文档文本内容
义务教育教科书
九年级 下册
物理
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义务教育教科书
九年级 下册
物理
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。
致同学们
实践活动以应用物理知识
解决实际问题为主，引导
同学们深入理解生活中的
现象与问题。
运用各种途径、各种方
式，有计划、有目的地了
解真实情况，获取丰富的
信息资料，是探究实践的
一种活动方式。
在课外开展小实验、小制
作，可以与家人、朋友一
起来分享实验探究的快乐。
可以检查同学们学习的效
果，有效地提高同学们的
思维能力，深化对知识的
理解。
引导同学们走进图书馆、
互联网，可以开阔同学们
的科学视野。
关注科学、技术、社会、
环境，关注它们之间的相
互联系，为同学们成为未
来社会的主人奠定基础。
动手实验，经历探究过程，是
同学们自主获取物理知识的主
要学习方式。
老师通过实验展示物理现象，
探究物理规律，同学们将在老
师引导下观察、思考、分析。
通过逻辑推理解决问题，是发
展逻辑思维的重要方式。
应用计算机及其相关软件，通
过人机对话的方式开展实验。
通过观察自然现象、生活现
象、实验现象，培养同学们的
观察能力。
以小组的形式讨论交流，探讨
各种各样的问题，充分体现同
学们的合作精神。
主题与日常生活、工程实践及
社会发展密切相关，旨在发展
跨学科运用知识的能力、分析
和解决问题的能力、动手实践
的能力。
通过动脑动手，促进同学们
核心素养的全面发展。
家庭实验室
走向社会
物理在线
自我评价
实验探究
调 查
演示实验
理论探究
数字实验
观 察
讨论交流
跨学科实践
活 动
动手做
1 家用电器 …………………………………………………3
2 家庭电路 …………………………………………………7
3 安全用电 ……………………………………………… 12
4 跨学科实践：智能家居 …………………… 17
1 跨学科实践：能量从哪里来 ………… 44
2 能量守恒定律 ……………………………………… 47
3 能 源 …………………………………………………… 51
4 核 能 …………………………………………………… 55
5 能源与可持续发展 …………………………… 60
1 神奇的电磁波 ……………………………………… 22
2 电磁波的应用 ……………………………………… 26
3 改变世界的信息技术………………………… 31
4 跨学科实践：探寻信息技术的
力量 …………………………………………………… 39
第 9 章 家庭用电
第 10 章 电磁波与信息技术
第 11 章 能源与可持续发展
目 录
我们爱上了物理学 …………………………………… 82
附 录 ………………………………………………………… 87
1 宇宙演化 ……………………………………………… 68
2 地球上的物质 ……………………………………… 72
3 智慧创造新物质 ………………………………… 76
第 12 章 我们的物质世界
演示实验
插座和插头 ……………………………………………… 4
电磁波还有哪些应用 ………………………… 29
能量从哪里来 ……………………………………… 45
分析一种永动机…………………………………… 48
各种“效率”
…………………………………………… 49
这些情形可能吗…………………………………… 51
能源的分类 …………………………………………… 54
能源问题 ………………………………………………… 61
家中都有哪些家用电器 ……………………… 3
学会使用试电笔……………………………………… 6
寻找智能电器 ……………………………………… 19
计算波长 ………………………………………………… 24
从2G 到5G …………………………………………… 35
物体具有的能量…………………………………… 44
认识中国核电 ……………………………………… 57
智能电网 ………………………………………………… 64
练习使用家居配电箱 …………………………… 9
发射与探测电磁波 ……………………………… 22
电磁波的传播需要介质吗 ………………… 23
智能家居 ………………………………………………… 17
探寻信息技术的力量 ………………………… 39
能量从哪里来 ……………………………………… 44
认识家庭配电箱…………………………………… 11
电磁波的屏蔽 ……………………………………… 25
观星 ………………………………………………………… 71
家庭能源使用种类 ……………………………… 64
家乡的矿产 …………………………………………… 75
电磁波是怎样产生的 ………………………… 25
微波炉 …………………………………………………… 30
从模拟信号到数字信号 …………………… 38
α 粒子散射实验 …………………………………… 59
天体的活动 …………………………………………… 71
观 察
科学探究活动目录
讨论交流
活 动
走向社会
家庭实验室
物理在线
跨学科实践
4
1
万家灯火，是城市脉搏跳动的诗行。国家电网，将光明与温暖编
织进千家万户。安全用电，让我们的家庭更加美满、幸福……
第9 章
家庭用电
◆ 家用电器
◆ 家庭电路
◆ 安全用电
◆ 跨学科实践：智能家居
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2
如果没有了电，世界会
怎样？
停电了……
第9章 家庭用电
3
活 动
家中都有哪些家用电器
电对我们来说越来越重要，现在的家庭中都
有很多家用电器（domestic appliance）（图9-1-1）。
从19世纪末的电灯，到现在的智能家电，电的应
用促进了人类文明的快速发展。现代家庭生活的
自动化、智能化更离不开电。
认识家庭中的电，我们从身边的家用电器
开始。
以下是小明家的家用电器统计表。我们也来统计一下家中的家用电器吧！
认识家用电器
家用电器
数量
额定功率（总）/W
家用电器
数量
额定功率（总）/W
穋栍磛獸
12
158
䕄 燡 槙
1
700
脽 㖉 槙
1
150
戃犩祾槙
1
120
㝧 豨 槙
1
200
脽 蝫 磿
1
1 600
訠 㟉 鮪
3
3 060
峖 狵 磿
1
1 180
獔 㐤 槙
1
350
脽 䕃 䃕
1
700
脽 銻 貍
1
145
壽 闖
2
100
图9-1-1 婞㖄菗嘼脩脽鮪
1 家用电器
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4
图9-1-3 脽燡傶揟脽鉳㦷蠨弇∕
插座是家庭电路里预留的电源接口。将家用电
器的插头插到插座中，闭合开关，家用电器便与电
源连通了。
插座有两孔插座和三孔插座之分，
一般有金属外壳的电器和大功率的电器
用三孔插座，如电水壶等；没有金属外
壳的电器用两孔插座，如台灯等。
如图9-1-3 所示，在使用电水壶时，连
接它的导线有三根。一根是相线（live），
符号为L，俗称火线。另一根是中性线
（neutral），符号为N，俗称零线。还
一个完整的电路至少要由电源、用电器、导线
和开关组成。家用电器怎么与电源相连呢？
PE
L
N
⚛㓯
ൠ㓯
䴦㓯ਁ
✝ⴈ
ST
家用电器是将电能转化成其他形式的能量或进
行某种信息处理、服务于家庭生活的用电设备。根
据它们的工作原理和功能，可以分为电热类、电动
类、照明类、信息类等。
家用电器与电源的连接
图9-1-2 搮嫴縹搮儙
插座和插头
家庭用电除了有固定的照明灯外，墙壁上
还设有一些插座（socket）。与此同时，在家用
电器电源线的前端，都装有插头（plug），如图
9-1-2所示。
插头和插座是配套的吗？为什么有两孔插
座，还有三孔插座？
观 察
第9章 家庭用电
5
图9-1-4 鞒啯搮嫴縹鞒靀搮儙
怎么知道相线、中性线、保护接地线是
否带电呢？
相线和中性线跟用电器的工作部分（如电热
器件、电动机等）连接，组成工作电路。相线是
带电的，中性线通常不带电。保护接地线与用电
器的金属外壳相连，通常也不带电，在相线与金
属外壳接触引发漏电事故时起保护作用。
图9-1-5 嘼脩脽姩姩獸賾
低压测电器
有一根是保护接地线（protective earthing），符号为
PE，俗称地线。
三孔插座和三脚插头的内部相互对应（图9-1-
4），拆开仔细观察，可以了解插座和插头的相线、
中性线、保护接地线的接法。
每个家庭都应该配备一个家用电工工具
包（图9-1-5）。低压测电器俗称试电笔，是
这个包中的必备工具，用于检查低压导体或
电气设备的金属外壳是否带电（即金属外壳
是否与相线相连）。一旦发现金属外壳带电，
请在确保安全的前提下尽快切断电源，并向
专业人员求助。
接地线
接零线
接火线
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6
图9-1-6
婞㖄菗㞛脽謮遺諨麂㶠坧換儙䲗闃
諨麂㶠坧抔䁹惿㶠坧箽䲗髯䇅銡錃豵説㒈榐徠
喪熶豵├脽䈌䲓婞嵏≥20 MΩ䲔嶧蒓輽対趠
不同形式的试电笔
⭥䱫
䠁
᧒ཤ
≆㇑
学会使用试电笔
拆开试电笔（图9-1-6），观察里边的元器件，并分析这
些元器件都起什么作用。使用时，手要接触试电笔后端的金
属部分（图9-1-7），试着使用试电笔检验插座接线是否正确。
●注意：手不可接触试电笔前端的金属部分！
活 动
图9-1-7 脩㞛脽謮氞䙤搮嫴菗蒘鉳
试电笔有多种形式，但其工作原理基本相
同。当被测物体与相线相连时，测试者用手触
及试电笔后端的金属挂钩或金属片，此时相
线、试电笔金属探头端、氖管、电阻、人体和
大地形成回路。电流通过回路使氖管发光。如
果通过试电笔的是交流电，氖管两极发光；若
是直流电，则只有一极发光。
1. 查看家里的用电器，看看哪些使用两脚插头，哪些使用三脚插头。
能分辨出三脚插头的各脚哪个接相线、哪个接中性线、哪个接保护接地线
吗？看看它们各有什么标记。
2. 查看家里的电工工具，如钳子、螺丝刀等，它们与人体接触的地方
有哪些共同点呢？
3. 使用试电笔进行检测时，如果氖管发光，形成的闭合回路是怎样的？
发展空间
自我评价
第9章 家庭用电
7
现代住宅中的家庭电路由进户线、量电装置、
配电装置、用电器和导线组成，如图9-2-2所示。
图9-2-2 嘼嫼脽㦷
家里用的电绝大多数是由各发电站组成的电
网，通过变电站、输电线以及各种输配电装置送入
家庭住宅中的。
我们在家看到的是这个电路的一部分：家庭
电路。
认识家庭电路
图9-2-1
孲譾脽熲∕
鉪桇孲譾杺姩├䙤暚
菗㶜㕄諱捸
2 家庭电路
⩢㘪䃎䛼マ
⩢㘪㶕
ܧ㏬ᕨᐭڠ
უᅲ䙺⩢マ
L
䔈
ᝤ
㏬
N
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8
图9-2-3
在现代家庭住宅的家居配电箱中，装有低压断
路器和漏电保护器（图9-2-3）。
电路中电流过大或短路时，空气开关会自动切
断电路；检查电路，只要排除故障就可以再合闸，
不需要更换零部件。
当设备发生漏电故障、人体发生触电事故时，
漏电保护器能自动断电。
连接户外供电线路的进户线通常有两根，一根
是中性线N（零线），另一根是相线L（火线）。中
性线与大地间的电压为零，相线与中性线间的电压
是220 V。
量电装置通常安装在电能计量箱中，内有电能
表、电源进线开关和出线总开关、漏电保护器等。
电能表是量度电能消耗状况的仪器，我们在之
前的学习中已了解它的功能。
出线总开关安装在电能表后，用来控制整个
家庭电路。家庭电路的总开关一般使用低压断路器
（也称空气开关）。它同时具备过载保护功能，保
障家庭的用电安全。
餐厅、客厅、卧室、厨房、卫生间，里面有照
明、加热、制冷等设备。如何管理各用电分支呢？
每个家庭都有一个家居配电箱。家居配电箱属于配
电装置，在这里入户线被分成许多支路电路，并分
别配备开关和保护装置，实现对房屋内部用电的分
配和控制。
这样，家用电器（通过导线、插座和插头）连
接到从家居配电箱引出的各支路电路上，便可以工
作起来了。
低压断路器和漏电保护器
低压断路器 漏电保护器
第9章 家庭用电
9
练习使用家居配电箱
家居配电箱中通常配有空气开关和漏电保护器，如图9-2-4所示。按要
求，用户每月应对漏电保护器进行一次例行试验，方法是：用手按动标有
“T”字的试验按钮，此时漏电指示按钮应弹起，同时漏电保护器跳闸切断电
路，说明其工作正常。
合闸时要先将漏电指示按钮按平复位，然后向上扳动漏电保护器的扳
手，即可恢复供电。
∕9-2-4 檪嘼嫼嘼圵㴜脽貍菗説㲶
演示实验
空气开关（接在相线上）
零线排
进户线
地线排
漏电保护器（接相线和中性线）
接用电器或插座
ㄢ猄弇䲪如果在家操作，我们要在技术人员或家长的指导与帮助下，打开配电箱，分辨空气
开关和漏电保护器，并对漏电保护器进行例行试验。
槶朶
◆家居配电箱
近年来，我国社会经济飞速发展，人民生活水
平不断提高，家庭用电需求也发生了较大变化。
