制成了热敏电阻、光敏电阻、力敏电阻等传感元件，以
及二极管、三极管、整流器等电子元件，还发明了半导
体激光器、LED光源、太阳能电池、芯片等器件。芯片
（chip），是在一块半导体薄片上集成二极管、三极管和
其他电子元件而制成的电路。芯片的发明和应用，是20
世纪的一项创举，是信息时代的基础。
环境光
距离传感器
传感器
（a）芯片是许多电子设备的 （b）手机里面的传感器 （c）中国空间站上巨大
核心元件 的太阳能电池板
（d）电动汽车充电桩应用半导体整流， （e）LED是主要的照明光源
将交流电转化为直流电
图 6-4-2 諞嚭贛菗嫙脩
222篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
嘄䙤換訙
槶朶
儅䈄霘脽爙菗㭠銜責綷
◆太阳能电池板2片
如图6-4-3所示，我们可以在不同条件下， ◆卤素光源1个
◆滑动变阻器1只
测量太阳能电池的电压和电流，计算太阳能电
◆电压表1只
池的输出功率，进一步确定影响太阳能电池的 ◆电流表1只
◆开关1只
输出功率的因素。
◆挡光板1片
（1）改变光照强度，测量太阳能电池的电
◆导线若干
压和电流；
（2）改变光源入射角度，测量太阳能电池 (cid:1654)
R 的电压和电流；
（3）改变2片太阳能电池板的连接方式， S
测量太阳能电池的电压和电流。
223
(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)
(cid:9876)
(cid:12)
!嘄㦽玏詐䲪㞄㝧欓ⅶ喪犢徠脽䑎蒅杴歍
光伏发电是利用半导体太阳能电池板将光能
直接转变为电能的一种技术。为了更好地完成校
园光伏发电项目的设计，我们需要通过探究解决
三个问题：
（1）影响太阳能电池输出功率的因素有哪些？
（2）校园的地理、环境特征是怎样的？
（3）学校的用电需求是多少？
A
(cid:3671)
(cid:19296)
P V (cid:13866)
(cid:10850)
(cid:8589)
(cid:14)
∕ 6-4-3 嘄䙤脽㦷
1.测算学校屋顶光伏理论发电量及学校用电量
请各小组通过实地调查、网络查询和图书查
阅，估算学校日常用电量，研究测算学校屋顶太阳
能电池板的理论日发电量。
2.确定太阳能电池板安装方式
查阅电子地图，记录学校所在位置及当日太阳
高度角，模拟并测算出太阳能电池板最佳方位角及譊7諌 电功率
当日太阳能电池板倾角度数。
3.撰写学校屋顶光伏发电项目方案
搜集本地区自然环境特征资料，分析实际发电
量少于理论发电量的原因，分析影响学校发电量的
有利条件和不利条件，思考如何提高太阳能电池板
的发电量，撰写项目方案。
4.交流展示
举办报告会，尝试从能源结构、环境保护角
度讨论能源利用对环境的影响，并与其他同学分
享和交流自己设计的校园光伏发电项目方案。
知识要点
1.电能向其他形式能量的转化是通过电流做功完成的，电流做多少功就有多少电能
转化为其他形式的能量。电流所做的功叫作电功。
WW
2.用电器消耗电能与所用时间之比，叫作这个用电器的电功率，即 P == 。 电功
tt
率等于电压和电流的乘积，即P = UI。
3.电流在某段电路上所做的功，与这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间
成正比，即W = UIt。
4.用电器实际消耗的功率与加在它两端的电压有关。用电器正常工作时的电压叫作
额定电压，额定电压下的功率叫作额定功率。
5.电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时
间成正比。这就是焦耳定律，数学表达式为Q = I 2Rt。
224篵纇!(cid:7711)媩鉒鞔慫
槄諌僘™䑭
1.当智能手机电池电量剩余不多时，可开启 5.小芸家有一把具有加热和保温两种功
“超级省电”模式，手机将会关闭大部分功 能的家用电水壶，如图甲所示，通过旋
能，只保留核心的电话、计时等功能，以 转旋钮开关可以实现功能切换。图乙是
达到延长使用时间的目的。请分析一下“超 其内部电路的简图，R 、R 均为加热电
1 2
级省电”模式是如何实现省电的。 阻，电水壶加热功率为1 000 W，保温功
2.小红为了弄清家里的用电器消耗了多 率为44 W。则：
少电能，她记下用电器的额定功率和工
作时间后，利用W = Pt计算出消耗的电
0 R
2 1 2
能。她的做法对吗，为什么？
3.用如图所示的电路探究电流产生的
1 2
0
热量与哪些因素有关，电阻丝的阻值相 R
1
同，均为R。 S 220 V
R 甲 乙
䲓 譊5䑭∕䲔
（1）要让电水壶加热，应将旋钮开关旋
A B 转到什么位置？
（2）忽略温度对电阻阻值的影响，求电
(cid:9046)(cid:5075)(cid:16590)
阻R 的阻值。
(cid:4243)(cid:10828)(cid:10850)(cid:9149) 2
R 6. LED（发光二极管）具有低压安全、
效能高等优点，广泛应用于各种照明设
备。尝试从能量利用率的角度说明为什么
LED灯比白炽灯更节能。
䲓 譊3䑭∕䲔
（1）实验中怎么判断电阻丝放出热量的
多少？
（2）这个电路能够控制哪些因素相同？
4.一辆电动自行车充电后，充电数据显
示该次充电时长为5 h 30 min、充电功率
为180 W。请计算此次充电大约消耗了多
少电能。
225譊8諌 磁与电
第 7 章
“司南之 杓， 投之于
地，其柢指南。”
磁与电
地磁场的存在，使我国
古人率先发明了可以指向南
北的司南，也在地球南北
极附近带来了绚丽的极光。
当人类揭示了磁与电的
关系后，更是可以操控电流
而获得或大或小、方向不同
的磁力，让磁为生产、生活
服务。
◆ 磁现象
◆ 电流的磁场
◆ 电磁铁
◆ 跨学科实践：指南针
226物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
1! 蝫縁㠧
图7-1-1 ┤㲟縹鞯㕂獃
600紿媩┥㱼衵 600多年前，郑和率领当时世界上最庞大的船
队，将指南针应用于航海定位，七次远涉重洋，
开创了海上丝绸之路最为繁盛的时代。
认识磁体
如果物体能够吸引由铁、钴、镍等制成的物
品，我们就说它具有磁性。具有磁性的物体叫作
磁体（magnet）。
磁体可以做成各种形状（图7-1-2），在现代生
活和科学技术中有广泛的应用。每个磁体有两个磁
性最强的地方，叫作磁极（magnetic pole）。磁极
总是成对出现的，至今还未发现单磁极的磁体。
图 7-1-2 閭褔屘籞菗蝫贛 图 7-1-3 蝫贛榐魑髟蝫樿
227譊8諌 磁与电
若把磁体悬挂或支起来，静止后， 一端会指北，
叫作北极（north pole）， 用N表示； 另一端会指南，
叫作南极（south pole）， 用S表示（图7-1-4）。
图 7-1-4 䌪炪柣䲗蝫贛菗蝫樿榐鳘嗼菗抣闐
进一步研究发现，磁体之间的相互作用有这样
的规律：同名磁极相斥，异名磁极相吸。
磁体周围有什么
两个同名磁 为什么两个 为什么两个 是不是两个
极越靠近，感觉 磁极不接触会有 异名磁极不接触 磁极之间有看不
斥力越大。 斥力呢？ 会相吸呢？ 见的东西呢？
在磁体的周围有一种我们看不见的特殊物
质，叫作磁场（magnetic field）。磁体之间的吸引
