廣東教育出版社上海科學技術出版社綠色印刷產品批準文號：粵發改價格2014343號舉報電話：12358定價：6.11元責任編輯：李敏怡陳潔輝責任技編：楊啟承美術編輯：陳國梁義務教育教科書物理九年級下冊華東地區初中物理教材編寫組編著廣東教育出版社出版上海科學技術出版社（廣州市環市東路472號12-15樓）郵政編碼：510075網址：廣東新華發行集團股份有限公司發行廣東新華印刷有限公司南海分公司印刷（廣東省佛山市南海區鹽步河東中心路）787毫米1092毫米16開本6.25印張125000字2013年7月第1版2019年10月第12次印刷ISBN978-7-5548-0373-8定價：6.30元批準文號：粵發改價格2017434號舉報電話：12358著作權所有請勿擅用本書制作各類出版物違者必究如有印裝質量或內容質量問題，請與我社聯系。質量監督電話：020-87613102郵箱：gjs-quality購書咨詢電話：020-877724383第十六章電磁鐵與自動控制16.1從永磁體談起.216.2奧斯特的發現.916.3探究電磁鐵的磁性.1316.4電磁繼電器與自動控制.17第十八章家庭電路與安全用電18.1家庭電路.3818.2怎樣用電才安全.4218.3電能與社會發展.48目錄第十七章電動機與發電機17.1關于電動機轉動的猜想.2217.2探究電動機轉動的原理.2617.3發電機為什么能發電.31142第二十章能源與能量守恒定律20.1能源和能源危機.7020.2開發新能源.7420.3能的轉化與能量守恒.8120.4能源、環境與可持續發展.86你怎樣學習學得怎樣.92第十九章電磁波與信息時代19.1最快的“信使”.5219.2廣播電視與通信.5819.3走進互聯網.65第十六章16.1從永磁體談起16.2奧斯特的發現16.3探究電磁鐵的磁性16.4電磁繼電器與自動控制電磁鐵與自動控制奧斯特的小磁針掀開電生磁的神秘面紗千年分離的電與磁擁抱著親如一家偶然發現、瞬間頓悟蘊藏著科學家的睿智和艱辛科學的魅力激勵著人們去攀登12信息瀏覽認識磁體從永磁體談起16.1早在兩千多年前，人類就發現了磁體。用磁體制作的指南針，是我國古代的四大發明之一，它曾為世界航海事業作出了很大的貢獻。今天，磁體廣泛應用于諸多領域，如電力設備、家用電器、醫療器械、信息及空間技術等，推動著社會的發展和進步。那么，什么是磁體？它有哪些性質？磁體是自然界中的一類物體，它具有吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質，這種性質叫做磁性。能夠長期保存磁性的磁體叫做永磁體。磁體有天然磁體和人造磁體，圖161中是幾種常見的人造永磁體。試一試，用磁體能夠吸引我們身邊的哪些物品？圖16-1人造永磁體為了尋找宇宙中的反物質或暗物質，中國、俄羅斯、美國等十幾個國家聯合研制了“a磁譜儀”（圖162），并于1998年用航天飛機發射到太空中。其核心部件是我國研制的永磁體，它是一個高為80cm、直徑為120cm的圓柱體，質量達2t。圖16-2組裝中的a磁譜儀條形磁鐵蹄形磁鐵磁針3活動1請用圖163所示的器材進行實驗，并研究以下問題：磁體各處的磁性是否一樣？哪里最強？磁體有幾個磁極？磁極的指向有何特點？磁極間的相互作用有什么規律？你對磁體了解多少通過上述活動，你得出的結論是：（1）磁體的磁性最強，叫做磁極，每一個磁體都有兩個磁極。（2）懸掛著的磁體靜止時，總是一端指南，一端指北；指南的一端是磁體的極，又叫做S極；另一端是極，又叫做N極。（3）磁極間相互作用的規律是：同名磁極，異名磁極。圖16-3實驗器材條形磁鐵鐵屑細線大頭針磁針鋸條和鋼尺信息瀏覽一塊磁體，無論被分割得多么小，總存在南極和北極。1931年，英國物理學家狄拉克（P.A.M.Dirac，19021984）從理論上推測，存在著只有一個磁極的粒子磁單極子。但是，直到現在，尋找磁單極子的工作仍在進行中。人們發現，一些沒有磁性的鐵質物體，如鐵釘、鋼尺等，有時會變得有磁性。這是怎么回事呢？下面，我們通過實驗來進行研究。4圖16-4磁化的方法實驗表明，用人工的方法可以使物體獲得磁性。在物理學中，把這種使原來沒有磁性的物體獲得磁性的過程叫做磁化（magnetization）。