家庭电路一般采用多回路配电线路（图9-2-
2、图9-2-5），其中灯具与插座相互并联，工作时
互不影响。控制各灯具的开关都装在相线上，确
保断开开关时灯具上不带电，以防止人体触电。
现代家庭电路
物理 九年级下册
10
【例题】 家庭常见的空气开关有C10、C16、
C25、C32、C60和C100等多种规格，“C32”中的
“32”表示空气开关在电流达到32 A时跳闸，其他
规格以此类推。结合上一节家用电器统计表中的数
据，请替小明家空调器的供电回路（支路）选择合
适的空气开关。
分析 空气开关的规格应与家用电器的工作电
流匹配。根据总功率可以计算出空调器正常工作时
的电流，并对支路空气开关规格做出选择。
解 在上一节家用电器统计表中，小明家空调
器的额定功率总计3 060 W。倘若它们同时正常工
作，由P = IU可知，供电支路中总电流
I = P
U
= 3 060 W
220 V
≈ 13.91 A
由此可见，该供电支路应选择C16规格的空气
开关。
图9-2-5 孲譾∕鉪髯菗僫鬚㦷㴜脽鉳㦷
漏电保护器
5（20）A
空气开关
25 A
10 A
16 A
灯具
插座
kW·h
进户线
接户线
电能表
家庭电路中，一般要求将空调器插座和洗手间
插座分别组成回路，形成更多回路的配电线路。
在图9-2-5所示的多回路配电线路中，为插座
供电的分支回路还装有漏电保护器。如果接插座的
用电设备发生漏电故障，漏电保护器会触发动作切
断插座回路，不会影响照明用电。
第9章 家庭用电
11
认识家庭配电箱
各类住宅通常会有客厅、卧室、卫生间、厨房等多个房间，每个房
间都会安装有一定数量的照明灯具、插座以及各类家用电器设备。为了
检修、维护的方便，也为了对各个房间的各类照明灯具、家用电器进行
控制和保护，避免某一房间的照明灯具或家用电器一旦发生故障而影响
其他房间，每户住宅内都会配置一个配电箱（图9-2-6）。家用配电箱主
要是起分配、保护和控制电路的作用。打开家中的配电箱，认识配电箱
的各个开关的作用和使用方法。
1. 请用笔画线代替导线，将图9-2-7 中的三孔插座和由开关控制的电
灯接入家庭电路中。
2. 家中的电能表、空气开关和漏电保护器分别安装在哪里？它们分别
有什么作用？
自我评价
发展空间
家庭实验室
▗㏫
䰢㏫
㏫
图9-2-7
图9-2-6
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12
家庭电路中，为什么要有保护装置呢？
没有电，我们的生活、生产寸步难行。但是，
如果管理不善、违规操作等，电也会给我们带来惨
痛的灾难。因此，掌握安全用电常识，具有安全用
电与保护意识，是当代每个公民必备的素质。
在家庭电路中，过去用的保护装置是熔丝，
现在用上了空气开关。一旦电路中电流过大，可
通过空气开关“跳闸”及时切断电源。
为什么电流会过大？
电功率和电压、电流的关系式是P=UI，由此
可知电流I = P
U 。
家庭电路中，各用电器是并联的，电压保持
220 V不变，电路的总电流等于各支路电流之和。
因此，接入电路的用电器的总功率越大，电流就
越大（图9-3-2），最终可能会超过安全值。
短路故障也会引起电流过大。例如，电路施工
不规范，错将相线和中性线直接连通造成短路；电
线和用电器使用年限过长，致使绝缘皮破损或老
过载和短路
图9-3-2 嘼嫼脽㦷髯菗嶖責
綷㥌㮔嗗獅懶䲗栘宲㤾鉳㦷
暯䉭
图9-3-1 猄弇䚰蒓㭠脽鉳䈕
㮞菗袝炪櫲崒
3 安全用电
第9章 家庭用电
13
触电（electric shock）是电流从人体中通过造
成的。但并非只要有电流通过，就会对人体造成伤
害，相反，在医学上借助弱电流可以治疗某些疾
病。电流对人体造成伤害的严重程度取决于两个因
素：一是电流的大小，二是通电时间的长短。
人体能感知的最小电流一般为0.5 mA；当通
过人体的电流在1 mA 左右时，人会有痛麻的感
觉；当通过人体的电流为20 ～35 mA 时，会引起
剧痛和呼吸困难；当通过人体的电流大于50 mA
时，会发生心室颤动，有生命危险。
触电电流的大小取决于加在人体上某两点间的
电压和人体电阻。人体电阻因人而异，并和清洁与
否、干湿程度有关。在考虑触电时，人体电阻常取
1 500～2 000 Ω，干燥时取较大值，潮湿时取较小
值，浸水时取值最小为500 Ω。可见，安全电压值
与环境条件有很大关系。我国规定了适用于不同环
境的安全电压（safety voltage），其额定值分为五
个等级：42 V、36 V、24 V、12 V 和6 V。
触电和安全电压
图9-3-3 銡錃萠虵捚噀栘㯭
惵蘒㦷
化，也会使相线和中性线直接连通造成短路（图
9-3-3）；用电器进水也会造成短路。
电流过大有什么危害？
如果通过导线的电流非常大，导线的电阻会产
生大量的热，使导线的温度急剧升高，很容易造成
火灾。因此家庭电路中必须配备空气开关，电流过
大时能自动切断电源。
低压触电和高压触电
家庭电路的电压是220 V，工农业生产的动力
物理 九年级下册
14
电路电压是380 V，它们都属于低压线路。大型发
电机的输出端以及远距离输电线的电压高达几千
伏甚至上百万伏。它们都远远高出人体的安全电
压限值，若操作不当，都有可能引起触电事故。
家庭电路触电多为該蒓㖪脽，基本上有两种
情形，如图9-3-4 所示。在图（a）中，相线—人
体—大地形成回路；在图（b）中，相线—人体—
中性线形成回路。在这两种情况下，电流都会通
过人体。如果电流达到一定大小，就会发生触电
事故。
高压设备电压很高（1 000 V 以上），即使人
与之不接触也会存在风险，因此应远离人们的活
动范围，并设置危险标识（图9-3-5）。䚰蒓㖪脽
有两种情形。一种是电弧触电，这是当人体靠近
高压带电体时，带电体与人之间发生放电所致（图
9-3-6）。另一种是跨步电压触电。如果断开的高压
线掉落在地上，相线直接与地接触，会形成以落
地点为中心，周围电压逐渐降低的区域。这时如
果有人踏入此区域，沿半径方向两脚之间形成的
∕9-3-4 該蒓㖪脽
∕9-3-5 䚰蒓莧䈺櫲㞌
∕9-3-6
╳䚰蒓鉳鞯䁣
䡘䲗樿栘徠脠莧䈺
（a）
（b）
L
N
L
第9章 家庭用电
15
用电保护
电压，叫作跨步电压（图9-3-7）。在这种情况下，
前脚接地点—人体—后脚接地点形成回路，使人
触电。
与此类似，发生雷击的树下、避雷针引下线的
接地点周围也有跨步电压。
我们要享受电带来的便利，也要尽可能避免
用电事故。
火灾是用电事故中常见的伴生灾害。电流过
大，导线发热，可能使绝缘皮着火。电线接头接触
不良，散热不畅，局部过热，可能引燃导线的绝
缘皮。带电体通过空气放电时，会产生电火花或电
弧，也可能引燃易燃物。
如今，用电保护措施和安全保护装置在不断发
展。例如，现代住宅的用电线路有保护接地措施，
三孔插座中的保护接地线直接与大地连接（即保护
接地），或通过电源（变压器）的中性点接地（即
保护接零）（图9-3-8、图9-3-9）。采用这些保护措
施，再由故障电流触发空气开关或漏电保护器自动
切断电源，可以及时消除险情。
由于接地有严格的技术要求，对于早年修建
图9-3-7 㦰炴脽蒓㖪脽
L
N
熔断器
Id
PE
N
熔断器
L
图9-3-8
枼漿懛揟█䲗徠脠
蒘鉳鞲脩脽鮪㶠坧僣傯㮫㯧
暯䉭柣䲗榐㖪脽菗莧䈺
图9-3-9 榐漿懛揟█䲗徠脠蒘鉳鞲脩脽鮪㶠
坧僣傯㮫㯧暯䉭柣䲗暯䉭脽玗頓漢窐杙鮪窐
杙惿漢訠熲孼飾├皗脽漿懛鮪颕詐響杙脽疊
物理 九年级下册
16
的没有保护接地设施的住宅，不可自行埋设地线，
也不可把自来水管或煤气管道当作接地线使用，否
则，可能会导致大范围自来水管、煤气管道带电，
甚至引起火灾或煤气爆炸。
在家庭电路中安装保护装置并规范接地，并不
意味着万无一失，难免也有保护装置出现故障或失
灵的情况发生。因此，为确保安全用电，在日常生
活中还要遵守以下原则：
● 不接触低压带电体，不靠近高压带电体；
● 更换灯泡、搬动用电器前应断开电源开关；
● 不弄湿用电器，不损坏绝缘层；
● 保护装置、插座、导线、家用电器等达到使
用寿命应及时更换。
1. 发生触电事故的第一时间应采取的措施是什么？为什么不能用手直
接去拉触电者的身体？
2. 规定安全电压的意义是什么？它的额定值有哪些？
3. 观察三脚插头的三个脚，发现有的插头中接地线的脚比其他两个脚
要长一些。从安全用电的角度考虑，这样的设计有什么道理？
4. 某人在连接台式计算机时，一时没找到三
孔插座，便找来如图9-3-10 所示的转换接头插入
两孔插座使用。请分析这种做法存在的安全隐患。
5. 试着从安全电压和电流的角度，解释雷电
可能给人类带来的巨大灾害。
自我评价
发展空间
图9-3-10
第9章 家庭用电
17
4 智能家居
清晨，伴随着舒缓的音乐起床，窗帘已经悄悄地自
动拉开。看看外面的天气，音响里传来声音，自动播报
天气预报，提示今天出行是否要带雨具。走到卫生间，
灯光自动亮起，水温已调好，拧开水龙头就可以直接洗
漱。洗漱完毕后，厨房的微波炉、早餐机里面已经飘来
阵阵香气。在手机中一键操作，停在楼下的汽车的空调
器便会打开，开始工作……
这不是梦想，如今已是现实。借助互联网，可以远
程操控这些自动化、智能化的家用电器协同工作，使现代
生活井井有条，也使家庭用电更健康安全、更绿色环保。
这是一些“贴心”的电器（图9-4-2）。
让用电器更贴心
（a）夜幕降临，华灯初上；
晨曦微露，灯光隐去—
路灯仿佛知晓昼夜，会自
行明灭
（b）有人进出电梯时，电
梯门保持打开；一旦一段
时间内无人通过，电梯门
便自动关闭
（c）把湿手伸到自动干手机
出风口，热风便自动吹出，
手离开出风口几秒后吹风自
动停止
图9-4-2
图9-4-1 梽霘嘼圵涢崿∕
跨学科实践
物理 九年级下册
18
路灯能够实现随着环境明暗自动控制，关键部
件是利用了传感技术的光控开关。这种开关的光控
传感元件多采用光敏电阻或光电二极管。光敏电阻
的阻值随光照的强弱而改变，从而可以将光信号转
化为电信号来控制开关；光电二极管也可以起到同
样的作用。
电梯门、自动干手机如何感知人的存在呢？
在下一章我们会知道，人体会发出一种叫作“红外
线”的电磁波，红外传感器能感知到它是否存在，
由此判断人体是否处在相应位置而做出响应动作。
总之，电器能“知冷知热”，离不开传感器。
用电器为我们带来了舒适的家庭生活体验。但
如果这些用电器各自为战，没有关联，它们的服务
质量便有了瓶颈，就如同工厂中各生产线没有统一
调度和管理一样。如何让各种自动化的家用电器相
互配合呢？
智能家居系统解决了这个问题。
家中的各个用电器、插座、开关可以通过网络
连接到智能中心。这个中心可以是一部手机、一台
电视机或者一台平板电脑（图9-4-3）等。它装载
了一个会思考、能记忆的程序，能实现对各个用电
器的智能管理。有了智能管理，便可以控制空调器
在我们到家前五分钟启动，可以使电视机在我们坐
让用电器更聪明
讨论交流
找一找身边的家用电器自动化的现象。想一想，为什么这些电器的工作可
以如此贴心？有什么结构或者部件支持它们做出这些响应？
图9-4-3
㯧㮔Wi-Fi鍝銟揤
艷搮嫴孼飾
Wi-Fi信
号指示灯
触摸开关
第9章 家庭用电
19
家居智能化
实践活动评价
通过分析，我们大概了解了实现家居生活智能
化的原理：
家用电器+传感器+网络≈智能家居
程序 程序
我的活动涉及的学科
我的活动涉及的物理知识
我的活动成果
我的观点
我的问题
到沙发上时自动打开，可以用手机远程观察家中的
猫在干什么……
寻找智能电器
仔细观察身边的某个智能化家用电器，它属于哪一类家用电器？它是如
何工作的？它采用了什么传感器？传感器是通过怎样的电路实现对家用电器
的自动控制的？它是否联网？通过远程终端可以对它进行智能管理吗？
选择几个典型的智能化家用电器进行上述分析，我们会收获更多。
活 动
想象我们未来的家，写一篇科幻作文，与同学
们分享。
物理 九年级下册
20
知识要点
1. 家用电器是将电能转化成其他形式的能量或进行某种信息处理、服务于家庭生活
的用电设备。家用电器通常通过插头和插座与电源连接。
2. 家庭电路中的导线分为相线（火线）、中性线（零线）和保护接地线（地线）。一
般情况下相线带电，中性线和保护接地线不带电。
3. 试电笔是检验物体是否带电的简易工具。
4. 在家庭电路中，各家用电器之间均为并联，并各有开关与之串联。开关均接在相
线（火线）上，控制各家用电器中电流的通断。
5. 在现代家庭住宅的家居配电箱中，装有低压断路器和漏电保护器。
6. 在不同情况下，安全电压额定值可为42 V、36 V、24 V、12 V 和6 V。
7. 用电不当不仅可能导致人体触电，还可能引发火灾、爆炸以及其他灾难。因此，
我们应当掌握安全用电知识，特别是要增强安全用电意识。
本章复习题
1. 在一些场所我们会看到“高压危险，请
勿靠近”的警示牌，这是提醒人们不能靠
近，以防发生________触电。
2. 一天，当电饭锅在煮饭、电水壶在烧水
时，正在看电视的小红用遥控器打开了空
调器，家里的空气开关“跳闸”了。
（1）请分析“跳闸”的原因；
（2）如果电路各部分均正常，为了避免再