或排斥，正是通过磁场来实现的。
把小磁针靠近磁体，通过磁场，磁体对小磁
针有作用力，使小磁针偏转方向。在磁体周围的
图 7-1-5 ╳蝫贛紿–菗鞣閽
不同位置，小磁针指向不同的方向（图7-1-5）。
縛鎆䲗囏蝫䁘抣闐鞣閽菗杴闐
磁场看不见，摸不着，怎样来描述空间不同
点的磁场呢？
228物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
我想，磁场中的小磁针N极的指向可以
当作一个箭头来表示所在位置的磁场方向。
磁场有方向，
我们能不能仿照 磁场也有
对力的方向的描 强弱吗？怎样
述， 用一个箭头 来描述呢？
来表示？
实验探究
画出磁场的方向
如图7-1-6所示，把一个小磁针放在磁体周
围的不同位置，小磁针还指向南北吗？画出在不
同位置小磁针静止时N极的指向。
图 7-1-6
物理学中规定：小磁针在磁场中某一点静止
时，N极的指向即为该点磁场的方向。
怎样表示磁场的强弱？观察下面的实验现象，
我们也许会有所启发。
观 察
磁场的分布
如图7-1-7所示，在纸板下面放一条形磁铁，
取一些铁屑，均匀地撒在硬纸板上。轻敲纸板，观
察到了什么？
仿照铁屑在磁场中的排列情况，画出一些用箭
头标明方向的曲线，和同学讨论怎样描述磁场的方
图 7-1-7
向和大小。
229譊8諌 蝫鞲脽
为了形象地描述磁场，人们就把铁屑在磁
物理学家对磁场
场中的排列情况，用一些带箭头的曲线来表示
的形象描述：
（图 7-1-8），这样的曲线叫作蝫弣鉳䲓magnetic
induction line䲔。磁感线上，滌剛鳘祂菗響鉳杴闐
㐩蠨㞫祂蝫▕菗杴闐䲗楧鉳詳娖菗噑臝襫嫳㐩蠨蝫
S N
▕菗尀寭。用计算机，我们可以画出磁感线的立体
示意图（图7-1-9）。从图中能看出磁感线分布的一
些规律吗？
∕ 7-1-8
磁感线是一种假
想的线！但磁场是真
实存在的。
∕ 7-1-9 脩㝧豨槙腄銜菗蝫弣鉳誫贛蠨弇∕
!█蝫▕
为什么指南针总是指向南北呢？
地球是一个巨大的磁体（图 7-1-10），它的周
围存在地磁场。地磁北极在地理南极附近，地磁
南极在地理北极附近。地磁场的磁感线从地磁北 地磁场 地理北极
地磁南极
极出发到地磁南极。磁针指南北，就是受到地磁
场的作用。
地理两极跟地磁两极并不重合，所以磁针所
指的南北方向不是地理的正南、正北方向，而是
地磁北极
稍微有些偏离的。 赤道
地理南极
我们就处在地球这个大磁体所产生的磁场 ∕ 7-1-10 █蝫▕蠨弇∕
中。地磁场对人类的生产、生活都有重要意义（图
7-1-11）。
22:物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
（a）野外考察 （b）航海
图 7-1-11 訝僋㳋桇█蝫▕菗㩷屵
地磁场还是地球生命的“保护伞”。从太阳
或其他星体发射出来的高速带电粒子流，在接近
地球时，地磁场会改变其运动方向，使其偏离地
球，对地球起到了保护作用。
发展空间
磁屏蔽
家庭实验室 如图7-1-12所示，用线拴住几根针，线的另一端系一个重物放于桌面
上，用强磁体把针悬空吸引起来，在针与磁体之间分别插入木片、塑料片、
硬纸片、装水的扁塑料盒、铁片等物体（注意，不能让物体与磁体接触），
观察磁体对针的吸引情况有什么变化。
图 7-1-12 皞蠨蝫坅鷔
231譊8諌 磁与电
1.司南（图7-4-1）是指南针的始祖。请说说司南的“柢”（指勺柄）
为什么会指向南方，以及南方是地磁场的哪一极。
自我评价
2.圆纸盒里有一个条形磁铁，圆纸盒外放着一些小磁针，各小磁针的
指向如图7-1-13所示。请画出圆纸盒里的磁铁并标明N极和S极。（小磁
针涂红的一端表示N极）
图 7-1-13
3. 图7-1-14画出了两组磁极间的磁感线。请在图中标出磁极的名称，
并画出位于图中A点和B点的小磁针静止时N极的指向。
B
A
图 7-1-14
232物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
2! 脽玗菗蝫▕
图 7-2-1 㯧脽蒑嚭鉳紿–菗
䂑坈詳娖 电现象和磁现象之间有联系吗？物理学家深信
各种自然现象之间存在着相互联系，并对电与磁之
电与磁，
间的关系进行了长期探索。
它们可能有联
系吧！
奥斯特的发现
1820年4月的一天，丹麦物理学家奥斯特
（H.Oersted，1777—1851）在课堂上演示物理实
验。当他给导线通电时，导线附近的磁针发生轻
微偏转。“哇，电流产生了磁场！”
进一步研究发现，直线电流产生的磁场中，磁感
图 7-2-2 㝾僫褘喕嘼㝪麂䲗 线是以导线为圆心排列的一系列同心圆（图7-2-1）。
颕稅腨閭褔縁㠧桇蒘撥閧軶
奥斯特的发现，揭示了电与磁的联系，打开
菗┝㮦髟㖅祂©桇兦杛簊換
輶脽鞲蝫黪䇅飾軶菗詐臟 了电磁学领域的一扇大门，使人类对磁与电现象
的研究进入了一个新的发展时期。
通电螺线管的磁场
奥斯特的发现激励了科学家们的探索热情。他
们让电流通过弯成各种形状的导线，研究电流产生
的磁场。其中，用导线绕成的通电螺线管，应用非
常广泛。通电螺线管的磁场是怎样分布的呢？
233譊8諌 蝫鞲脽
㖅!嚄
鋤蒑鉳脽玗菗蝫▕訝㯧脽〴鉳豵菗蝫▕
螺线管是用导线绕成的。用计算机可以模拟
从直线电流的磁场到通电螺线管的磁场的演化
过程。
∕ 7-2-3 ╳嚭鉳紿–暤鳘╓
囏蝫䁘
直线电流产生
的磁场
计算机技术为科
学工作者提供了新的
直线电流向环 研究手段，它能动态
形电流过渡时产生
地、形象地研究物体
的磁场
的变化过程，揭示过
程的本质。
导线弯成环形
时电流产生的磁场
通电螺线管的
磁场可以看成是由
许多环形电流的磁
场叠加形成的
∕ 7-2-5 1820媩10榏䲗 狚
↙褘喕嘼嗗仸䲓André-Marie
∕ 7-2-4
Ampère䲗1775ア1836䲔╳褘
喕䈳漣貶鳘髟榐㥪菗囏嘄䙤䲪
把通电螺线管看作一
脩鳘欴鉾鉳憴漣冟菗〴鉳豵
个磁体，那它两端也有N
幑抔㤾樑┝〴鉳豵㯧脽闃頓
极和S极，通电螺线管的
銜縁誠黩縁㠧䲯
极性怎样确定呢？
通过计算机模
拟，我发现通电螺 电流产生磁场，
线管的磁场与条形 通电螺线管的磁场也
磁铁的磁场很相似。 许与电流的方向有
关，我们还是用实验
来探究吧！
234物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
实验探究
材料
◆ 螺线管 1 个 通电螺线管的磁场方向
◆ 学生电源 1 台
◆ 滑动变阻器 1 只
◆ 开关 1 个
◆ 小磁针若干
◆ 导线若干
图 7-2-6 欴捸嘄䙤䲗╳囏║説腄銜㯧
脽〴鉳豵紿–菗蝫▕杴闐
如图7-2-6所示，把小磁针放在螺线管附近
的不同位置，螺线管通电后，根据小磁针静止时
N极的指向画出该位置的磁场方向。
改变通过螺线管的电流方向，重新记录通电
螺线管周围各位置的磁场方向。
根据探究情况，通电螺线管的磁极性和电流
方向之间有什么关系？请概括成一条容易记忆的
规则，并和同学进行交流。比一比，看谁总结的
磁感线方向 规则更完整、更好记。
电流方向
为了便于记忆， 安培总结出判断通电螺线管
的磁极性跟电流方向的关系的方法：用右手握螺线
管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所
指的那一端就是通电螺线管的N极（图7-2-7）。
物体磁性从哪里来
我们注意到，环形电流的磁场与小磁针的磁
图7-2-7 㮦髟皼腄憮婒惷憚
场类似。受此启发，科学家们找到了物体磁性的
㝶峹㯧脽〴鉳豵菗蝫樿嵾㦧
脽玗杴闐菗飾軶 来源。
235譊8諌 磁与电
物质都是由原子、分子等微粒构成的，在微
粒内部，存在着一种环形电流，由于环形电流的存
在，使得每一个这样的物质微粒都可以看作一个微
型小磁针（图7-2-8）。在大部分物体中，由于大
量微型小磁针的指向紊乱，物体不显磁性；而在有
的物体中，大量微型小磁针指向较为一致，物体就
具有了磁性（图7-2-9）。
不显磁性的物体
图 7-2-8 煐髟縀屘脽玗㳋 具有磁性的物体
憮蒮閣鳘髟峖⿱囏蝫䁘 图7-2-9
演示实验
磁 化
如图 7-2-10所示，在一支试管中倒入铁屑，留出一定空隙，请按下面的
顺序操作，有什么发现？
（a）把试管拿到悬吊 （b）将试管靠近磁体， （c）再把试管靠近悬 （d）摇晃试管，再靠
着的订书钉旁 观察铁屑排列有何变化 吊着的订书钉 近订书钉
图 7-2-10
236物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
使没有磁性的物体获得磁性的过程叫作磁化
（magnetization）。物体被磁化的过程，实际上
是物体内微型小磁针按顺序“整队”的过程。
能被磁化的物质大多数是含铁、钴、镍的合金
或氧化物，叫作磁性材料。磁性材料应用广泛，它
的研制是现代科技的一个重要领域。
发展空间
通电螺线管的磁场
家庭实验室
如图7-2-11所示，在一块硬纸板
上打两排孔，用漆包线绕成一个螺线
管，在板面上均匀地撒满铁屑。给螺
线管通以电流，并轻轻敲击板面，观
察板面上铁屑的分布情况。
图 7-2-11
1.结合已学知识，猜想一下通电直导线周围磁场的方向与什么因素有
关，并通过实验验证猜想。
自我评价
2.如图7-2-12所示，给螺线管通电之后，小磁针逆时针旋转。请判断通电
螺线管的极性和线圈中电流的方向。
N
A B
图 7-2-12
3.人造磁铁使用一段时间后会出现磁性减弱的现象。能用电流来使它
的磁性增强吗？请思考这其中利用的物理原理。
237譊8諌 磁与电
3! 脽蝫䂑
图7-3-1 蝫幑珛興㬲
上海，浦东国际机场站到龙阳路站，磁悬浮列
车风驰电掣……列车可以高速平稳地行驶，是因为
列车车身与轨道之间并不接触，留有8～10 mm的
间隙。巨大的车身是怎么被举起的呢？
电磁铁
在螺线管中插入铁芯，当有电流通过时，它会
产生较强的磁场。这个带铁芯的螺线管叫作电磁铁
（electromagnet）。
实验探究
自制电磁铁
用大铁钉作铁芯，把漆包线在铁钉上密绕
20～50匝，一个简单的电磁铁就做成了（图7-3-2）。
把漆包线的两端接到电路中，就可以进行一
些有关电磁铁的实验探究了。
图 7-3-2 漣鳘髟脽蝫䂑
当电流通过带铁芯的螺线管时，螺线管中的
铁芯就被电流的磁场磁化成了磁铁，使通电螺线
管的磁性大大增强；当断开电路时，它们的磁性
就立即消失了。电磁铁就是根据这个原理制成的。
238物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关呢？
实验探究
材料
影响电磁铁磁性强弱的因素
◆ 学生电源 1 台
1.如图7-3-3（a）所示，同一电磁铁，比较电 ◆ 电磁铁（2 只，不同匝数）
流较大和较小情况下电磁铁的磁性强弱。 ◆ 电流表 1 只
◆ 滑动变阻器 1 只
2.如图7-3-3（b）所示，两个匝数不同的电
◆ 开关 1 个
磁铁，通过相同电流时，比较两个电磁铁的磁性 ◆ 导线若干
◆ 大头针若干
强弱。
R R R R
P P P P
A A A A
S E S E S E S E
（a） （b）
图 7-3-3
综合对电磁铁磁性的实验探究，把得到的实验数据填写在下表中。
线圈匝数N/匝 电流I/A 吸起的大头针数目n/个
0.5
1.0
0.5
1.0
实验表明，通过电磁铁的电流越大，线圈的匝
数越多，它的磁性就越强。
电磁铁在生活、生产和科学技术中有很广泛的
应用（图7-3-4）。从家里的全自动洗衣机到电动汽
车，从磁悬浮列车到三峡水库的发电站，各种大小
的电磁铁无处不在。
239譊8諌 磁与电
（a）利用电磁铁发明的电报、 （b）电磁铁是核磁共振成像 （c）在北京正负电子对撞机中，
电话，开创了现代通信技术 系统中最大且最重要的部件 使用了大量的电磁铁
图 7-3-4 脽蝫䂑菗鳘慚嫙脩
认识电磁继电器
什么是继电器（relay）呢？继 衔铁
电器是利用一个回路中的电流控制 C
另一个回路通断的装置。 D
电磁铁
图 7-3-5 是常用的电磁继电器 E
S A B
的结构和电路。
电源
E
电磁继电器是利用电磁铁控制 控制电路 工作电路
图 7-3-5 脽蝫銵脽鮪菗銐橂縹脽㦷
工作电路通断的开关，由电磁铁、衔
铁、簧片、触点组成。其电路由控制电路和工作电
路构成。在图7-3-5中，接通控制电路，即A、B之
间接通电流，电磁铁有了磁性，吸引衔铁，D、E
接通，使工作电路工作。断开控制电路，电磁铁失
去磁性，释放衔铁，使工作电路断开。电磁铁对衔
铁的吸、放，控制着工作电路的通、断，从而实现
了间接控制工作电路的目的。
活 动
组装电磁继电器
将电磁铁、衔铁、簧片、触点按图7-3-6进行组装，认识它的结构，观察
电磁铁通电和断电时衔铁的动作变化。
23:物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
材料
◆电磁继电器 1 个
◆小电机 1 个
◆电池 3 节
◆开关 1 个
◆导线若干
图 7-3-6 嘄䙤嘑㴜僎菗脽蝫銵脽鮪
然后，两位同学一起来做下面的实验：设计、连接一个用继电器控制小电
机的电路，一位同学接控制电路，另一位同学接工作电路。接通、断开控制电
路，观察小电机的工作状态。
我们生活在一个到处需用按钮操作的时代，手
指轻轻一按，就可以举起重物和操纵大型机器。电
磁继电器是一种常用的电子控制开关，在条件满足
的情况下关闭或开启，它可以避免工作人员直接操
纵含有高电压、强电流的工作电路，从而确保操作
安全。例如，在卡车中随着点火钥匙的转动，一个
回路中产生的微弱电流可以控制电池给另一个回路
提供强大的电流，从而启动发动机。电磁继电器的
开关特性在电力系统保护、生产过程自动化等领域
中得到了广泛的应用。
发展空间
电磁铁
将继电器改装成电铃
电铃是靠铃锤不断地敲击铃身
家庭实验室
弹簧片
发出响声。分析图7-3-7，了解电铃
衔铁
电源
的工作原理，表述其工作过程。利用 螺钉
图7-3-5所示的电磁继电器，分析它的
结构，看看怎样连接能使衔铁连续振
动，发出声音。 图 7-3-7 脽䂓銐橂蠨弇∕
241譊8諌 蝫鞲脽
1. 为什么电磁铁的磁性比通电螺线管的磁性强？
2.图7-3-8所示，是一个限流装置的示意图。图中P是电磁铁，S是
颕惷㞊導
开关，Q是衔铁，可绕O转动。试分析当电流过大时，它是怎样自动切断
电路的？
3.请说明如图7-3-9所示的电磁继电器的工作过程。
(cid:15745)(cid:18926) (cid:6748)(cid:9702)
(cid:10850)(cid:9149)
弹簧
P Q (cid:16147)(cid:9702)
S
O
(cid:10850)(cid:11758)(cid:18926)