次“跳闸”，应更换额定电流更_______
（选填“大”或“小”）一些的空气开关。
3. 在家庭电路中，控制用电器的开关为什
么不能接在中性线与用电器之间，而是要
接在相线与用电器之间？
4. 在将家里的试电笔拆开进行观察时，小
明不小心将电阻弄丢了，于是他用一段粗
铜线代替电阻将试电笔重新组装起来。这
样做对吗？重新组装后的试电笔还可以使
用吗？为什么？
5. 被动式红外感应开关通过探测人体发射
的红外线进行工作，广泛应用于楼梯、床
头、洗手间和衣柜等场所。假设当探测到
红外线时，该开关将闭合，请设计一个用
它来控制电梯门开关的简单电路。
第10章 电磁波与信息技术
21
过去，在漆黑的夜里，当我们迷路时，要找到正确的方向，大概
只能仰望天空，寻觅星辰，判断哪里是回家的路。
今天，北斗卫星导航系统随时随地都可以告诉我们：我们在哪
里，何方才是归途。
信息技术让我们的生活更高效、更智能、更美好。这些都离不开
神奇又强大的电磁波。
第10 章
电磁波与信息技术
◆ 神奇的电磁波
◆ 电磁波的应用
◆ 改变世界的信息技术
◆ 跨学科实践：探寻信息技术的力量
物理 九年级下册
22
科学家与祝融号之间的联系，用遥控器选择节
目，用收音机收听广播，都是通过电磁波（electro-
magnetic wave）进行的。
电磁波能传播声音、文字和图像，还能进行各
种远距离控制。那么，电磁波是如何产生的呢？
祝融号（图10-1-1）通过什么媒介将拍摄的图
像从遥远的火星传回地球？为什么我们可以利用遥
控器选择电视节目？又是谁将播音员的话语、动听
的音乐送进我们的收音机？
电磁波的产生
图10-1-1
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貶蒘槙戯擹菗腄䌳
发射与探测电磁波
打开收音机，转动调谐旋钮，调至没有电台
的位置。如图10-1-2所示，将导线一端接在干电
池的负极，另一端时断时续地与干电池的正极接
触。从收音机里可以听到与导线接触或离开正极
瞬间同步的“嚓嚓”声，这就是由我们发射的神秘
的电磁波所引起的。
●注意：直接用导线连接电池两极的持续时间务必极短，以避免发生危险。
1 神奇的电磁波
图10-1-2 徠嚻鞲換玤脽蝫狵
演示实验
第10章 电磁波与信息技术
23
图10-1-3
小水滴落到平静的水面上，泛起涟漪，形成了
水波。轻轻拨动琴弦，琴弦的振动激起了声波。类
似地，导线中电流的变化会激起电磁波。
实际上，教室内外、山河之间，空间中存在着
各种各样的电磁波。
在上面的实验中，导线中的电流时断时续，不
断迅速变化，由此产生的电磁波被不远处的收音机
接收到了，转变成我们能听到的“嚓嚓”声。
声波可以在空气、墙、水等介质中传播，水波
在水面传播，绳波在绳上传播，电磁波靠什么传
播呢？
电磁波的传播
电磁波的传播需要介质吗
手机通过接收和发射电磁波来接听或拨打电
话，收到来电手机会响铃。将一部手机放在玻璃
钟罩内，用另一部手机向它拨打电话，可以清晰
地听到罩内手机的铃声。保持拨打状态，抽出罩
内空气，会发生什么现象（图10-1-3）？
抽去空气，我们就听不到手机铃声了，但我们依
然可以拨通电话，这说明电磁波在真空中也能传播。
也就是说，电磁波的传播不需要介质。这是电磁
波不同于声波、水波的地方。火星与地球之间相
隔着几乎真空的漫漫太空，但利用电磁波，祝融
号可以与地球保持联系。
波的传播需要时间，所有电磁波在真空中都以
光速（c = 3.0×10
8 m/s）传播。
演示实验
物理 九年级下册
24
电磁波的描述
与绳波、水波、声波相似，电磁波也有频率。
波的频率是由波源振动的快慢决定的。比起我们周
围的声音，通常电磁波的频率要高得多，可以达到
10
14 Hz，甚至更高。
从波源出发，绳波、声波、水波和电磁波会在
空间中弥散开来（图10-1-4）。
图10-1-4 鋊狵狵屘
∏⮱э᧚ा
∏䪬
∏⎽
给在空间中传播的波“照个相”，可以看到
波的形状是不断重复的。邻近的波峰和波峰之
间，或邻近的波谷和波谷之间的距离，叫作波长
（wavelength）。
在空间中某一确定位置，1 s内有多少次波峰
或波谷通过（通过了多少个波长），波的频率就是
多少。设电磁波的波长是 λ，频率是 f，那么有
波长也等于波
源完成一次振动期
间波传播的距离。
c = λ f
计算波长
打开收音机，将调谐旋钮转动到中央广播电视总台《中国之声》节目，已知
这套节目在北京的发射频率为106.1 MHz。请根据c = λ f 计算这套节目用来发射信
号的电磁波的波长，并看看计算结果与收音机刻度盘上标出的波长数值是否一致。
活 动
第10章 电磁波与信息技术
25
电磁波的屏蔽
当开车进入很长的隧道时，通常车载收音机就收听不到节目了。这是
什么原因呢？我们来做一个实验。
将一部手机的铃声调到足够大，分别放到封闭的铝盒、硬纸板鞋盒、
铁盒及塑料盒中（最好多用几种不同材料的盒子），用另一部手机向它拨
打电话，看看能否拨通。
从这些实验现象中，我们能得到怎样的结论？
小明查到某电视频道的图像载波频率为57.75 MHz，中央广播电视总
台《中国之声》节目在北京的发射频率为106.1 MHz，某红外遥控器发出
的红外线波长为940 nm，某微波炉产生的微波的波长为122 mm。
请把这四种电磁波按照频率由低到高的顺序排列起来。
电磁波是怎样产生的
在空间某区域中，有一个以恰当方式周期性变化的电场，这个变化的
电场会在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又会在它周
围空间产生新的周期性变化的电场……相互联系的变化电场和变化磁场在
空间中传播，形成电磁波（图10-1-5）。
请通过查询互联网或到图书馆查阅有关资料，了解更多关于电磁波的
产生的知识。
自我评价
发展空间
家庭实验室
物理在线
图10-1-5 脽蝫狵菗攙脠
物理 九年级下册
26
电磁波的频率范围很大，不同频段的电磁波，
组成了一个大家族。红外线、可见光、紫外线、X
射线、γ射线等，都是这个家族中的成员，只是它
们各有不同的波长和频率范围。按电磁波频率的高
低，我们可以排一排电磁波的“家谱”。
根据电磁波波速、频率和波长的关系，我们按
照频率从低到高排列电磁波形成电磁波谱的过程，
也是将这些电磁波按照波长从长到短排列的过程
（图10-2-2）。
电磁波谱
䶾⢴Hz
106
105
103
102
101
1
101
102
103
104
105
106
107
108
109
1010
1011
1012
107
108
109
1010
1011
1012
1013
1014
1015
1016
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1019
1020
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2 电磁波的应用
第10章 电磁波与信息技术
27
在图10-2-2中，频率的单位是赫兹，简称赫。
由于通常电磁波的频率都很高，所以常用的频率单
位还有千赫（kHz）和兆赫（MHz），常用的波长
单位是纳米（nm），1 nm =10
-9 m。
在电磁波的大家族中，我们最熟悉的成员莫过
于可见光了。由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色
光组成的光谱，便是按照频率从低到高排列的。现
在明白为什么光速也是3.0×10
8 m/s了吧！
电磁波具有能量。在电磁波的大家族里，每个
成员都具有不同的能量特性和不同的频率范围，它
们的特长和用途各异。
信息与电磁波息息相关。
物质向外辐射电磁波，它的
一些固有信息往往会被同时
“带”出来。不论是对太阳光
谱的分析，还是对各种物质
发出的电磁波的分析，都会
帮助我们鉴别物质中包含的
元素（图10-2-3）。
图10-2-3 脽蝫狵擨婈蔄篵㣮菗講巘
电磁波在信息方面的应用
（a）钠盐燃烧时发出波长为
589 nm和589.6 nm的黄光，
告诉人们这种盐中有钠元素
（b）天体研究中，根据遥远
天体发出的射线谱，可以知
道该天体的物质组成
跟声波
类似，电磁
波也可以携
带信息。
一年四季，太
阳光都会照射到
地球上。从阳光中
是否可以获得一
些信息？
太阳是由氢、氦等元素组成的。可太阳距离地
球约1.5亿千米， 表面温度高达5 500 ℃， 我们无法
采集到太阳的样本， 如何知道它的组成呢？
物理 九年级下册
28
图10-2-4 脽蝫狵菗氞玤責霘
电磁波还可以承载并传播信息，充当信息传
递的媒介。在这方面，电磁波早期主要应用于电
报、广播和电视。可以通过“调制”，把文字、声
音、图像等各种信息加在电磁波上，并传到遥远
的地方（图10-2-5）。用户可以通过收音机、电视
机等装置接收这些含有信息的电磁波，并进行“解
调”，把信息还原，从而收到优美的音乐和精彩的
电视节目。
电磁波也可以作为检测工具，帮助人们获得信
息（图10-2-4）。就像“倒车雷达”对超声波的应
用一样，雷达利用电磁波的反射，可以发现目标，
测量距离。在医学中，利用电磁波的透射能力，可
以检查人体。利用电磁波还可以研究晶体结构，它
是研究新材料的重要手段。
（a）利用电磁波的反射，雷达
可以发现军事目标
（b）这是用X射线拍摄的第
一张照片，后来人们常用X
射线来进行器官和骨骼检查
（c）在DNA双螺旋结构的发
现中，X射线起到了重要作用
图10-2-5 枼鉳脽媹斳菗姩閣㮔襫
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第10章 电磁波与信息技术
29
一切电磁波都具有能量。地球上的大气运动、
季节变化、昼夜温度起伏及生物圈内物质的循环都
源于太阳光提供的能量。太阳是地球上维持各种生
命运动最基本的能量来源。
电磁波具有能量
当今，借助电磁波实现的移动互联技术更是将
手机、电脑、智能家电、物联网设备等无数终端都
连入一个信息交互的网络中（图10-2-6）。
（a）通过卫星转播，世界各地
观众都可以同时收看到奥林匹
克运动会的精彩比赛
（b）神舟十六号载人飞船在升
空、轨道飞行和安全着陆过程
中，地面控制中心主要通过电
磁波与飞船联系，实现复杂的
控制
（c）利用移动电话发射和接收
电磁波，几乎可以在地球的任
何角落和他人进行通话
图10-2-6 脽蝫狵桇講巘菗㭉贛
电磁波还有哪些应用
电磁波的信息特性，在生产、生活中的应用不胜枚举。请同学们说一
说，电磁波的信息特性还有哪些应用？
讨论交流
高频电磁波、X射线、γ射线和激光，具有巨
大的能量，能对所照射到的物体产生很强的作用
（图10-2-7）。如X射线、γ射线是医生进行手术治
疗的强大助手。激光除在医疗上有大用途外，在机
械制造中也可用于加工精密模具，钻打精细小孔，
进行精密焊接等。在核聚变研究中，科学家利用激
光可以产生数万度高温，提供核聚变环境。
物理 九年级下册
30
图10-2-7 脽蝫狵霘㶞菗訊脩
（b）医生用γ射线切割肿瘤，
大大提高了手术治疗效果
（a）工业生产中，常利用高频
电磁波进行塑料制品的焊接
（c）医生利用激光对眼睛进
行精巧的手术
微波炉
在微波炉的炉腔中，食物吸收微波
的能量而变热（图10-2-8）。为什么加热
含水的物体，效果最佳？为什么炉门上
是厚厚的屏蔽网？通过互联网查询，可
以了解更多。
1. 电磁波家族成员很多，有无线电波、红外线、 _______、紫外线、X
射线、γ 射线等。它们在真空中的传播速度有什么特点？随着频率的增高，
电磁波的波长如何变化？
2. 北斗卫星导航系统是我国自主建设运行的全球卫星导航系统，能为
全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。它主要
利用了电磁波哪方面的特性？
3. 微波炉既可以快速加热食物，也可以对一些物品进行消毒和杀菌，
在生活中被广泛使用。它主要利用了电磁波哪方面的特性？
4. 人们在使用手机、电视机、计算机、微波炉等电子设备时，会受到
电磁辐射的影响，请提出一些防护措施。
自我评价
发展空间
物理在线
图10-2-8 峖狵磿
第10章 电磁波与信息技术
31
如今，我们可以与万里之外的朋友视频通话，
这是怎么实现的呢？
通信是利用电磁波传送文字、图像的技术。
在茫茫太空，各个国家的通信卫星环绕地球运行；
在崇山峻岭，各种各样的信号塔矗立；在楼顶、
路侧，大大小小的通信基站四处分布；在地下、
海底，各有任务的通信线缆密如蛛网。这些设
备，结合电磁技术，
形成了一个庞大的通
信网络。这个网络中
连入了数以十亿计的
手机、计算机和服务
器，将整个世界紧密
联系起来，使我们的
蓝色星球成为“地球
村”（图10-3-2）。
电磁波在信息传播方面有着极其广泛的应用。
那么，信息（information）是怎么传播的呢？
图10-3-2 エ█纄槷ォ
图10-3-1 梽徰亁娕
信息的传播
3 改变世界的信息技术
物理 九年级下册
32
电缆通信、无线电通信、卫星通信、光纤通
信……它们是针对不同的信号发射和接收机制、不
同的信道而言的。
电磁学发展的初期，人们首先想到的是把信息