(cid:10850)(cid:2005)(cid:7271)
∕ 7-3-8 ∕ 7-3-9
蝫幑珛興㬲
目前许多国家在研制高速磁悬浮列车。磁悬浮列车的车厢和铁轨上分
篵纇╳鉳
别安装有电磁铁，磁极相对。当电磁铁中通过强大的电流时，由于磁极间
的相互作用，列车受到向上的力以及控制运动方向的力，使列车能够“悬
浮”在铁轨上方8～10 mm的高度上行驶（图7-3-10）。由于避免了来自车
轮与轨道之间的摩擦，列车的速度可达500 km/h以上。我国上海市浦东国
际机场至龙阳路的铁路、北京市的地铁S1线均为磁悬浮列车线路。
关于磁悬浮列车的更多技术细节和优势，可通过互联网查询了解。
(cid:1992) (cid:1992)
(cid:17555)(cid:2255)
(cid:12199)(cid:19233)(cid:13386)(cid:19398) (cid:4393)(cid:2366)(cid:10850)(cid:11758)(cid:18926)
(cid:5593)(cid:8859)(cid:10850)(cid:11758)(cid:18926) (cid:17557)(cid:17792)(cid:10850)(cid:11758)(cid:18926)
(cid:17557)(cid:17792)
∕ 7-3-10 蝫幑珛興㬲菗仹槄摜纇
242
正正文文44442200--33物物理理 九九年年级级上上册册..iinndddd 113311 22002255//66//99 1188::0022::5588物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
跨学科实践
4! 抣讖䁘
图7-4-1 髯↙餷錯菗愷讖
源远流长、辉煌灿烂的中国古代科技为人类文
明作出了重要的贡献。四大发明之一的指南针，是
中国古代磁学领域的创新成就。
追溯指南针的进化史
“故郑人之取玉也，载司南之车，为其不惑
对于历史的认识，
需要查阅大量的文献 也。”春秋时期的《鬼谷子》是最早提到“司南”
进行考证，这是一种
一词的古代典籍。东汉王充在《论衡》中所描述
有效的研究方法。
的“司南勺”已被公认为最早的磁性指南器具。
古人将磁石制成光滑的磁勺，把它放在刻着方位
的铜盘上，发明了指南针的始祖—司南。
此后 1 000 年中，司南被不断改进。首先被
改为磁针；唐代末期，人们在司南的基础上发明
了水罗盘；北宋时期，出现了指南鱼、指南针。
我国最早发明了人工磁化制作指南装置的方
法。11世纪，在《武经总要》中，记载了将铁片加
热，沿地磁场方向在水中“淬火”制作指南鱼的方
图7-4-2 1962媩惷↙㱼脽 法［图7-4-3（a）］。在《梦溪笔谈》中，记载了“方
㲶徠㐍貶鳘兏鉖92┤髯↙餷
家以磁石磨针锋，则能指南”。这是一种利用天然
錯褘喕嘼┥䲓譊癟鉼䲔鉖崿
磁石的磁场， 使钢针磁化，制作指南针的方法。人
㱼衵䲗壽髯賾扱嗙錯褘喕嘼
牜扱 工磁化方法的发明，对指南针的应用和发展起了巨
243譊8諌 磁与电
S N S N
木鱼
S N
S N
黄蜡 磁石
（a）加热后“淬火”制作的鱼形铁叶 （b）装有磁石和针的漂浮木鱼，选自
罗盘，选自《武经总要》 《事林广记》
图7-4-3 餷錯艷閣抣讖䡘菗杴狚
大的作用。
指南针常用于航海、大地测量、军事及旅行
等方面。根据北宋地理学家朱彧《萍洲可谈》中的
相关记载，我国古人最早将指南针应用于航海。明
代郑和利用罗盘七下西洋堪称世界航海史上的伟大
壮举。指南针为航海事业的发展创造了一种导航手
段，使人们获得了全天候航行的能力，对世界文明
的发展有重大的影响。
自制指南针
利用实验室器材和生活用具（如条形磁铁、小
磁针、缝衣针等），仿照古代通过淬火或摩擦的方
法，设计制作指南针。展示自制指南针作品，与同
学交流。
（a）放在碗边沿上 （b）穿过灯芯草浮在水面上 （c）放在指甲上 （d）用蚕丝线悬挂
图7-4-4 牜扱㝶㭉菗抣讖䁘菗繫褔漢脩杴狚
244物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
测量磁偏角
沈括在世界上最早通过实验证明了磁针“能指
南，然常微偏东，不全南也”，即地磁的南北极与
地理的南北极并不完全重合，存在磁偏角。这比哥
伦布横渡大西洋时发现磁偏角现象早了400多年。
磁偏角是指地球表面任一点的磁子午圈同地理
子午圈的夹角，可以用磁偏测量仪测出来。
利用小磁针静止时N极所指的方向（地磁南
极）与地理北极的夹角，可粗略测量当地磁偏角。
测量思路如下：
1. 利用自制的指南针可以测定磁极方位；
2. 查阅相关资料，借助影子、北极星等可以测
定地理北极方位；
3.利用量角器测量地磁南极与地理北极的夹角。
发展空间
中国古代确定方位的基本方法
物理在线 土圭之法是中国古代确定方位的基本方法。在水平地面上竖直立一直
杆，以杆为圆心画出一个圆，观察太阳光投射的杆影，将日出和日落时杆
影顶端恰好落在圆周上时的两点记录下来，连接两点形成的直线为东西方
向，与之相垂直的直线就是南北方向（图7-4-5）。更多关于测定方位的内
容，可以查阅图书或互联网资料进行了解。
(cid:1465)(cid:7046)(cid:3670)(cid:19295) (cid:6933)(cid:7060)(cid:3670)(cid:19295)
N
W E
S
图 7-4-5
245譊8諌 蝫鞲脽
蘈㞌㕄祂
1.磁体周围存在磁场，磁体有N、S两极，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
2.磁场可以用磁感线形象地描述，磁感线是一些带箭头的曲线，曲线各点的切线方
向表示该点磁场的方向，曲线分布的密疏程度表示磁场的强弱。
3.通电直导线和通电螺线管周围也存在磁场。
4.电磁铁就是带有铁芯的螺线管。电磁铁的磁性有无可以通过通断电流来控制。通
过电磁铁的电流越大，磁性越强；线圈的匝数越多，磁性越强。
5.电磁继电器是利用电磁铁控制工作电路通断的开关。它通过控制低压电路的通断
间接控制高压电路的通断。
槄諌僘™䑭
1. 根据图（a）导线中的电流方向，标出
螺线管的磁极。根据图（b）中所示的磁 S
感线方向，标出螺线管的磁极和导线中
N
R
P
的电流方向。
S
E
(cid:10850)(cid:9149) 䲓譊2䑭∕䲔
（ a）
3. 小聪为蔬菜大棚设计了一种温度自动报
警器，如图所示，在水银温度计两端各封
入一段金属丝。当温度达到温度计上端金
属丝所指的温度时，电铃就响起来，发出
(cid:10850)(cid:9149)
报警信号。请说明它的工作原理。
（b）
(cid:10850)(cid:9149) (cid:10850)(cid:9149)
䲓譊1䑭∕䲔
(cid:14) (cid:12) (cid:14) (cid:12)
(cid:18174)(cid:4491)(cid:842)
2. 如图所示，开关S闭合后，磁铁及弹 (cid:8545)
(cid:18979)
簧静止。当向左移动滑动变阻器的滑片 (cid:9046) (cid:10850)(cid:18928)
(cid:15745)(cid:18926)
(cid:5075)
时，请分析电磁铁的磁性和弹簧长度的 (cid:16590)
变化情况。 (cid:18174)(cid:4491)(cid:842)
䲓譊3䑭∕䲔
246物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
4. 为实现节能和智能控制，空调内部
用到了热敏元件和电磁继电器，如图所
示是启动或停止空调压缩机的电路示意
(cid:10849)(cid:9148)
图，请简要描述其工作原理。
(cid:3612)(cid:6355)(cid:5164)(cid:1695)
(cid:10849)(cid:9148)
(cid:2232) 䲓譊5䑭∕䲔
(cid:13398)
(cid:10850)(cid:9149) (cid:7271)
(cid:9046)(cid:5075) 6. 过去几十年来，由在多个火星探测任
(cid:5708)(cid:5057)
(cid:5165)(cid:1696) (cid:10850)(cid:9149) 务中观测和实验所得数据可知，火星内
(cid:6356)(cid:1891)(cid:10850)(cid:17180) (cid:4882)(cid:1161)(cid:10850)(cid:17180) 部结构与地球内部结构相似。若要研究
䲓譊4䑭∕䲔
火星周围是否存在磁场，请设计一个可
5. 如图所示，请用一个声控开关、一个 行的方案。
电磁继电器及其他元件，设计一个电路，
只要我们一拍手就会自动亮灯。
247譊9諌 电磁相互作用
第 8 章
电磁相互作用
蔚蓝的天空，辽阔的大海，一排排白色的风机“迎风取电”，构成
天际边的一道独特风景。
风风是是怎怎样样发发电电的的？？电电是是怎怎样样驱驱动动机机器器的的？？让让我我们们沿沿着着科科学学家家的的足足
迹迹，，探探索索电电磁磁相相互互作作用用的的奥奥秘秘吧吧！！
◆ 电磁感应现象
◆ 磁场对电流的作用
◆ 跨学科实践：传感技术
224488物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
1! 脽蝫弣嫙縁㠧
图8-1-1 姩襫徹驤╳嗗㒈䒣
臟徠脽槙菗慇懨 工程人员正在紧张地施工，他们要给风力发电
机安装巨大的扇叶，他们的目的是获得电能。
电是怎样产生的呢？
法拉第的发现
科学思维有许多方式，对一个问题的逆向思
考，是一种有效的思维方式。
奥斯特发现了电流的周围有磁场后，许多科
学家进行了逆向的思考：既然电流能产生磁场，那
么能否利用磁场来产生电流呢？
1831年，英国物理学家法拉第（图8-1-2）历
经10年的探索，终于发现了利用磁场产生电流的
条件和规律。法拉第的发现进一步揭示了电与磁
的联系，促进了发电机、电动机和变压器的相继
问世，使电能的大规模生产、传输和利用成为现
图8-1-2 狚戨譊䲓Michael 实，人类社会进入了电气化的时代。
Faraday䲗1791ア1867䲔
下面我们从一根导线在磁场中运动的情况开
始，寻找磁生电的规律。
249譊9諌 电磁相互作用
实验：产生感应电流的条件
实验探究
导体在磁场中产生电流的条件 材料
将一根导体的两端用细导线悬挂起来，并与 ◆直导体 1 根
◆方形线圈 1 个
灵敏电流计串联组成闭合电路。将导体放在蹄形
◆蹄形磁铁 1 个
磁铁的磁场中，如图8-1-3（a）所示。 ◆灵敏电流计 1 只
◆铁架台 1 套
1.使导体ab（闭合电路的一部分）在磁场
◆导线若干
中静止或向各个方向运动，进行各种尝试，找到
能使灵敏电流计的指针发生偏转的操作。
2.尝试改变电路中产生的电流方向，记录所
3002001000100200300 3002001000100200300
G G
使用的成功方法。 b
G0 G1 a G0 G1
导体ab在磁场中的运动情况 是否有感应电流
䌪炪
（a）
犳蝫▕杴闐㮝詐䲓鞣響鈾蝫弣鉳䲔
3002001000100200300 3002001000100200300
響鈾蝫弣鉳㮝詐 G G
b
3.将导体换成一个线圈，如图 8-1-3（b）所
G0 G1 a G0 G1
示，重复上面的实验，有什么发现？
（b）
和同学进行交流，总结导体在磁场中产生电
图 8-1-3 皞蠨嚭贛╳蝫▕髯
流的条件。 攙脠脽玗菗樍禱
实验表明，闭合电路的一部分导体在磁场中做
切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种
现象叫作电磁感应（electromagnetic induction），
所产生的电流叫作感应电流（induction current）。
进一步的实验表明，感应电流的方向与磁场方向和
导体在磁场中的运动方向都有关系（图8-1-4）。
图 8-1-4 皼腄䲪䆾閾脽㦷菗
发电机
鳘㲶詳嚭贛響鈾蝫弣鉳㮝詐柣
电磁感应现象表明，机械能转化成电能是可行 頓攙脠脽玗
24:物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
的。由此，法拉第发明了发电机。
怎样才能让线圈产生持续的电流呢？
动手做
制作一个小发电机
材料
如图8-1-5所示，用漆包线绕一个宽约1.5 cm、
◆漆包线若干
◆磁体 1 个
长约2 cm的矩形线圈，匝数为10圈左右。两线
◆灵敏电流计 1 只 头伸直，留出约 1 cm，用刀片将漆皮刮掉，作转
◆小风轮 1 个
动轴，支在用曲别针做的支架上，在线圈下面放
◆曲别针若干
◆刀片 1 个 一块磁体。这样，一个最简单的发电机就做成了。
用纸做一个小风轮固定在转动轴上，将小
发电机与灵敏电流计相连接，吹动小风轮转
动，观察灵敏电流计指针的偏转情况。
将小发电机与电流传感器相接，吹动小风
轮使线圈转动，通过计算机观察小发电机的发
电情况。
图 8-1-5
实际的发电机结构复杂，但它们都和上面制
作的发电机一样，由定子（不动部分）和转子（转
动部分）组成。所有发电机也都是依据电磁感应来
发电的，图8-1-6是发电机的结构示意图。
a
N S
b c
图 8-1-6 徠脽槙菗仹槄銐橂
251譊9諌 电磁相互作用
(cid:10850)(cid:8814)
(cid:11758)(cid:3175)
O
(cid:6947)(cid:19233)
图 8-1-7 徠脽槙菗徠脽摜纇∕
我们也许已经发现，随着线圈的转动，发电机
产生的感应电流的大小和方向也在周期性地变化。
这样的电流叫作交变电流（alternating current），
简称交流电（AC）。在交变电流中，电流周期性
变化的次数与所用时间之比叫作这一交变电流的频
率（frequency），单位是赫兹（Hz）。我国电网的
交流电频率是50 Hz。
从能量角度来看，发电机是将机械能转化为
电能的装置。这种机械能可以来自风，来自高处
下落的水，或者来自蒸汽机……如今，各种发电
机，从只能点亮一个灯泡的自行车发电机，到
各类发电厂大大小小的发电机组，已遍布世界各
地。发电机的出现，推动了人类历史上一次重大
的工业革命。
图 8-1-8 嘄䙤嘑㶛菗慐攁徠脽槙霘攙脠測獼脽玗 图 8-1-9 僿⿱徠脽蕒菗徠脽槙鉼
252物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
发展空间
玩具电动机能发电吗
300200100 0 100200300
G
家庭实验室
如图8-1-10所示，找一个玩具电动机，
拆开并观察电机的结构，想一想，能用它来