转变成电流信号，通过电线传递到远方，实现信息
传播。有线电报实现了这一设想。
如果能克服电线的局限就更好了！无线电波
是人类用来进行通信的电磁波家族成员之一。这
信源—信息的来源，可以是人、机器甚至自
然界的物体。
信道—信息传递的道路，需要借助电磁波和
各种设备来铺设。
信宿—接收信息的一方，同样可以是人、机
器或者各类物体。
有了载体，再借助设备，我们就可以传递信息
了。前面提到的无线电广播的发射和接收过程，便
是典型的以电磁波为载体（形成信道）传递信息的
过程。
图10-3-3 講巘縹講㰠
信息有许多形式，如符号、声音、图像、视
频、文字、指令等，我们需要把它们转变成电磁波
等形式的信号（signal）发射出去；接收方收到信
号后，便可从中获得信息（图10-3-3）。烽火台上
的硝烟，是光形式的信号；邮驿运送的信件，是以
文字为载体传递的信号……今天的信息时代，电磁
波是最重要的信号载体。
信宿
发射机
接收机
信源
信息
信息
发射信号
接收信号
信道
第10章 电磁波与信息技术
33
图10-3-4 塒栦鞲█䌳諀├塒栦脽㞣黪䇅㮨㐍㯧講
图10-3-5┛瞴喪╳喪鉎髯訛斳䲗霘㶞捚
鑸䌯婞囒
一波段电磁波的产生、发射、接收，相对容易实
现。1895年，马可尼成功进行了无线电波传播信
号的实验。
后来，人们对通信的效率、距离、准确度、抗
干扰能力等有了越来越高的要求，于是便设计出了
更多的通信方式。例如，为了使信号远距离传输，
可以用卫星作为中继站，接力传递，这就是卫星通
信（图10-3-4）。
电磁波在空中传播，终究受到的干扰还
是太大，而且电磁波的发射往往是发散的，
向四面八方散播，离发射机远一点，能量就
可能消散殆尽，信号非常微弱。如果用特定
的激光作为信号，使它在特定的介质（例如
玻璃或塑料）“管道”里传输，效果会不会好
一些？光导纤维（简称光纤）的发明，实现
了这个设想（图10-3-5）。
利用光纤进行通信，有传输距离长、抗
干扰能力强等特性。目前，我们的通信网络
ڱ㟛
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物理 九年级下册
34
据报道，截至2024年年底，我国移动电话用
户规模为17.9亿户，人口普及率升至每百人127.1
部。手机已成为我们工作、生活不可分割的一部
分。那么，移动通信是如何实现彼此间通信的呢？
当前最为普遍的移动通信系统主要由移动台、
基站和移动交换中心组成，它们形成了一个数字蜂
窝系统，如图10-3-6所示。
移动台主要指的是手机和车载电话，它既能发
射无线电波，也能接收无线电波。
为了便于携带，我们使用
的手机体积一般都不大，电磁波
信号的发射和接收能力有限，想
要与其他用户通话就需要有大型
无线电发射与接收设备转接，这
样的设备就是基站。基站（base
station）是一种固定的无线电台，
可以将接收到的手机信号传递到
移动通信网，也可以将信号从移
动通信网传递到手机。
各个基站是怎么连入移动通
信网并相互协调的呢？
它们都与移动交换中心连接。
移动交换中心（MSC）是整个移动
通信网络的核心，所有移动台发来的信息都要经由
它分拣、处理、传递。同时，移动交换中心还担负
着移动通信网络与固定电话网（座机）、互联网的连
移动通信
图10-3-6┛曨啲u詑軶銤┝麂貶鮜岹楿冟菗㤊疊訊脩
暲綷䲗煐髟仹諀菗姩閣驨–銋㮔閾纇㟉㴜黪闃驊鳘
髟囏實㖕屘䲗揁興㤾樑納u詑鳘欱䲗㮦圑桇エu詑
軶銤ォ閼啲菗脷樑
中的骨干网、局域网、接入网已用光缆替代了电
缆，许多家庭实现了“光纤入户”。
移动交换中心
移动交换中心
基站
基站
基站
基站
基站
基站
基站
移动台
第10章 电磁波与信息技术
35
物联网
接，是一个业务庞大、头绪繁多的信息枢纽。
这三种设备良好衔接，相互配合，我们才可以
使用手机通话、发短信、上网。
在上一章的第4节，我们认识了智能化的家用
电器为我们的家庭生活带来的巨大便利。通过传
感器和互联网的使用，家用电器变得既“聪明”
又“体贴”。那么在更
广泛的场景中，例如工
厂里、森林中、商场内
外、马路上……是否可
以让各种设施、设备
都接入网络，实现人与
物、物与物的实时互联
互通呢（图10-3-7）？
物联网（Internet of Things，简称IoT）使这
样的设想成为现实。利用各种传感器、卫星定位系
统、识别和感应设备等，可以实时采集需要监控、
连接、互动的物体或过程的信息，再按照预先约定
的规则（协议）将信息接入互联网中，便实现了原
先独立的各个设备的彼此连接。最后借助软件，我
们可以对各个过程中涉及的物体和设备进行智能识
别、定位、跟踪、监测、控制和管理。
从2G到5G
2G、3G、4G有什么区别？5G又是什么？它们分别用什么频段的电磁波
作为传播信息的信号？请通过阅读图书或查阅网络上的相关资料，对这些问
题进行了解。
图10-3-7 鞅篵撥閧
活 动
物理 九年级下册
36
在智能物流中，每个环节都对包裹进行扫
码，使我们可以随时知道整个运送过程的进展；
在智慧公交系统中，站台上的显示屏告诉我们下
一趟车什么时候到达本站；在森林里部署的传感
器，会通过网络把林区的变化实时告知林业管理
部门，以便随时做好火灾预警……这些都是物物
相连、彼此协同的结果。
能量、物质、信息被认为是主导未来的“关键
技术”。人类的文明进程，离不开信息的生成和传
播（图10-3-8）。
在我国古代，人们用烽火台进行远距离紧急
信息传播；“八百里加急”是紧急情况下朝廷下达
命令的方式。古埃及的渔民，每次出海捕鱼都会携
带鸽子，以便传递求救信号或鱼汛消息。然而，在
19世纪之前的几千年里，科技进步缓慢，人类传
递信息的方式始终没有什么突破性的进展。
从烽火台到智能时代
图10-3-8 鋤エ禥磓懜暷広ォ訝梽霘柣錯䲗講巘憢槇揥詐貶徹踭朓栍菗㮨襫
烽燧报警
驿站急递
飞鸽传书
邮政书信
发送电报
传真
第10章 电磁波与信息技术
37
从18世纪末至19世纪中叶，随着持续电流的
获得以及对电磁感应定律的掌握，人们开始尝试用
电流来传递信息。1837年，莫尔斯发明了第一台
实用的有线电报机，使摒弃古老信息传递方式的曙
光初现。
1862年，麦克斯韦通过理论预言了电磁波的
存在。20多年后，赫兹用实验证实了麦克斯韦的预
言，由此揭开了电磁波时代的序幕（图10-3-9）。从
那时起的几十年，无线电报、电话、无线电广播、
电视、雷达等纷至沓来。它们极大地提高了信息传
递效率，推动了人类文明的车轮滚滚向前。
在第二次世界大战中，雷达帮助英国有效地阻
止了德国法西斯空军跨越英吉利海峡的计划。电磁
波与电子技术的发展促成了一系列军事信息设备的
成功。战后，半导体及集成电路技术的不断进步，
使个人计算机得以迅速迭代和普及。
如果能让计算机互联，彼此交流，是多么美妙
的事情！这个设想在50多年前被付诸实施。开始
互联网通信
有线电话通信
移动电话通信
物联网
卫星通信
图10-3-9 1967媩䲗偂㕂曄
麂鉖崿尲媩╳偂㕂曄亁麒㐍
菗↙䈖脽講頓㝴䲗徠㐍貶鳘
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縹㤲輸菗陏納┝炰桇闖憚╳
100僫媩遺菗樤銜㣧紭䲗麂尲
躊脽講髂菗醤鬨兟嗼貶仹蚏
物理 九年级下册
38
时，几台计算机互联成网络。渐渐地，互联的计算
机越来越多。如今，已经有数以百亿计的计算机、
手机等各种设备联网。网络广泛渗入社会各个领
域，电子商务、电子政务、远程教育、远程医疗和
网络会议等已经普及。庞大、快捷的网络，使人类
仿佛生活在同一个“地球村”中。同时，借助芯片
的强大计算能力，人们还可以将传来的信息进行分
拣、筛查、挖掘、优化，形成更有效的内容和更有
力的指令。颠覆人类交流方式和思维方式的智能时
代，已经到来。
今天，我们通过电缆中的电流、空中的无线
电波和光缆中的光波传递着信息，须臾之间可知天
下，使天涯近若咫尺，使万卷收纳掌中……在技术
快速更新的当下，信息技术将创造更加瑰丽的现代
文明。
从模拟信号到数字信号
电信号有数字信号和模拟信号之分。为什么现在使用的大多是数字信
号？请查询互联网或查阅相关书籍进行了解。
1. 在人类文明的发展历程中，信息的生成与传播是核心主题。请简要
梳理信息传递的载体变迁和技术变化。
2. 光纤通信的基本原理是什么？它的优点有哪些？
3. 移动通信中，为什么要有基站？
自我评价
发展空间
物理在线
第10章 电磁波与信息技术
39
4 探寻信息技术的力量
电是现代工业生产的动力；磁是信息存储的重
要形式；电磁波是信息传播的重要载体。过去两百
多年中，在物理学的推动下，信息技术飞速发展，
由此带来恢宏的生产进步和社会变革。今天，信息
技术正在改变着我们生产、生活的方方面面。
农林牧渔、文体教育、军事、卫生、交通、科
研……生产或生活中的各个领域都有信息技术的
身影。
信息技术的身影
图10-4-1 梽徰鎖髂
跨学科实践
手机是一个随时在线的智能终端，它让我们每
一个人都可以便捷地获取和转发信息，发起和接通
视频通话，随时与他人进行情感交流。北斗卫星导
航系统，使行驶在地面上的每一辆车，都可以随时
获知自己的位置，不再迷失方向。在自动化工厂
里，通过视频监控，可以使控制系统随时知道生
产线上的安全情况，一旦发现异常，及时发出预
警信息（图10-4-2）……
物理 九年级下册
40
在信息时代，让我们充分利用信息技术，了解
并描述信息技术给予我们的磅礴力量吧！这些技术
对应的是哪些物理学原理？
以下是小明对农业生产中信息技术应用的调查
报告。
请选择一个自己喜欢或者熟悉的领域，来看看
信息技术在其中都发挥了什么作用。
信息技术的力量
图10-4-2
信息化的温室大棚
在农业生产中，作物的播种、生长、收割，是核心环节。现代化的
农业生产应用了无线网络，使种植变得智能而高效。这是我感兴趣并觉
得十分有价值的内容。
通过咨询智慧农业技术人员、查阅资料和浏览互联网，并对配备物
联网设备的温室大棚进行实地勘察，我了解到应用一些新技术可以对温
室大棚实施智能化管理。
1.对环境进行实时监测。通过传感器实时采集智能温室大棚内的空
气温度、空气湿度、二氧化碳含量、光照强度、土壤温度、土壤湿度，
以及棚外空气温度与风速等数据，再将数据通过移动通信网络传送到服
务管理平台进行分析处理。在这里，传感器将各种非电信号转换为电信
第10章 电磁波与信息技术
41
实践活动评价
我的活动涉及的学科
我的活动围绕的物理概念和规律
我的活动成果
我的观点
我的问题
从小明的调查报告中能获得一些参考和灵
感吗？请完成类似的调查报告，写出我们的科
技畅想！
号，并通过电磁波传递。
2.对作物进行监测。利用智能视频监控与图像处理技术，可以实时获
知作物长势，由此科学地判断作物整体的生长状态和营养水平，为下一
步的施肥、灌溉、除虫等提供依据。这里的视频监控用到了透镜成像原
理；图像存储使用了磁介质材料；监测数据的传递，采用了电磁技术。
3. 远程控制功能。工作人员可通过移动设备或计算机控制温室大棚
内的水阀、排风机、卷帘机的开关，也可设定好控制程序，系统会根据
大棚内外情况自动开启或关闭水阀、排风机、卷帘机等机电设备。
……
我相信，随着技术的进一步发展，未来人类可以通过电磁波远程控
制机器人进行耕种，这将使人类告别几千年的传统农耕模式。
物理 九年级下册
42
知识要点
1. 在我们周围，存在着各种频率的电磁波。电磁波在真空中的传播速度为3.0×
10
8 m/s。
2. 物质通过辐射电磁波向外传递与其内部结构有关的信息，人们可以利用电磁波探
寻物质的微观结构。
3. 电磁波具有能量。
4. 电磁波是当今社会传递信息的主要载体，具有广泛的用途。卫星通信、光缆通信
和移动通信都离不开对电磁波的利用。
本章复习题
1. 关于电磁波和信息技术，甲同学认为电
磁波既能传递信息也能传递能量，乙同学
认为电磁波的传播需要介质，丙同学认
为电磁波可以传递信息而声波不能传递信
息。谁的观点对呢？请给出合理解释。
2. 中国空间站又称天宫空间站，主要由天
和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱三个
舱段组成，可支持航天员长期在轨生活和
工作。航天员在空间站同舱内交谈时，不
用电子通信设备就能听到对方的声音，而
当他们出舱执行任务时，需要使用电子通
信设备。这是为什么？
3. 以电磁波为载体的移动通信已进入5G
时代。某同学通过5G上网时，发现比
4G要快许多，他觉得原因是5G信号传
递比4G信号更快。他的这个看法对吗？
为什么？
4. 小明家中接入一根光缆，连接在无线
路由器上。家里的温度计、照明灯、洗
衣机、摄像头、电视机、智能音箱等用
电器已接入互联网，可以通过手机远程
控制。当小明在学校用手机打开家中的
摄像头时，指令信号经过哪些节点才到
达用电器？
第11章 能源与可持续发展
43
2023年6月25日，四川省甘孜藏族自治州的柯拉光伏电站—全
球最大、海拔最高的水光互补电站，正式投产。
创新科技，拥抱自然，我们会发掘更多的能源。
为什么人类对能源孜孜以求？
第11 章
能源与可持续发展
◆ 跨学科实践：能量从哪里来
◆ 能量守恒定律
◆ 能源
◆ 核能
◆ 能源与可持续发展
物理 九年级下册
44
1 能量从哪里来
初识物理，我们便接触“能量”。至今，历经
一年多的学习，能量的观念已经在头脑中扎根。
机械运动、分子热运动、电流、电磁波……物
理学告诉我们，世界在不停地运动。机械能、内
能、电能、磁能……物理学还告诉我们，运动与
能量密切相关，运动在不断变化，能量也在不断
转化和转移。
追随物体的运动，我们能抓住能量的“踪迹”！
形形色色的能量
图11-1-1 䈄喪穋鑙僿█
物体具有的能量
把常见的物体运动形式与能量形式对应起来，不再是难事。请列举一些
物体所具有的能量。
活 动
球在空中的运动、太阳内部原子核的剧烈变
化、暖气片内水分子的热运动、回路中电池的化
学变化……多种多样的运动形式，对应着不同的
能量。
球从高处下落，速度加快；阳光洒下，带来温
暖；暖气散热，室内如春……能量的转化和转移，
跨学科实践
第11章 能源与可持续发展
45
图11-1-2 儅䈄霘菗㬸僉縹訊脩
太阳能热水器
风的形成
水循环
动植物生长
燃烧
食品
风力
水力
照明
家庭影院
笔记本电脑
电熨斗
电车
机床
发电机
石油
天然气
煤
化工原料
汽车
燃气灶
辐射到地球的太阳能总功率为1.7×10
17 W
随时随地都在发生。
那么，追根溯源，我们周围的能量，是从哪里
来的呢？
讨论交流
能量从哪里来
我们生产、生活中的能量从哪里来？
观察图11-1-2，能得到哪些认识？
物理 九年级下册
46
实践活动评价
通过图11-1-2可以发现，我们在生产、生活中
利用的能量，大都来自太阳。太阳的辐射，向地球
传递了巨大的能量。
上面是小聪对皮球从抛起到静止于地面的过
程进行分析的结果。请参考她的分析，选择身边
几个熟悉的场景和过程，来看看其中能量是怎么
流动的。
例如，对于一粒水稻种子，它从土壤到餐桌的
旅行，经历了怎样的能量转化和转移？
像小聪那样绘制图表，记录下分析结果。从中
有哪些发现？
小聪的分析
手抛起皮球
化学能→动能
化学能
皮球向上运动
动能→势能
动能→内能
皮球触地弹起
动能→势能→动能
动能→内能
……
……
……
皮球停在地面上
动能→内能
内能
动能→内能
皮球从顶点下落
势能→动能
势能→内能
我的活动涉及的学科
我的活动围绕的物理概念和规律
我的活动成果
我的观点
我的问题
追踪能量的流动
第11章 能源与可持续发展
47
能量守恒定律
在摆动过程中，摆球受到空气的阻力，机械能
不断转化为内能，若把摆球和空气的内能加上，总
能量仍不变。同样，钟摆、指针（图11-2-2）在运
动过程中也会发生能量损耗。如果同时考虑机械
能和内能，总能量依然不变。实验和事实证明：
上抛的皮球最终会静止于地面，摆球的摆动
也不会永远维持下去，停止施力后秋千会越摆越
低……能量会消失吗？
图11-2-1 擿纄菗㮝詐㮔襫
图11-2-2
䁯㐩╳㤷詐㮔襫
髯䲗対趠徠樍鞣杙嚾対嵾偵霘
㐦薩銛䁯擿䲗鋋抐炰婞菗擿詐
能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，
它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一
个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过
程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒
定律（law of conservation of energy）。
能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本
定律之一。从宏观天体到微观粒子，从化学变化、
生命活动到物质循环，所有的过程都遵守能量守恒
定律。
2 能量守恒定律
物理 九年级下册
48
图11-2-4 鳘褔燨詐槙菗蠨弇∕
图11-2-3
㮦桇鉑菎僫媩遺
飾濱燨詐槙菗鳘髟㞄廕䲗嗈
霘嘄縁瀘䲯
如图11-2-3所示，
怎么能保证推动轮子
转动的水银总是比阻
止轮子转动的水银
多呢？
此外，水银在滚
动过程中，会不会损
失能量？
上水池
下水池
用电器
水轮发电机
抽水机
分析一种永动机
图11-2-4是一位“发明家”设计的一种永
动机。他的设想是：利用上水池的水向下的冲
力使水轮发电机发电，然后利用发电机发出的
电能驱动抽水机把下水池的水再抽回上水池。
这样不断循环下去，就可以制成一种永动机。
在此过程中，水轮发电机还可以抽出一部分电
能供用电器使用。真是一种美妙的设想！遗憾
的是，这种永动机不能持续运转。请分析一下
这种永动机失败的原因。
讨论交流
很长时间以来，许多人想发明永动机（perma-
nent machine），它不消耗能量，就可以永远地运动
下去，并连续不断地做功。有些永动机，看起来
设计与制作得十分巧妙，但由于违背科学规律，
一个个都失败了。永动机的失败，从反面证明了
能量守恒定律的正确性。
永动机是不可能实现的
第11章 能源与可持续发展
49
人为发起的能量转化总有一定的目的。
从节能的角度来说，烧水时，我们希望天然
气完全燃烧产生的热量全部传递给壶中的水；使用
电梯时，我们希望消耗的电能完全转化为电梯的势
能和动能；骑自行车上学时，我们希望身体消耗的
能量全部转化为自行车和人的动能……这些愿望可
能实现吗？
这些理想情况都不可能发生，能量损耗不可
避免。以烧水为例，总有部分热量散失到空气、壶
体中。如果把天然气完全燃烧释放的化学能称为输
入能量，而把水吸收的那部分能量称为输出有效能
量，把散失掉的那部分能量称为输出无效能量，则
根据能量守恒定律，有如下关系：
输入能量= 输出有效能量+ 输出无效能量
为了进一步描述这些过程，人们定义了能量
转化效率：
讨论交流
能量转化的效率
图11-2-5 霘㶞㬸僉暲綷
在任何情况下，η都小于1。
各种“效率”
在之前的学习中，我们研究了机械效率，即有用功在总功中所占的比例，
还知道了热机的效率，即有用功在所用燃料完全燃烧释放的热量中所占的比例。
能量转化效率、热机效率、机械效率有什么共同之处？
能量转化效率 η = 输出有效能量
输入能量
物理 九年级下册
50
提高能量利用中的转化效率是节能问题的核
心，是实现可持续发展的重要措施。
1. 实际功率相等的白炽灯和LED 灯，白炽灯会暗一些，用手摸会发
现白炽灯温度较高，从能量转化的角度解释为什么白炽灯较暗。
2. 在密闭的房间内，把正常使用的冰箱门打开，房间内的温度会怎么
变？为什么？
3. 固体酒精炉比液体酒精炉更安全。某次使用时，在炉中放入40 g
的固体酒精，待其燃烧完后，锅中1 kg 水的温度从20 ℃升高到了70 ℃。
已知固体酒精的热值为1.5×10
7 J/kg，水的比热容为4.2×10
3 J/（kg·℃）。
（1）本次固体酒精炉的热效率是多少？
（2）请列出固体酒精炉热效率不高的原因。
4. 我国光伏发电总量位居世界第一。光伏发电使用的太阳能电池板可
将光能转化为电能，若某地的年太阳辐射量为6×10
9 J/m
2，500 m
2 的太阳
能电池板方阵每年转化生成电能3.6×10
11 J，求该地太阳能电池板的光电
转化效率。
自我评价
发展空间
第11章 能源与可持续发展
51
能量转化和转移的方向性
“地球上的能量大都来自太阳，太阳的辐射
至少还会维持几十亿年，那么能源问题是不是杞
人忧天？”
“既然能量是守恒的，我们为什么还要节能？”
回答这些问题，可以从一滴水说起。
哪怕是在一滴水中，温度也趋于均匀，因为
热量会自发地从高温处转移到低温处。这会导致什
么结果？
（a）一杯水静置一段时间后，其中的一部分
水自行从另一部分水中吸收热量，沸腾成水
蒸气，另一部分水则内能减少，凝结成冰
（b）一枝枯萎的花，自发从空气中
吸收能量和水分，重焕生机
这些情形可能吗
试着分析以下过程能否实现，以及实现过程中的能量转化情况。
图11-3-1 蘙犩孼㶖
讨论交流
3 能 源
物理 九年级下册
52
能源的分类
这些情况（图11-3-2）虽然不违背能量守恒定
律，但实际上并不会发生。研究表明，如果某个过
程中涉及了热量的散失，能量的转化和转移就将是
“覆水难收”的，无法自发地沿反方向发生，除非
耗费额外的能量予以补充。
在现实的宏观世界中，我们对能量的利用，
无法避免内能的生成与转移。于是，每一次能量
的利用，都会减少这个世界上可利用、便于利用的
能量的总量。
这就是虽然能量守恒，我们仍然要节能的原因。
简而言之，能源（energy source）就是能量的
来源，是指能为人类提供某种形式能量的物质资源。
钻木取火，开启了以柴薪为主要能源的时
代。阳燧取火，是人类最早借助仪器对太阳能的
有效利用。先秦的“涅石”即现代的煤炭；石油
在我国古代有“石漆”“猛火油”“石脂水”的别
称；关于天然气的记载始于西汉的“火井”；唐宋
时期，水力机械筒车开始用于引水灌溉……人类
图11-3-3
漿瓡肻菗説隫鞲
僣傯䇅鎢鼬戃惵蓕訠䲗圑桇
麂䈌蜛禔㶞菗㬸襓䲗撫蓯漢
㮦欱䲗肻説菗燡醜稅頓瓀瓀
獼萬
图11-3-2 㮦慚広屘憮霘徠脠瀘䲯
（c）坡底的巨石从周围环境中获取能
量，滚向坡顶
（d）从北京开到天津的汽车，掉转车头，汽车可
以从空气中、已排放的尾气中吸收能量，不再消
耗新的燃料，返回北京
返程不再耗油……
给机械钟定时上
发条，便是补充能
量，使钟摆、指针的
运动持续不断。
钢盖
瓶塞
密封圈
外壳
真空隔层
内胆
第11章 能源与可持续发展
53
对于能源的利用，在几千年中从未间断。
能源按其产生的方式可分为一次能源和二次能
源。一次能源按其资源的再生性可分为可再生能源
和不可再生能源。
一次能源是指从自然界取得，可以直接利用的
能源，如煤、石油、天然气等，有时也称为初级能
源。二次能源是一次能源经过加工，转换成的另一
种形态的能源，如电力、蒸汽、焦炭、沼气等。
图11-3-5
櫖磓桇鳘褔婞㖇
霘疊
图11-3-4 鳘褔嫙脩遺梮媹䇥菗脠篵㣮霘ア犮熲
常规能源是指当前被广泛利用的一次能源（图
11-3-5）；新能源则是指目前尚未被广泛利用而正
在积极研究以便推广的一次能源。
不可再生能源是须经地质年代（亿万年）才能
形成而短期内无法再生的一次能源，如煤、石油、
核燃料等。人类目前主要利用的就是这类能源。
可再生能源是能够不断得到补充以供使用的
一次能源，如水能、太阳能、生物质能、地热能、
风能、潮汐能等。它们是目前研究人员正在努力研
究、开发的新能源。
物理 九年级下册
54
能源的分类
能源种类繁多，分类标准也不是唯一的。如果根据能源消耗后是否造成环
境污染来分类，可分为污染型能源和清洁型能源。请试着分析：煤炭、风能、
潮汐能、石油、水能、电力、太阳能、柴火、地热能、核能以及我们所了解的
其他类型能源中，哪些属于污染型能源，哪些属于清洁型能源？
讨论交流
世界能源储量及需求
世界经济的发展和人口的增加，导致了能源
需求量的迅速增长。目前，世界各国已充分认识
到地球上传统的一次能源储量不能满足人类长期
的需要。
常规能源储量的有限性与需求量的逐年增加
是当今世界面临的能源问题的核心。研究开发新
能源，以减少对传统能源的依赖，是人类要共同
解决的重要任务。
1. 有人说，空调器把热量从室内传递到了室外，能量转化的方向性失
效了。他的这种说法正确吗？为什么？
2. 能源是指能为人类提供某种形式_____ 的物质资源。按照能源的产
生方式，可以分为_________ 和_________。
3. 风能、水能、太阳能、电力、天然气中，哪些属于可再生能源？
4. 关于常规能源枯竭的应对战略，有什么想法？请提出两条建议。
自我评价
发展空间
第11章 能源与可持续发展
55
常见的物质是由分子、原子构成的。起初人
们以为原子是一些实心小球，其内部物质均匀分
布。卢瑟福的α粒子散射实验打开了新视野，使
人们认识到，原来小小的原子是由原子核和核外
电子组成的。
原子核内，还有结构吗？
图11-4-1 袯璳欳脽槙鉼
历经长期探索，到1932 年，物理学家发现，
原子核是由质子（proton）和中子（neutron）组
成的（图11-4-2），它们通过一种叫作“核力”的
相互作用紧密地结合在一起。
原子核与核能
图11-4-2 摜啣銐橂蠨弇∕
质子
中子
电子
原子核
大部分元素的原子核是牢固而
稳定的，要人为拆分原子核或将几个
原子核组合起来，并不容易。然而根
据爱因斯坦的理论，一旦质量较大的
原子核发生分裂或质量较小的原子核
相互结合，将可能释放巨大的能量，
这就是核能（nuclear energy）。
4 核 能
物理 九年级下册
56
图11-4-3 䂐欳㒅獼
n
裂变核
144
（例 56 Ba）
n
n
n
裂变核
89
（例36 Kr）
中子
（例 ）
235
92U
裂变及其利用
图11-4-5 䃎宩崍嫙菗蠨弇∕
重原子核分裂成较轻的原子核，叫作
裂变（fission）。人类有效地获得大量核能
是从用中子轰击铀核使其裂变开始的。当
一个中子轰击一个铀核引起铀核裂变并释
放能量的同时，还会释放出2～3个中子，
如图11-4-3所示。
推倒的骨牌会产生一系列连锁反应
图11-4-4 揥絶䚀篅A䲗頓徠脠誠黩縁㠧䲯