G0 G1
发电吗？根据其结构分析，这个电机产生的
电流方向是否改变？并通过实验验证分析是
否正确。
图 8-1-10 緸獸脽詐
槙霘徠脽瀘䲯
1.发电机是利用什么原理工作的？它主要由哪两部分组成？发电机工作
过程中，能量是如何转化的？
自我评价
2. 如图8-1-11所示，几个学
生在操场上做“跳绳发电”的实
验，他们将铜导线的两端与放置
在地面上的灵敏电流计相连，当
两个学生站在东西方向摇动导线
时，发现灵敏电流计的指针左右
摆动。为什么摇动导线时，灵敏
图 8-1-11
电流计的指针会左右摆动呢？
3. 如图8-1-12所示，把灯泡接在螺线管两端，然后将一块条形磁铁迅
速放入螺线管中，发现灯泡亮了一下；再把磁铁迅速地取出，发现灯泡也亮
了一下。请解释这一现象。
S N
图 8-1-12
253譊9諌 脽蝫蒘撥閣脩
2! 蝫▕嚪脽玗菗閣脩
∕8-2-1 枼徹槙煖㤢
参加过无人机比赛吗？无人机的每对旋翼上
都装着一个小电动机。接通电源，电动机立刻转动
起来，并带动旋翼旋转。电动机是一种应用广泛的
机械，家中许多电器就是由它来驱动的。
电动机为什么能够转动呢？
!蝫▕嚪㯧脽嚭鉳菗閣脩
嘄䙤換訙
㝯㯧脽嚭鉳╳蝫▕髯詐㤾樑
槶朶
◆蹄形磁铁 1 个
b ◆金属导轨 1 套
◆直导线 1 根
a
◆电池 2 节
◆开关 1 个
◆导线若干
∕ 8-2-2
如图8-2-2所示，把一根直导线ab放在磁铁的磁场中，导线两端通过光滑
金属导轨与电源、开关相连。接通电源，电流通过导线ab，观察发生的现象。
尝试进行各种变化，如改变电流方向，或把磁铁的磁极上下对调，探究磁
场对通电导线作用的规律。
254物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
实验表明：通电导体在磁场中受力的作用。力
的方向与电流的方向、磁场的方向有关。
从能量角度来看，磁场对电流的作用，表明电
能可以转化为机械能。据此，许多科学家提出了电
动机的设想，经过几十年的努力，实用的电动机的
制造技术才逐渐完善。现在，电动机已成为电气时
代的标志。
让线圈在磁场中转起来
1873年，在一次博览会
上，一位工作人员很偶然地把
两台发电机连在一起，一台发
电机产生的电流通过了另一台
发电机的线圈，后一台发电机
竟转动了起来（图8-2-3）！
这一偶然发现表明， 电
动机和发电机应该有类似的结
图 8-2-3 鳘慪徠脽槙婈詐蔄饃鳘慪徠脽槙㬸㤾樑貶 构，可以把通电线圈放在磁场
中，使之转动，从而将电能转化为机械能。
活 动
磁场对通电线圈的作用
如图8-2-4所示，拿出我们做的小发电机，接通电源，让电流通过线圈。
看一看线圈能否持续转动。
材料
◆磁体 1 个
◆线圈 1 个
◆支架 1 套
◆电池 2 节
◆导线若干
图 8-2-4
255譊9諌 电磁相互作用
当线圈处在这个位
当线圈转过这
置时，ab边和cd边中的
个平衡位置时，线
电流方向相反，所以受
圈受到的两个力将
到的力的方向相反且不
阻碍它沿原方向继
在同一条直线上，从我
续转动，所以线圈
们这个角度看去，线圈
不能持续转下去。
将顺时针转动。 图 8-2-5
怎样才能使线圈持续转动呢？上面的分析表
明，如果在线圈刚转过平衡位置时，立即改变线圈
中的电流方向，那么，由于受力方向改变，线圈就
可以按原来的方向继续转动。这样，每当线圈刚转
过平衡位置，就改变一次电流方向，线圈就可以不
停地转动下去了。
动手做
制作一个小电动机
怎样才能使图 8-2-4 的线圈持续转动起来
材料
呢？用刀片将作为转动轴的漆包线同侧的半边漆
◆磁体 1 个
皮刮掉，然后把线圈放在支架上。一个小直流电 ◆线圈 1 个
◆支架 1 套
动机就做好了。
◆电池 2 节
接通电源，试一试，我们做的小电动机能持 ◆导线若干
◆刀片 1 个
续转动吗？和同学分析，这个装置是怎样控制电
流方向的？
实际直流电动机比我们制作的小电动机要复
256物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
杂得多。如图8-2-6所示，线圈的两端各连一个
铜制半环E和F，它们彼此绝缘，并随线圈一起
转动。A和B是电刷，它们跟半环接触，使电源
和线圈组成闭合电路。这两个半圆环叫作换向器
（commutator），是19世纪发明的，一直沿用至今。
N S
A B
E F
图 8-2-6 蒑玗脽詐槙蠨弇∕
利用磁场对电流的作用使线圈转动，同时利用
换向器及时改变线圈中的电流方向，从而保持线圈
持续转动。这就是直流电动机的工作原理。
电动机与人类文明
电动机是第二次科技革命中最重要的发明之
一。电动机有极其广泛的应用，在家庭中，从手机、
计算机、电风扇、空调器，到电动牙刷、微波炉、抽
油烟机、电冰箱、洗衣机，甚至各种电动玩具都离不
开电动机。在工厂中，从水泵、起重机、机床，到电
梯、自动化生产流水线，都是由电动机驱动的。
257譊9諌 电磁相互作用
（a）无人机玩具里的电动机 （b）大型轮船推进器里的电动机
（c）柔性自动生产线是由计算 （d）现代化的汽车生产流水线
机统一控制多台电动机，使 上，大量的装配机械手靠电动
机械手按程序完成换刀、控 机完成上万个零件的组装
制切削和物料运输等操作 （e）电梯里的电动机
图 8-2-7 脩㯡媹狣菗脽詐槙
电动机是各种新能源交通工具的心脏。从电动
自行车、电动汽车，到“复兴号”电力动车组，其
驱动系统的核心部件均是电动机。一辆新能源汽车
便应用了几十台电动机（图 8-2-8）。
座椅高度调节电机
座椅倾角调整电机
暖风机电机
腰靠电机
空调器电机 滑动电机 天线伸缩电机
时钟步进电机 天窗控制电机
音响装置电机
电控反光镜控制电机 后部空调器电机
空气净化器电机
可调减震器电机
门锁电机
车窗电机
后驱电机
前窗雨刷电机
车前灯控制电机
前窗清洗器电机
车前灯清洗器电机 前驱电机
图 8-2-8 杝霘疊牊㬲鞔菗脽詐槙
258物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
活 动
调查家庭中的电动机
回到家，环顾四周，我们会发现电动机的身影。请开始一个有趣的调查：从
厨房、客厅、浴室到卧室，统计一下能找到的里面有电动机的物品。
含电动机物品 电动机用途 取电方式
瘮譿獔㐤槙 婈詐瘮譿㬸詐 嘼嫼脽㦷搮嫴
发展空间
电磁现象中的能量转化
家庭实验室
和同学一起来组装图8-2-9的电路，使
一个线圈在磁场中摆动，观察另一个线圈是
否摆动，并从能量角度来对比分析这个过
程：线圈在磁场中摆动、产生电流的过程
中，能量怎样转化；通电线圈在磁场中受力
图 8-2-9
的作用而运动时，能量怎样转化。
1. 要改变通电导体在磁场中的受力方向，可以通过改变哪些因素来
实现？
自我评价
2. 在如图8-2-10所示的装置中，当闭合开关后，线圈为什么运动？
a
N S
b c
图 8-2-10
259譊9諌 电磁相互作用
3.小明做了一个有趣的实验，如图8-2-11（a）所示，以塑料管为连接
轴将两个玩具电动机转轴连接起来，把一个灯泡与一个电动机连接，另一
个电动机接电源，分析会发生的现象。
按图8-2-11（b）所示连接电路，如果先拨动一下转轴，那么发电机
将给电动机供电，电动机又带动发电机发电……这样就会一直转动下去。
想一想，这可能吗？试着做做看。