链式反应如果是在一瞬间进行的，那将是剧烈
的爆炸，原子弹的爆炸就是铀核或钚核裂变发生链
式反应的结果。基于和平利用核能的目的，我们需
要对链式反应加以控制。
核反应堆（nuclear reactor）是一种能够控制
链式反应的装置。利用核反应堆工作时释放的能量
使水汽化，推动蒸汽轮机带动发电机发电，这就是
核电站（nuclear power plant），如图11-4-6所示。
（图11-4-4）。如果释放出的中子再引起其他
铀核裂变，就可使反应不断地进行下去，
这种反应叫作链式反应（chain reaction），
如图11-4-5所示。
核电站消耗的燃料很少，一座1.0×10
6 kW的
核电站，每年约消耗30 t铀燃料，而同样功率的火
第11章 能源与可持续发展
57
图11-4-7 尲峵脽裷㭝嚻
核反应堆
蒸汽
热交换机
蒸汽涡轮
发电机
排水
进水
传动轴
蒸
汽
腔
冷凝器
水
蒸
汽
水
加压的水（冷却剂）
核蒸汽供应系统（一回路系统）
泵
铀
（核燃料）
镉或硼
（控制棒）
铁壳
石墨
（慢化剂）
混凝土
保护层
汽轮机发电系统（二回路系统）
力发电站却要消耗约3.0×10
6 t煤。所以，核电站
可以大大减少燃料的运输量。另外，核能发电没有
煤燃烧放出的大量硫化物、碳氧化物、烟尘等，不
会对大气造成污染。
核反应堆有厚重的保护层，这是为什么呢？
原来，用于核反应的燃料（如铀235），具有强烈
的放射性，能够发出射线，引起电离辐射。如果没
有足够的保护措施，这些射线会对人体造成严重伤
害。生产和使用核材料后剩余的、具有放射性而又
无利用价值的材料称为核废料。一般将其放入特殊
容器封存并进行地质深埋。
认识中国核电
核能发展对保障安全，实现“碳达峰、碳中和”目标具有重大意义。中
国核电是重要的“国家名片”。特别是极具安全优势的第四代核电站，更是具
有世界领先水平。中国核电，将为经济发展和民族复兴源源不断地提供动力。
请查阅资料，了解中国核电站的数量、分布地区、发电量，以及中国第
四代核电站应用的先进技术。
活 动
图11-4-6 欳脽諀蠨弇∕
物理 九年级下册
58
聚 变
轻原子核结合成较重的原子核，也会释
放出核能，这种核反应叫作聚变（fusion）。
例如，氢的同位素氘和氚，其原子核在超
高温下就可能聚合成氦核，释放出巨大的
能量（图11-4-8）。
聚变要将两个轻核挤在一起，由于同种
电荷相斥，这比裂变中将不带电的中子射入
重核要难得多。需要在极高的温度和压力下
进行，使这些粒子的无规则运动极其剧烈，
以至于会有原子核在碰撞过程中靠得足够
近，从而发生聚变。因此聚变也常被称为热核反应。
可能有同学会疑惑：使反应物获得极高的温
度，要消耗不少能量，一旦发生聚变，获得的核能
能弥补之前的付出吗？不会“入不敷出”吧？事实
上，聚变释放的核能远大于我们“点火”使用的能
量。太阳能就来自聚变—这把“火”自从大约46
亿年前“点燃”后，至今未熄（图11-4-9）。
在消耗相同质量核燃料的情况下，聚变比裂变
放出的能量大得多。许多科学家为我国的氢弹研制
作出了不可磨灭的贡献，其中于敏等科学家在氢弹
原理突破中起了关键作用。1967 年6月17日，我国
第一颗氢弹在西部地区上空爆炸成功。氢弹就是根
据聚变原理制成的，它的威力比原子弹大得多。
可控核聚变的研究已在实验层面取得重大进
展，有我国“人造太阳”之称的全超导托卡马克核
聚变实验装置东方超环（EAST）不断创造着新的
世界纪录，为实现可控核聚变奠定了坚实的物理基
础。海水中储藏着丰富的氘，因此，这项技术一旦
图11-4-8 熸欳├熻欳╳㥌䚰瓡縹䚰蒓鞯
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图11-4-10 エ魑対鳘栦責紙
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第11章 能源与可持续发展
59
α粒子散射实验
1909年，卢瑟福的α粒子散射实验（图11-4-11）表明，原子内部绝大
部分空间是空虚的。就像太阳系结构中占太阳系主要质量的太阳只占很小
的空间一样，原子核几乎集中了原子的全部质量，但只占原子中心很小的
体积，所以也称原子的这种结构为行星模型。
这一实验在科学史上影响深远。关于α 粒子散射实验的更多知识，
可以查询互联网或查阅相关书籍进行了解。
1. 核电站工作时能量是如何转化的？
2. 核反应堆和原子弹都是释放核能的装置，它们释放核能的过程有什
么相同点和不同点？
3. 没有任何技术是毫无风险、万无一失的。就目前的核能发电技术水
平而言，我们可以将核能认为是一种清洁无污染的能源吗？
自我评价
发展空间
物理在线
图11-4-11 α蹚啣曔嚻嘄䙤㒈鎆蠨弇∕┝嘄䙤徠縁䲗僿
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α粒子源
α粒子流
可沿圆周移
动的探测器
真空
无偏转
大角度
小角度
金箔
攻克，就可能彻底解决人类社会的能源需求。
物理 九年级下册
60
图11-5-1 鋙燡䌣垊
图11-5-2
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“绿水青山就是金山银山。”
这是对生态环境保护和经济发展之间关系的
形象化表达。对生产力的追求、对能源的使用，
是人类文明进程的不变主题。从能源开采的角度
来说，怎样兼顾保护生态环境和发展生产力呢？
能源结构的变迁
100万年前，火的使用结束了茹毛
饮血的蛮荒历史。柴薪是人类第一代主
体能源。在漫长的农耕时代，人力、畜
力以及部分水力、风力，为生产提供了
主要动力。
300多年前，蒸汽机的发明，使生
产力发生了划时代的革命。由此，以机
器为动力的时代到来，也使煤炭成为主
要能源。100多年前，内燃机的发明，
开创了以燃油为主体燃料的时代。
5 能源与可持续发展
第11章 能源与可持续发展
61
图11-5-3
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碳达峰 碳中和
大自然是人类赖以生存发展的基本条件。人类
活动引发的气候变化已经对自然环境和人类社会造
成了广泛的不利影响以及严重损害（图11-5-4、图
11-5-5）。有33亿～36亿人生活在极易受气候变化
影响的环境中。化石能源利用中硫化物、碳氧化物
和粉尘的大量排放，对环境及生态系统造成了巨大
破坏。
19世纪30年代至20世纪初，物理学的大发展
使电得以广泛应用，开启了第二次工业革命，人类
社会在大工业生产方式中迎来了电气化时代。
20世纪以来，人类用自己的智慧和劳动，创
造了前所未有的物质文明。但能源的大量消耗，也
给人类社会造成了许多困境，能源革命的呼声日渐
高涨。
随着不断开采，煤、石油、天然气这些常规
能源越用越少，这是人类要共同面对的“能源危
机”。要避免危机的发生，一方面要节约能源；另
一方面要调整能源结构，寻找新型能源，减少对化
石能源的依赖。
然而，能源问题不限于此。
讨论交流
能源问题
今天高度发达的生产力已非几百年前所能
比。社会化大生产意味着对能源的巨量需求。我
们对能源的使用，目前面临着什么问题？
物理 九年级下册
62
化石能源是碳基能源，使用中不可避免地生成
二氧化碳。而大气中二氧化碳浓度过高，是导致温
室效应加剧的主要原因。如何改变这一局面？
设定一个目标，在某个时间点二氧化碳的排
放量达到峰值，之后逐渐回落，这就是碳达峰。同
时，如果我们降低化石能源消费占比、节能减排，
并通过植树造林等方式吸收二氧化碳，在某一天排
放量与吸收量相互抵消，达到相对“零排放”，便
实现了碳中和。
2020年9月22日，习近平主席做出我国力争
2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的重
大宣示。这一彰显大国担当的庄严承诺，为全球应
对气候变化注入了强劲动力。
图11-5-4 熲殻獼棨䲗銻䌳ɡ僉
图11-5-5 嫪熲揁暤䲗㰻儃鷔柂
能源是工业的粮食、国民经济的命脉，关系到
国计民生和国家安全。现代社会的运行对能源强烈
依赖，以致能源保障的一点波折，都可能给生产、
生活带来损害。
安全是发展的前提。稳定保障与安全使用，是
能源安全的两大方面。20世纪下半叶的三次石油
危机，2003年的美加大停电—战争会引起采矿
能源安全
第11章 能源与可持续发展
63
碳达峰、碳中和、能源安全，已纳入我国经
济社会发展全局。为推动绿色发展，促进人与自
然和谐共生，我国要加快推动产业结构、能源结
构、交通运输结构等的调整优化，加快规划建设
新型能源体系（图11-5-6）。
新能源战略与绿色发展
图11-5-6 2013ア2022媩惷↙鳘灈霘疊脠攙銐橂࣌
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2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%࣌
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๖♣⅁ࢍ℁̭
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受阻，自然灾害会导致区域供电中断，一旦能源保
障被破坏，社会将失去安全感，甚至陷入混乱。
作为世界最大的能源消费国，如何有效保障国
家能源安全、有力保障国家经济社会发展，始终是
我国能源发展的首要问题。
10年间，我国的一次能源生产总量从358 784
万吨标准煤增长到466 000万吨标准煤。同时，水
电、核电、风电等一次电力生产占比大幅提升，
2022年较2013年提升了8.6个百分点。
电力是非常重要的二次能源，我国发电量长期
稳居世界第一位。经过几十年的不懈努力，我国在
核能发电、太阳能发电、风力发电、水力发电等领
指标
数值
脽臟脠攙㶞
88 487
燡脽脠攙脽臟㶞
13 522
磓脽脠攙脽臟㶞
58 888
欳脽脠攙脽臟㶞
4 078
䒣脽脠攙脽臟㶞
7 627
2022年我国电力生产数据
（单位：亿千瓦时）
物理 九年级下册
64
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㯬㞛㦙䲗壽楿䚰銿餎㶛襫憮㮋1 000 km帶鞔
域的技术水平均居世界前列。在地热能、潮汐能、
氢能的利用上，我国也在不断尝试与创新。
推进绿色低碳可持续发展，不仅需要国家层面
的统筹布局，更需要将理念深深植根于每一位公民
的责任和意识之中。让我们一起，从日常的生活点
滴做起，为全世界和子孙后代福祉而努力，实现人
与自然和谐共生，共同保护我们的地球家园。
智能电网
利用清洁能源来发电，是时代所趋。但风时有时无，阳光昼夜交替，难以
提供稳定的电能输出。用户用电也有波动，故障时有发生，对其他用电方也会
造成影响。如何解决这些问题？如果电网会思考、会说话，能自动处理，难题
将迎刃而解。
了解智能电网，分享我们的认识。
家庭能源使用种类
每个家庭都在使用能源。请根据实际情况填写下表，不清楚的可询问
他人或查找资料。
发展空间
走向社会
活 动
第11章 能源与可持续发展
65
1. 常规能源的逐渐枯竭及其利用引发的环境污染等问题，使开发新型
清洁能源迫在眉睫。理想的能源应该满足什么条件？
2. 目前治理垃圾的主要方式是进行垃圾分类再利用，如利用干、湿垃
圾进行发电。干垃圾由垃圾封闭运输车运至发电厂，经处理后送入焚烧炉，
在焚烧炉内高温燃烧，焚烧产生的烟气将水加热成蒸汽，蒸汽驱动汽轮机
组发电。焚烧产生的烟气经尾气处理装置净化后达标排放，焚烧产生的炉
渣可以作为一般废物处理。湿垃圾填埋后，通过厌氧发酵产生沼气，这些
沼气燃烧，产生高温燃气，推动汽轮机转动，汽轮机驱动发电机发电。请
将干垃圾发电过程中的能量转化填写完整。
3. 能源安全是国家安全、可持续发展的重要保障。面对我国消费石油
大量依赖进口的局面，应当采取哪些措施予以改善？
自我评价
注：能源种类指柴薪、煤、石油、天然气、电等。
时间
不同家务项目使用的能源种类
做饭
炒菜
烧水
取暖
降温
照明
1980
1990
2000
2010
縁╳
发电机
电能
汽轮机
焚烧
化学能
知识要点
1. 能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或
者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
这就是能量守恒定律。
2. 能量转化效率η =
输出有效能量
输入能量
。
3. 能量的传播和转化有一定方向性。
4. 能源是指能为人类提供某种形式能量的物质资源。能源有不同的分类方法，各类
能源的储量和开发利用程度不同。
物理 九年级下册
66
本章复习题
1.“长征”系列运载火箭从点火到加速升
空的过程中，发生了哪些能量转化？
2.有人说我们现在开采的煤、石油、天然
气等化石能源，实际上都来源于太阳能，
这种观点正确吗？为什么？
3.食物可以提供人体所需的能量。从能量
守恒的角度说说，食物提供的化学能转化