(cid:2302)(cid:10850)(cid:7271) (cid:10850)(cid:2005)(cid:7271)
(cid:17675)(cid:6354)(cid:17569)
（ a ） （ b ）
图 8-2-11
三峡大坝发电机组
物理在线 三峡大坝的总装机容量是 2.25×104 MW，目前已建成的发
电机组有 32 台。三峡大坝的发电机组是现今世界最大的水轮发
电机组，水轮机转子直径达
10.7 m。水轮机的转子由 50
多个重 1 000 t 的叶片拼成。
其研制过程经历了多年的艰
苦探索和技术攻关，实现了
我国发电装置制造技术的巨
大飞跃。请阅读有关图书或
查询网络了解三峡大坝发电
机组的技术特点、建设历程
和发挥的作用。
图 8-2-12 鞒堼僿￤徠脽槙鉼
25:物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
跨学科实践
3! 訛弣憢槇
图8-3-1 慐槙㝯惷憚菗脠
玏楪價掋
“千里眼”和“顺风耳”是我国古代传说中的
著名角色，出现在《西游记》等文学作品中。它们
寄托了人类千万年以来的梦想—看到远处的物
体、听到远处的声音。
今天，通过望远镜，“千里眼”已成为现实。
那么， 我们是怎么实现“ 顺风耳” 的呢？
把声音转换为电流
“人的声音是通过空气的振动传递的。如果
把这一振动转换成电流的强弱而传送，再把电流
转换成声音，也许就能把说的话传送到很远的地
方。”1860年，科学家提出了这样的猜想。
这需要一个很灵敏的物体，类似
于我们的耳膜，来感受这种振动。
如果这个“耳
膜”上绑着导线，
把它放入磁场，
怎么把
一旦动起来，导
振动转化成
线里就会产生电
电流呢？
流了！
261譊9諌 电磁相互作用
活 动
声电转换
在如图 8-3-2所示的装置中，纸片
上粘着一个线圈，线圈引出端接在示
波器上，线圈置于磁铁磁极的上方。
当对着线圈大声说话时，请观察示波
器上的图形有什么变化。
图 8-3-2
在实验中，当我们对着线圈说话时，示波器上
出现了与声音相对应的图形。这是因为声音使纸片
发生了振动，纸片上的线圈随之在磁场中做切割磁
感线运动，发生电磁感应现象，线圈中产生与声音
相对应的感应电流。这样，我们就把声音转变成
了电流。而这，就是话筒（动圈式麦克风）的原
理（图 8-3-3）。
(cid:8548)(cid:881)(cid:11757)(cid:1151)
(cid:14024)(cid:14024)(cid:14024)(cid:14024)(cid:14024)(cid:14024)(cid:14024)(cid:14024)(cid:14024)(cid:10099)(cid:10099)(cid:10099)(cid:10099)(cid:10099)(cid:10099)(cid:10099)(cid:10099)(cid:10099)
(cid:13291)(cid:3124)
图 8-3-3
把电流转换为声音
通电的导 把通电的导
线在什么情况 线放在磁场中，
下会振动呢？ 它可能会受到力
的作用，从而发
生振动。
262物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
活 动
(cid:10850)(cid:9149)
电声转换 (cid:5165)(cid:1696)
仍用图8-3-2 的实验装置来探究。
(cid:13285)(cid:4478)
如图8-3-4所示，在纸片上撒少许碎纸屑。
将线圈的两根引线与电池的两极瞬间接触，仔细
(cid:13285)(cid:10100)
观察粘着线圈的纸片会有什么反应。
图 8-3-4
在图 8-3-4 的实验中，如果通过线圈的
是由声音转化而来的电流，这个装置就会把
声音还原。结合实验结果，能分析扬声器
(cid:19025)(cid:5262)(cid:13284)(cid:11250)
（图 8-3-5）的原理吗？
如果把图 8-3-3 和图 8-3-5 这两个装置
的线圈，用长长的导线连接起来，我们就可
(cid:13291)(cid:3124)
以在这一端说话，在遥远的另一端听到声音
了。这就是电话。
1876年，贝尔发明了电话（telephone），
(cid:8548)(cid:881)(cid:11757)(cid:1151)
实现了人类“顺风耳”的梦想。100多年来，
电话机技术不断发展（图8-3-6），如今，移
动电话得到了普及。无论哪一种电话机，通
图 8-3-5
过它们实现通话，都离不开话筒和听筒这样
的转换、还原装置。
1876年贝尔发明 1930年广泛使用的 按键式电话机 手机
的最早的电话机 转盘拨号电话机
图 8-3-6 脽㞣菗徠坓
传感技术
话筒仿佛耳朵，能“感知”声音。在技术上，
263譊9諌 电磁相互作用
声、光、热、力等信息都可以转换为电信号。实现
这些转换的器件，叫作传感器（sensor），话筒便
是一种常见的传感器。随着技术的发展，传感器
的种类越来越多，渗入生产、生活的方方面面（图
8-3-7）。
（a）嫦娥六号 （b）智慧农业 （c）气象监测
图 8-3-7 訛弣鮪菗嫙脩
传感器不仅在日常生活中有广泛应用，它还和
计算机结合，组成了新一代的“智能化仪表”，在
科学研究、测量技术、智能制
造等领域，及我们中学物理、
化学和生物学的实验教学中都
有很多应用。
在医疗健康、环境监测、
交通管理、农畜牧业、消防安
全、生产制造、航空航天、电
子产品等许多领域，我们都能
看到传感器的身影。
图8-3-8 髯喕嘄䙤嘑㴜僎菗㲶詳訛弣鮪
实践活动：追寻传感器
1.寻找传感器
传感器无处不在。智能手机的自动调光功能利
用了光传感器；接电话时手机离开耳朵屏幕变亮、
手机贴近耳朵屏幕变黑，利用了距离传感器……在
264物理!(cid:7711)媩鉒鞔慫
我们周围，还有哪些传感器？请找出来，填入以
下表格中。
名称 把什么转化为电 原理 应用领域
傪揤磛 傪䏇 㞣譿嚾傪䏇㬸僉麂脽玗 䋑㕄馷脽菗蝕適▕慀
颕詐媦慐鮪 喪 拠喪闃暞獼脽玗 蝕適塒脠䇅
贛㶜㝧 臟 蒓臟暞獼貶脽䈌 囏嘼脽
颕詐䊹厭鮪
从话筒到各种各样的传感器，技术在一个多
世纪中实现了巨大的进步。展望未来，传感器会
有怎样的发展呢？用 200 字左右的文字，描述我
们的畅想吧！
2.自制简易光控路灯
请设计电路，自制简易光控路灯，实现“太阳
出来时，路灯灭；太阳下山时，路灯亮”。［器材
提示：光敏电阻、灯泡、干电池、继电器开关、手
电筒（模拟太阳）等］
知识要点
1. 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电
流，这种现象叫作电磁感应，所产生的电流叫作感应电流。由此，法拉第发明了
发电机。
2.通电导体在磁场中受到力的作用，力的方向与电流方向、磁场方向有关。电动机
就是根据这个原理设计的。
3.实现将其他物理量转换成电信号的器件，叫作传感器。传感器有广泛的应用。
265譊9諌 电磁相互作用
本章复习题
1.电话是利用电信号将人们的语音从一 4.在自行车前叉上安装一个速度计，内
个地方传到另一个地方的装置，其中， 含传感器，同时在前轮辐条上安装一块
将声音信息转换成电流信息的装置是 磁铁，如图所示。当磁铁随车轮转动靠