成了哪些形式的能量？
4. 近年来，我国坚持在绿色转型中实现更
大发展。2013年至2022年，累计造林9.6
亿亩、森林抚育12.4亿亩，成为全世界森
林资源增长最多最快的国家，全球新增绿
化面积中约1
4 来自我国。同时能源结构持
续优化，煤炭在一次能源消费中的占比从
68.5%下降至56%。截至2022年，我国水
电、风电、太阳能发电、生物质发电装机
都位居世界第一，全国地级及以上城市空
气质量优良天数比例为86.5%，重污染天
数比例下降到1%以内，我国成为全球大
气质量改善速度最快的国家。由此分析，
2013年至2022年我国改善空气质量的主
要措施是什么？为了可持续发展，我们应
当如何推进能源领域的结构优化和调整？
5.我国对海洋温差发电技术的研究位居世
界前列，其工作原理如图所示。
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䲓譊5䑭∕䲔
（1）与燃煤发电相比，海洋温差发电的优
点是 _____________________（写出一条）。
（2）“低碳”是一种生活理念，也是一种
生活态度。请提出一条“低碳生活”的合
理化建议。
（3）“节能减排”是我们每个社会成员
应尽的责任和义务，请就如何做到“节
能”“减排”，简要提出两点建议。
5. 原子核裂变及聚变可以释放出巨大的核能，这是解决能源问题极富前景的一个
方向。
6. 人类对能源的利用经历了古代（燃木取火，畜力、水力的利用）、第一次工业革
命（以燃煤为主的蒸汽机、以燃油为主的内燃机）、第二次工业革命（电能）及现
代（多元能源结构）几个主要阶段。人类利用能源的历史，也就是人类的文明史。
第12章 我们的物质世界
67
人类生活在物质世界之中，自身就是物质世界的组成部分，环
境、资源、生态与人类生活息息相关。我们每一个人，都应该认识物
质世界。
在已经学习了力、热、声、光、电、磁等物理学内容的基础上，
我们可以以更高的视角、更宽的视野，认识周围的物质世界。
第12 章
我们的物质世界
◆ 宇宙演化
◆ 地球上的物质
◆ 智慧创造新物质
物理 九年级下册
68
仰望天空，茫茫星辰。自古以来，人们就不断提
出一个个关于宇宙的问题，天地是怎么创生的？在地
球之外的宇宙是怎样的？……
盘古开天地，女娲补天……先辈们凭着有限的
观察和丰富的想象，论天谈地，演绎出一个个美丽
的神话。
四方上下曰宇，往古来今曰宙。宇宙是空间
和时间的统称。千百年来，科学家们一直在探寻
宇宙是什么时候、如何形成的。20世纪中叶，物
理学家提出“宇宙大爆炸”学说，认为宇宙是由
大约138亿年前发生的一次大爆炸形成的。后来，
大爆炸理论得到“宇宙膨胀”“宇宙微波背景辐
射”“轻元素丰度”“大尺度结构和星系演化”等
天文观测结果的支持，成为最为广泛接受和支持
的宇宙诞生理论。大爆炸理论也面临着尚未解决
的难题，目前，科学家们还提出了一些其他宇宙
诞生的假设和理论。
宇宙的起源
图12-1-1 嗐嗻菗獅梮
1 宇宙演化
第12章 我们的物质世界
69
宇宙的演化
图12-1-2 嗐嗻菗皞僉
宇宙大爆炸的极早期，温度高达万亿摄氏度，
构成宇宙的物质是一些基本粒子。大爆炸形成的高
温宇宙，急速膨胀，温度迅速下降，大约在三分钟
内，宇宙温度就下降到十亿摄氏度，基本粒子结合
成质子和中子，进而结合成氢元素。在引力作用
下，它们慢慢凝结成不均匀分布的星云，进一步形
成恒星。
恒星演化是一个漫长复杂的过程，大质量恒
星演化会经历红巨星、超新星。演化过程中还会
出现超新星爆发（图12-1-3）、中子星合并（图
12-1-4）等惊心动魄的天文现象。在这些演化过程
中，氢、氦、锂等轻元素通过核融合形成更重的元
素。宇宙间数不清的恒星在一百多亿年中的复杂演
化，使宇宙空间布满各种轻重元素的星际物质。时
至今日，宇宙中恒星和星系的演化还在不断进行
着。当今，科学家用天文仪器观测，在浩瀚的天空
中不断地搜寻那些奇异的天体。
大爆炸
第一批恒星诞生
演化出星系和各种天体
WMAP卫星
宇宙膨胀
138亿年
物理 九年级下册
70
图12-1-3 㥌杝栦筕徠䲓廕㠧∕䲔
图12-1-4 髯啣栦閾媬䲓廕㠧∕䲔
欧洲航天局根据“普朗克”太空探测器传回
数据绘制的宇宙微波背景辐射图，精确反映了宇
宙诞生初期情形的全景（图12-1-1）。宇宙的空间
尺度为930亿光年（1 l.y.= 9.46×10
15 m），有千亿
个银河系那么庞大。
宇宙具有层级结构，每一层级可能包含若干
下一层级。地月系是最小的一层，这个层级质量
只占太阳系的0.000 3%；太阳系是第二层，总质
量约为2×10
30 kg；银河系是第三层，直径约10万
光年，质量约为1.5万亿个太阳。
其中，银河系在宇宙大爆炸后一百多亿年间
逐渐形成，肉眼看上去银河系繁星点点。银河系
宇宙的结构
图12-1-5 僰訠髯菗エ䃆犡ォ
第12章 我们的物质世界
71
图12-1-6 儅䈄軶╳䃆犡軶髯菗縛鎆
图12-1-7 儅䈄軶髯菗㐍栦
太阳是银河系中的一颗恒星，大约形成于50
亿年前，它位于距银河系中心2.4万~2.7万光年
的位置。太阳系包括太阳、8颗行星和近500颗卫
星，还有大量的小行星和一些矮行星、彗星。太阳
系内大部分的质量都集中于太阳，八大行星沿同一
方向围绕太阳公转，还有很多卫星围绕在行星或者
小天体周围。
金星
火星
水星
地球
木星
土星天王星
海王星
开普勒任务的搜寻空间
太阳
猎户臂
英仙臂
人马臂
3 000光年
内有类似太阳的几千亿颗恒星。宇宙中有像银河
系那样的千亿个星系。
天体的活动
查阅资料，了解宇宙结构和宇宙演化图像，寻找有特色的天体活动图
景，如中子星合并、超新星爆发等。
观 星
在晴朗夜空，借助手机软件观测星座、银河系，寻找北斗七星、火星
的位置。以“神奇的宇宙”为题写一篇小短文。
发展空间
家庭实验室
物理在线
物理 九年级下册
72
地球是人类的家园。四季变化，昼夜更替，几
十亿年来在地球上逐渐孕育出了生机勃勃、丰富多
彩的生命世界。地球也是人类已知的唯一孕育和拥
有生命的天体。
图12-2-1 䙒慔╳髯↙訠䇅諀
菗餎儃驤䄬儙㶛菗█纄穋箽
通过互联网查询并观看在中国空间站上拍摄的关于地球的视频。
活 动
2 地球上的物质
地球上的非生命物质
地球是由恒星演化产生的星际物质凝聚而成
的。科学家发现地球上存在的近百种基本化学元素
是宇宙中恒星演化的产物。地质工作者在勘探中发
现的丰富多彩的宝贵矿藏，是地球演化形成的物质。
图12-2-2 㶠坧蘪
（a）赤铁矿
（b）铜矿石
第12章 我们的物质世界
73
地球形成初期表面处于高温熔融状态，逐渐
冷却后形成坚硬的地壳。地壳的形成和变化是
高温高压下复杂的物理化学变化过程，形形色色
的矿物是地球中各种元素在物理化学作用下形成
的。此外，氧、氮、氢等元素还以单质和化合物
的气体状态存在于地球周围，构成了对生态的形
成和发展有重要意义的大气层。大气层中的氧气
是维持生命的气体。
图12-2-3 䌯㶠坧蘪
（a）天然钻石
（b）紫水晶晶体
并非所有星体都能孕育出生命。太阳是一颗
中等大小并正处于中年的恒星，恰好能为地球提
供适度的光和热。在太阳系中，地球（图12-2-4）
又恰好处于一个适中的位置。由于地球的公转和
地轴的倾斜，形成四季。地球本身大小适中，凝
聚大气，大气的组成比例得当，满足了生物对空
气的需要。地球的周围有相当强的磁场，可保护
地球上的生物免受太阳粒子流的伤害。地球还有
一个特别重要的优越条件—有极其丰沛的水，
地球表面七成以上为水所覆盖。水是生命所必需
的物质，江河湖海是孕育生命的温床。根据目前
地球的特殊环境
图12-2-4
鵟馟栦纄䲗啰隄
脠緲
物理 九年级下册
74
生命的起源和进化
大约38亿年前，地球的优越环境创生了单细
胞生物，从此开启了神奇漫长的生物演化史。生命
体是一个多层次结构、不可分割的复杂有机系统。
生命体的最基本特征是新陈代谢，必须保持与环境
形成一个复杂的有机整体。而非生命体（如金属、
玻璃、塑料等）可以任意分割且性质不变，可以与
环境长期保持相对独立。高等生物能感知环境，具
有根据外部信息自主调节系统的功能和安全保护意
识。大脑的发展使人类具有学习、思考、创造等强
大的智慧和复杂的意识与情感。脑的形成和发展是
生命演化史中最神奇的篇章。
生命的起源与进化是地球演化过程中的奇迹，
绘制出了一幅长达三十多亿年的历史画卷，而且这
幅美丽的画卷还在继续延伸。
生物包括植物、动物和微生物。植物和动物是
人类熟悉的伙伴；微生物曾经是陌生的，但一直伴
随在人类左右。随着现代科技的进步，尤其是显微
技术的不断发展，微生物逐渐进入我们的视野，那
是一个庞大的、与人类生存和生活息息相关的生物
世界。
的探测，在太阳系中，没有其他行星具备像地球
这样特殊的生态条件，为生命的形成和演化提供
适宜机会。
当今的地球物质系统是在地球自身的条件和
所处环境下通过漫长的历史演化形成的。地球上
物质演化的神奇一幕是碳、氢、氧、氮等轻元素
形成有机物，进一步形成生命物质。
第12章 我们的物质世界
75
1. 从地球运动的特点和接收的能量出发，谈谈地球的特殊环境是如
何形成的。
2. 为什么说能成为地球上的人是很幸运的？
发展空间
自我评价
家乡的矿产
在地球的演化过程中，不同的地区拥有了不同的矿藏。调查家乡的矿
产资源，了解其主要用途、经济价值、储量和开发情况。
走向社会
矿产资源
主要用途
经济价值
储量
开发情况
物理 九年级下册
76
宇宙和地球的演化形成了特殊的环境和物质条件，
促成了生物的起源。地球上的生命体从低级到高级不断
进化，最终拥有智慧和双手的人类出现了。人类通过劳
动和技术实现了自主的物质转化，这在人类文明发展中
具有重要意义。
火的使用、工具的出现，使人类可以更主动地利用
物质、转化物质。陶器制作是人类利用物理方法和化学
变化改变物质天然性质和形态的开端。
陶器制作（图12-3-2）是将陶土制作的坯胎经过高
温烧结，经历多种化学变化，制成坚硬的器皿，以满
足生产、生活的需要。陶器制作已有上万年历史，是
陶瓷技术
图12-3-1
亁娕菗梽徰╳
餅諨
图12-3-2 餷錯䉇鮪艷閣玗襫
3 智慧创造新物质
第12章 我们的物质世界
77
（a）新石器白陶壶
（a）输电线路陶瓷绝缘子
（b）陶瓷基复合材料发动机
（c）陶瓷金刚石砂轮
（b）唐代陶俑
（c）宋代瓷器
（d）清代瓷器
图12-3-3 髯↙訛銤䉇胅
图12-3-4 縁錯䉇胅菗嫙脩
人类最早用技术手段推动物质文明发展的伟大实
践。我国制瓷技术成熟于汉代，唐代瓷开始名扬
海外。陶瓷，尤其是瓷器，由于化学性质稳定，
能够进行空间结构和表面的艺术创造，很早就成
为宝贵的工艺品（图12-3-3）。瓷器展现了中华民
族的伟大智慧和创造，是古代“丝绸之路”向世
界各国传播中国文化的重要使者。
传统陶瓷常用作日用容器、工艺品以及普通
建筑材料。现代陶瓷是根据所需要的产品性能，
通过严格的成分和生产工艺控制而制造出来的功
能性材料，满足高温、高压、高强度、耐腐蚀的
需要，是现代材料科学发展最活跃的领域之一（图
12-3-4）。
1. 请找一找家中有哪些陶瓷制品，和同学分享交流。
2. 在网上查阅了解现代陶瓷技术及其应用。
调 查
物理 九年级下册
78
冶炼技术
图12-3-5 脠䂑├窧䂑祅磿
冶炼是利用高温、化学反应等
方法从金属矿物中提取金属的过
程，有了金属人们可以制成工具、
武器和各种形式的机械。冶炼是具
有划时代意义的创造，推动人类文
明进入了青铜器时代、铁器时代（图
12-3-5）。
18世纪至19世纪的蒸汽机技术引
发了第一次工业革命，推动了由钢铁
制造的机器的普遍使用。冶金与制造
是整个工业体系的基础（图12-3-6）。
（a）中国钢铁产量位居世界第一
（b）中国造船总量位居世界第一
图12-3-6 廳㶠鞲艷㯭桇↙嘼姩髂贛軶菗仹蚏
利用科技手段，可以实现各种物质转化，提炼
出金属、非金属，然后根据各种需要制作出耐高温
高压、高强度、耐超低温、耐腐蚀等各种各样高性
能的合成材料，满足航空、航天、化工、电子、精
密机床等各个领域的需要。材料科学是适应这些领
域需要的前沿科技（图12-3-7）。
现代材料技术
第12章 我们的物质世界
79
（a）石墨烯是目前发现的最薄的一种新型纳米
材料
（c）半导体材料主要用于集成电路、LED、光
伏发电等
（b）我国在铁基高温超导体基础研究上已经走
在世界前列
（d）智能材料是一种能感知、判断并适当处理外
部刺激且本身可执行一定操作的新型功能材料
图12-3-7 縁錯槶朶憢槇
（a）袁隆平培育优质高产杂交稻
（b）药物学家研发治病救人
的药物
（c）园艺专家培育漂亮的花
卉新品种
图12-3-8 脠篵憢槇
品种改良与创新是生物科技的重要研究方向。
传统的杂交技术、现代的基因技术正在培育出形形
色色的优良植物、动物和微生物品种（图12-3-8）。
但生物技术在造福人类社会的同时也可能带来安
全和伦理问题。
生物技术
物理 九年级下册
80
人类正在进入智能化时代。透过智慧城市和物
联网，呈现在我们面前的是通过人类的智慧，利用
大数据、云计算、智能化网络，把不同地区、不同
智能化物质系统的构建
图12-3-9 梽徰亁娕
智能电网 数据中心 智能楼宇 智慧园区 智慧交通 智能制造
查阅资料或向老一辈请教，我国的主要农作物水稻、小麦、玉米、棉花的
产量有哪些变化？变化的主要原因是什么？
调 查
物理学是自然科学和工程技术的基础。现代物
理学的进步有力地促进了生命科学的发展。量子力
学的发展促成量子生物学的兴起；X光衍射揭示了
DNA分子的双螺旋结构，开创了分子生物学，陆
续绘制出人类基因图谱和一些动植物基因图谱，使
世界进入基因时代。由物理学研究发展起来的脑电
波、心电图、X光、CT、脑磁图、核磁共振、超
声波、激光、红外成像等为生命科学研究和医学发
展提供了丰富的现代科技手段。
可以说，没有现代物理学就没有现代生命科学
和现代医学。
物理学的发展促进生命科学的研究
属性、不同功能的器物
组成的一个崭新的、智
能化的物质系统（图12-
3-9）。这是21世纪科学技
术的神奇创造，正是这
个超级的物质系统使人
类正在进入一个全新的
智能化时代。
第12章 我们的物质世界
81
人类文明史就是一部不断改造世界、创造世
界的历史。当今社会，人类正在不断发明新材料、
新物质，创造新的神奇、新的文明。科技是把双刃
剑，在创造人类文明的同时，也在不断地制造“废
物”，如不同步合理解决，就会对环境和生态造成
破坏，威胁人类的生存和安全。所以，必须树立科
学发展观，切忌盲目地、无度地向大自然索取。
人类只有一个地球。反观茫茫宇宙，地球环境
是在极其严苛的多种条件限制下形成的，我们应当
爱护地球、保护好人类共同的家园。
当前，全球新一轮科技革命正蓄势待发，我
国也在不断贡献中国智慧，为推动构建人类命运
共同体作出更大贡献。对于“新材料、新物质与
人类文明”，相信大家一定有许多想法。结合感兴
趣的前沿科技，让我们一起展望美好的未来。
展望未来
物理 九年级下册
82
我们爱上了物理学
新课结束了，小聪和小明有许多感触。他们一起跟爷爷分享物理学习
体会。
收获
小明：我们学习了力、热、声、光、电等一系列物理知识，认识到常见
的物质是由分子、原子构成的，很多物理现象都与构成物质的微观粒子的运动
状态相关，如热运动、物态变化、电现象、磁现象等。我们还学习了“宇宙演
化”，知道宇宙的复杂演化过程也是微观粒子的运动和相互作用的结果。
爷爷：你们能把宇观、宏观和微观联系起来，看来你们对“物理学是认识
世界的科学”有一定的理解了，你们可以谈谈对“物理学是改变世界的科学”
的理解吗？
图1 嘼嫼颕詐僉軶銤
小聪：物理就在身
边，从我们的家庭生活现
代化说起吧！电冰箱涉及
各种物态变化；空调也是
应用物态变化的原理工作
的；照相机和摄像机利用
了透镜成像的规律；彩色
电视机应用到三原色的知
识；电饭锅的原理不仅包
我们爱上了物理学
83
括欧姆定律、焦耳定律，还有传感技术；扫地机器人使用了电动机，应用了
压强的知识；手机利用电磁波来传输信息。物理学和技术发展给我们带来了
现代化生活。
小明：我们学习了“改变世界的机械”“改变世界的热机”等主题，把人
类对物理世界的探索和当今科技的发展联系起来，让我们看到了一幅物理改
变世界的壮丽画卷！还有“智能家居”“改变世界的信息技术”“能源与可持
续发展”等主题，以及高铁、新材料、航空航天、北斗系统、5G通信、人工
智能等我国当下的科技前沿进展，进一步帮助我们形成“物理学是改变世界
的科学”的观念。
爷爷：你们对物理学在技术创新中的强大作用有了较全面的认识。通过
近两年的物理学习，你们在物理思想、物理方法、科学态度和学习习惯上也有
收获吧？
小聪：通过学习，我们养成了观察、思考和质疑的习惯。碰到一些问题
会去查资料、找同学交流、向老师请教，总想把问题弄清楚。有时还会考虑
结论是否可靠，会想办法设计实验去验证一下。
小明：我觉得重要的是通过学习物理，对“科学探究”中“问题、证据、
解释、交流”等要素有了进一步认识，理解“科学探究”的基本思想和基本做
法。我已经学会从生活中的现象提出一些物理问题，并试着用学过的物理知识
去解释。
爷爷：你这是在经历提出问题和解决问题的过程，很好！
小聪：通过物理实验进行学习也很重要，从中可以学到许多物理思想、
物理方法和物理技术。如测量物理量要先有物理量的标准，所有测量都存在
误差，复杂的实验探究需要用控制变量的方法，对这些问题我们有了初步的
认识。
小明：通过学习，我还体会到持之以恒、实事求是的科学态度是很重
要的。法拉第坚持十年不懈努力，终于发现了电磁感应定律；焦耳为探究
做功与内能的转化关系，倾注了约四十年的热情。这种科学精神深深地震
撼了我们！
爷爷：看来你们的学习收获真不少，为你们高兴！
物理 九年级下册
84
回顾、反思、总结
小聪：学完了初中物理，后续的学习我们应注意哪些事情呢？
爷爷：学习如登山，一步步往上攀登时，总是一段一段地欣赏风景，只
有到达了顶峰再俯瞰，进行“回味”，才能形成整体认识。例如“运动和相互
作用”这个主题，你们在近两年的时间里，分别学习了力、热、声、光、电、
磁等多种运动和相互作用，这些不同的运动形式之间是相互联系且可以转变
的，如果我们从整个初中物理的角度进行系统的“回顾、反思、总结”，对这
个主题就会有更深刻的认识。这不是一般意义上的“复习”，是从整体上思
考，进行纵向、横向的联系比较，形成知识结构网络。
形成物理观念、学会物理思维、掌握科学探究、端正科学态度也是学习物
理的目的。例如，对“物质”的认识，不能局限于“质量与密度”“物态变化”
这些内容，必须把力、热、声、光、电等物质的各种运动联系起来，把物质世
界的变化、能量的转化、生命的进化和材料科学联系起来，才能建立科学的物
质观。
小聪：我懂了，要在学习各部分内容基础上形成整体认识，以全局视角进
行思考和总结。
爷爷：学好物理是比登山更复杂的过程，不但需要回头看，还需要重复
体验，才能深入理解，让我们的认识结构化；还要学会应用，会解释一些实
际现象，回答有关的实际问题，将知识变成能力。
从能力培养的角度来看，“回顾、反思、总结”能够全面培养深度阅读、
深入思考、自主反思、合理质疑、全面总结、联系实际、应用和创新的能力。
小聪：我们该怎么做呢？
爷爷：在扎实完成各部分基本内容学习的基础上，充分发挥自己的能力
进行回顾、反思和总结，我们会有更多收获。注意以下两点：
第一，充分认识到这一阶段学习的主体是你们自己。独立思考，不依赖老
师或书上现成的讲解，在反思、总结中提高，这样可以加强自己的学习能力。
第二，对初中物理进行归纳和总结，有两种模式可以选用。一种模式是
顺着教材的结构按“模块—主题”形成知识结构网络。借助思维导图等方式
形成一个简明的知识结构图，是有效的方法。另一种模式，按照物质、运动
我们爱上了物理学
85
和相互作用、能量、实验探究、跨学科实践五个主题进行整体反思和总结。
视角的变换，使你们可以突破教材的结构框架进行创造性的组织和整合，会
更好地帮助你们形成整体观念、科学思维和创新能力。
爷爷：从对脑的功能开发来说，“回顾、反思、总结”的过程不仅强化了
原有的神经元之间的局部连接，还能够增加不同脑区之间的神经网络连接，从
而扩大、增强整个神经网络结构和功能。
展望
小聪：我们感觉现在的知识还很不够，需要进一步学习物理，我们应该怎
样做呢？
爷爷：大家要保持以前学习物理的兴趣和热情。初中物理关注物理现象
较多，进一步学习物理需要在科学思维、探究能力、实践意识、科学态度等
方面得到有效提升。初中物理在许多地方已经做了铺垫，以帮助大家自然衔
接后续的学习。例如在八年级测量平均速度的实验中，当小车沿斜面滑下
时，小车做的是变速直线运动。你们还记得在实验中测算出的一系列平均速
度吧？
小明：记得！我们还画出了速度—时间图像，那是一段一段高度变化的
平行线段。
爷爷：这个图像对今后物理的学习很有用。观察图像，借助形象思维可
以引出“瞬时速度”。瞬
时速度是一个较难理解的
概念，理解了它，后续的
运动学就不难了！
小聪：那我们再把测
平均速度的实验和图像好
好研究一下！
爷爷：建议你们在假
期中安排一些丰富多彩的
人文和科技活动，可以参
图2 糴纏褘憢䕜
物理 九年级下册
86
观科技馆，观察科技展品中有哪些奇异现象，用学到的物理知识试着去解释，
还可以写下自己的理解和问题。假期还应该读一些书，了解科学家的故事，学
习科学家的思想品格、态度与责任，领会科学家精神。
小明、小聪：谢谢爷爷！
87
速度
惯性
匀速直线运动
变速直线运动
直线运动
牛顿第一定律
力
按效果
进行划分
按性质
进行划分
分
类
描
述
应
用
液体压强规律
阿基米德原理
压强与流速的关系
升力
浮力
压力
弹力
重力
摩擦力
曲线运动
规
律
描
述
二力平衡条件
力的作图法
力的三要素
力的合成
机
械
运
动
分
类
弹性势能
重力势能
势能
动能
能
量
机械能
…
…
…
…
运
算
时间
路程
初中物理知识结构图
初中物理知识结构图
附录
88
反射
介质
次声
人耳听到的声音
超声
响度
频率
音色
音调
振幅
噪声
乐音
传播
分类
要素
声
产生
声源
振动
按频率范
围划分
按振动是否
规则划分
凸透镜成像规律
光的折射规律
……
凹透镜
凸透镜
平面镜成像作图法
应用
平面镜成像规律
光的反射定律
漫反射
镜面反射
照相机
投影仪
望远镜
……
显微镜
放大镜
现象
声速
89
色光
白光
光
规律
分类
折射
在两种介质的交界处
在同种均匀介质中
光速
分类
传播
合成
色散
沿直线传播
规律
反射
规律
90
电荷
焦耳定律
电功
电能
伏安法测电阻
欧姆定律
电流
电阻
电压
并联电路
并联电路特点
串联电路特点
串联电路
电功率
发电机
电动机
磁场对电
流的作用
磁感线
电磁相互作用
磁场
描述
电磁感应
摩
擦
起
电
两
种
电
荷
永
磁
体
的
磁
场
电
流
的
磁
场
电
路
91
两种方式
遵循
物质
沸腾
做功
气态
具有
蒸发
分子
热值
热传递
比热容
温度
分子动理论
组成
状态
热学
性质
改变方式
液化（放出热量）
汽化（吸收热量）
分子间存在
相互作用
分子都在不
停地做无规
则运动
内能
凝华（放出热量）
升华（吸收热量）
凝固（放出热量）
熔化（吸收热量）
固态
液态
物理 九年级下册
92
* 括号内是该单位的中文简称。
常用物理量及其单位
常用物理量及其单位
物理量
单位
备注
名称
符号
名称
符号
能量（内能）
E
焦耳（焦）①
J
热值
q
焦耳每千克
J/kg
气体燃料也用J/m
3
热量
Q
焦耳（焦）
J
Q = mq
Q = cm（t-t0）
比热容
c
焦耳每千克
摄氏度
J/（kg·℃）
c =
Q
m（t-t0）
电压
U
伏特（伏）
V
1 kV = 1 000 V
电流
I
安培（安）
A
1 A = 1 000 mA
I = U
R
电阻
R
欧姆（欧）
Ω
R = U
I
电功
W
焦耳（焦）
千瓦小时（千瓦时）
J
kW·h
W = UIt
1 kW·h=3.6×10
6 J
电功率
P
瓦特（瓦）
W
P = UI
93
A
嗗獅脽蒓䲓safety voltage䲔
13
B
漿懛揟█鉳䲓protective earthing䲔
5
狵䅏䲓wavelength䲔
24
C
搮儙䲓plug䲔
4
搮嫴䲓socket䲔
4
㖪脽䲓electric shock䲔
13
D
脽蝫狵䲓electromagnetic wave䲔
22
H
欳脽諀䲓nuclear power plant䲔
56
欳崍嫙伋䲓nuclear reactor䲔
56
欳霘䲓nuclear energy䲔
55
J
仹諀䲓base station䲔
34
嘼脩脽鮪䲓domestic appliance䲔
3
閳獼䲓fusion䲔
58
L
䃎宩崍嫙䲓chain reaction䲔
56
㒅獼䲓fission䲔
56
N
霘㶞嗕嶲嗼岤
䲓law of conservation of energy䲔
47
霘疊䲓energy source䲔
52
W
篵閧鍝䲓Internet of Things䲗豋襈IoT䲔
35
X
蒘鉳䲓live䲔
4
講惻䲓signal䲔
32
講巘䲓information䲔
31
Y
燨詐槙䲓permanent machine䲔
48
Z
㣮啣䲓proton䲔
55
髯嵾鉳䲓neutral䲔
4
髯啣䲓neutron䲔
55
中英文索引
中英文索引
（名词后面的数字是它第一次出现的页码）
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：010-64989519，010-64981260
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 吴江滨
本册编者 莫永超 朱行建 刘岩华 罗国忠
吴新田 袁 丽 叶 耀
出 版 人 郑豪杰
责任编辑 吕文娟 刘 鑫
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 下册
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
九年级 下册
物理
批准文号：京发改规〔2016〕13号
价格举报电话：12315