_______，将电流信息还原成声音信息的 近传感器时，传感器产生电流发出感应
装置是_______。 信息给速度计，从而可测出自行车的速
2.我国自主设计建造的航空母舰—— 度。请简要说明该传感器的工作原理。
福建舰上配备了全球领先的电磁弹射装
置。电磁弹射装置的弹射车与舰载机前 (cid:1101)(cid:5708)(cid:2965)
轮连接，并处于强磁场中。当弹射车内
(cid:14103)(cid:15737)(cid:17555)(cid:1914)(cid:2294)(cid:823)
的导体通有强大电流时，舰载机就会受 (cid:4278)(cid:15858)(cid:17740)(cid:5075)(cid:16590)
到强大的推力而向前弹射飞出。请简单
(cid:11758)(cid:18926)
说明电磁弹射装置的工作原理。
3.将一段带绝缘层的导线绕在塑料管 䲓譊4䑭∕䲔
外，在导线两端连接一个灯泡，然后将
5.电动汽车是未来汽车的发展方向，
一个强磁体放入塑料管内，沿着塑料管
某款新能源电动汽车的电池容量为
的轴线方向来回快速地摇动装置，如图
60 kW·h，最高续航里程为600 km。
所示。能观察到什么现象？请解释原因。
（1）若按每千瓦时0.5元的电价计算，在
(cid:6516)(cid:2005)(cid:6886)(cid:2366)
最经济的情况下，汽车行驶100 km要花
多少电费？
（2）许多电动汽车配备自动驾驶模式，
这一模式至少需要哪些传感器支持？
䲓譊3䑭∕䲔
266附录
常常用用物物理理量量及及其其单单位位
物理量 单位
备注
名称 符号 名称 符号
能量（内能） E 焦耳（焦）* J
热值 q 焦耳每千克 J/kg 气体燃料也用J/m3
Q=mq
热量 Q 焦耳（焦） J
Q = cm（t-t ）
0
焦耳每千克 Q
比热容 c J/（kg·℃） c=
摄氏度 m（t-t ）
0
电压 U 伏特（伏） V 1kV=1 000 V
1A=1 000 mA
电流 I 安培（安） A
U
I =
R
电阻 R 欧姆（欧） Ω R= U
I
焦耳（焦） J W=UIt
电功 W
千瓦小时（千瓦时） kW·h 1kW·h=3.6×106 J
电功率 P 瓦特（瓦） W P=UI
* 括号内是该单位的中文简称。
267中中英英文文索索引引
（名词后面的数字是它第一次出现的页码）
B
捝闐鮪䲓commutator䲔 146
諞嚭贛䲓semiconductor䲔 110
J
糴樿䲓north pole䲔 117
䊗惵脽㦷䲓integrated circuit䲔 47
煖禔噀䲓specifi c heat capacity䲔 14
銵脽鮪䲓relay䲔 129
獼䈌鮪䲓rheostat䲔 71
測獼脽玗䲓alternating current䲔 141
媬閧脽㦷䲓parallel circuit䲔 46
秬镠嗼岤䲓Joule’s law䲔 108
C
銡錃贛䲓insulator䲔 67
訛弣鮪䲓sensor䲔 153
K
鬈閧脽㦷䲓series circuit䲔 45
孼飾䲓switch䲔 40
蝫▕䲓magnetic fi eld䲔 117
孼㦷䲓open circuit䲔 41
蝫弣鉳䲓magnetic induction line䲔 119
憁曔䲓diffusion䲔 4
蝫僉䲓magnetization䲔 126
L
蝫樿䲓magnetic pole䲔 116
㬺槙䲓turbine䲔 28
蝫贛䲓magnet䲔 116
M
D
攽昗㤾脽䲓electrifi cation by friction䲔 37
嚭贛䲓conductor䲔 67
譳暲脽䈌䲓equivalent resistance䲔 90
N
脽爙䲓battery䲔 39
讖樿䲓south pole䲔 117
脽蝫弣嫙䲓electromagnetic induction䲔 139
説霘䲓internal energy䲔 7
脽蝫䂑䲓electromagnet䲔 127
O
脽責綷䲓electric power䲔 100
灐刲嗼岤䲓Ohm’s law䲔 82
脽㞣䲓telephone䲔 152
P
脽玗䲓current䲔 38
鑊熲宩徠詐槙䲓jet engine䲔 29
脽玗㐩䲓ammeter䲔 55
䑦綷䲓frequency䲔 141
脽㦷䲓electric circuit䲔 40
R
脽㦷∕䲓circuit diagram䲔 41
禔訛㯟䲓heat transfer䲔 8
脽蒓䲓voltage䲔 59
禔槙䲓heat engine䲔 22
脽蒓㐩䲓voltmeter䲔 60
禔㶞䲓heat䲔 8
脽疊䲓power supply䲔 40
禔暲嫙䲓heating effect䲔 106
脽䈌䲓resistance䲔 68
禔㮝詐䲓thermal motion䲔 6
脽䈌鮪䲓resistor䲔 69
禔懶䲓heat value䲔 10
蘒㦷䲓short circuit䲔 41
T
E
㯧㦷䲓closed circuit䲔 41
䑲嗼脽蒓䲓rated voltage䲔 103
X
䑲嗼責綷䲓rated power䲔 103
暲綷䲓effi ciency䲔 28
F
駳箽䲓chip䲔 111
詳啣䲓molecule䲔 3
Y
詳啣詐纇㞀䲓kinetic theory of molecules䲔 5
摜啣䲓atom䲔 3
㣥脽魋䲓negative charge䲔 37
脩脽鮪䲓electric appliance䲔 40
G
Z
弣嫙脽玗䲓induction current䲔 139
鴲牊槙䲓steam engine䲔 23
H
炰脽魋䲓positive charge䲔 37
磓貆徠詐槙䲓rocket engine䲔 29
268后 记
为全面落实立德树人根本任务，着力发展学生的核心素养，根据
《义务教育课程方案（2022年版）》的精神，我们按照《义务教育物理课
程标准（2022年版）》的要求组织编写了本套物理教科书。
编写团队由来自科研院所、高校和中学物理教学一线的学者、教研
员以及优秀物理教师组成。编写过程中，我们得到了物理学界和教学教
研领域诸多专家的支持与帮助。在刘锋、青春、李勇强、周昌鲜、夏伟
宁、郎会金、刘云峰、李建雄、朱行建等同志的组织下，93位教师审阅
了本书的复审稿，并提出了宝贵意见；由12人组成的研究小组对教科书
中的习题进行了编制和优化。此外，还有很多单位、专家和同仁为我们
提供了专项审查、插图、资料等方面的专业指导与支持。他们的参与为
确保教科书内容的科学性、适切性提供了重要支撑，在此一并表示诚挚
的谢意！
我们真诚地欢迎广大师生和社会各界人士对教科书提出宝贵意见，
帮助我们共同打造培根铸魂、启智增慧的精品教材。
电 话：010-64989519，010-64989094
电子邮箱：wuli@esph.com.cn
教育科学出版社主 编 吴祖仁
副 主 编 刘 锋
本册主编 郭 金
本册编者 郑 军 郎会金 钟晓青 吴於人
霍云亮 景世群 曹继纲 徐海虹
出 版 人 郑豪杰
责任编辑 莫永超 张 霄
责任美编 郝晓红 李 顺
责任校对 贾静芳
责任印制 叶小峰
插图绘制 北京心合文化有限公司
图文制作 北京东翰祥业科技发展有限公司
义务教育教科书
物理
WULI
九年级 上册
教育科学出版社出版发行
（北京 • 朝阳区安慧北里安园甲9号）
邮编：100101