（2）物體的磁性既能獲得，也會失去。不斷敲擊或放在火焰上加熱已被磁化的鐵釘，鐵釘就會失去磁性，這個過程稱為“去磁”。請你試一試。認識磁場（a）將磁鐵的一極靠近或接觸鐵釘（b）將磁鐵的一極在鐵釘上沿同一方向反復摩擦為什么磁體間不需要直接接觸，就能發生相互作用呢？活動2探究“磁化”和“去磁”準備一塊條形磁鐵、兩枚鐵釘和一些鐵屑。實驗前，先用鐵釘接觸鐵屑以證明鐵釘無磁性。（1）請按照圖164（a）、（b）所示的方法，分別用兩枚鐵釘試一試。5科學研究表明，磁體周圍存在著一種看不見的物質，這種物質叫做磁場（magneticfield）。磁體間的相互作用和磁化現象都是通過磁場發生的。將小磁針放在條形磁鐵周圍，小磁針靜止后會有不同的指向（圖165），這是由于各處小磁針的磁極受到磁鐵的磁場作用力方向不同。磁場是有方向的，人們把小磁針在磁場中靜止時N極所指的方向，規定為這一點的磁場方向。磁場看不見，摸不著，怎樣來描述它呢？活動3用鐵屑顯示磁體周圍的磁場分布在水平放置的磁體上放一塊玻璃板，在玻璃板上均勻地撒一些鐵屑，輕敲玻璃板，就可看到鐵屑形成如圖166所示的圖形。圖16-5條形磁鐵周圍小磁針的指向圖16-6各種磁鐵周圍的鐵屑分布鐵屑為什么會形成這樣的分布呢？因為鐵屑在磁場作用下被磁化成一個個小磁針。根據磁極間相互作用的規律，它們就在磁場中形成了如圖所示的排列。仔細觀察上面的圖形，說明同名磁極和異名磁極周圍的鐵屑分布有什么不同。（a）條形磁鐵周圍的鐵屑分布（b）蹄形磁鐵周圍的鐵屑分布NNSSNN6金鑰匙圖16-7磁感線圖16-8地磁場示意圖地理北極地理南極地磁南極地磁北極描述磁場磁感線為了幫助人們想象磁場在空間的分布情況，科學家借用磁感線來形象地描繪磁場，磁感線是假想的物理模型，實際上并不存在。（a）條形磁鐵的磁感線（b）蹄形磁鐵的磁感線為什么指南針總是指向南北呢？原來地球是一個巨大的天然磁體，地球周圍的磁場叫做地磁場（geomagneticfield）。地磁場的磁感線分布如圖168所示。地磁的北極在地理的南極附近，地磁的南極則在地理的北極附近。為了形象地表示磁場，我們仿照鐵屑在磁場中的分布圖形，畫出一條條帶有箭頭的曲線，這樣的曲線叫做磁感線（magneticinductionline），如圖167所示。磁感線上各點的切線方向就是該點的磁場方向。用磁感線可以形象地表示磁場的方向和它的分布情況。磁體外面的磁感線是從它的N極出來，回到它的S極。如圖167所示的是條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁感線。磁感線的疏密可以表示磁場的強弱。7人體磁圖技術現代科學發現，生物體的生理活動也會產生磁場。例如，正常人的心臟跳動產生的心磁場約為1010T；腦的神經活動產生的腦磁場約為51013T。它們比地磁場（約為5105T）弱得多，需要用精密儀器才能測出。當生物體發生病變時，病變部位的磁場強弱會有所變化。醫學上可利用這一點，通過人體磁圖技術，繪制磁圖（心磁圖、腦磁圖），對相應部位進行病理研究和疾病診斷。人體磁圖技術跟人體電圖（心電圖、腦電圖）技術相比，具有不需要與人體接觸、測量信息量大、分辨率高等優點。圖16-9腦磁儀和腦磁圖STST（特斯拉）為表示磁場強弱的物理量磁感應強度的單位。信息瀏覽地磁的兩極跟地理的兩極并不重合，因而水平放置的磁針的指向跟地理子午線之間有一個交角，這個交角就是磁偏角。我國宋代學者沈括（10311095）是世界上最早注意到這一現象的人，比西方早了四百多年。但是，目前磁圖技術應用的難度較大，人們正在積極努力，使磁圖技術能盡快推廣到醫學臨床診斷上。81一根條形磁鐵，你能想出幾種辦法辨別它的南極和北極？2以下關于磁場和磁感線的說法中，正確的是（）。A磁體周圍存在著磁場B磁場中實際存在著磁感線C磁體周圍，畫有磁感線的地方有磁場，沒有畫磁感線的地方則沒有磁場D磁感線上某一點的磁場方向是放在該點處的小磁針南極所指的方向3把一根鋼條靠近磁針的一個磁極時，發現該磁極被排斥，則這根鋼條（）。A一定具有磁性B一定沒有磁性C可能有磁性，也可能沒有磁性D條件不足，無法判斷4信鴿（圖1610）能從幾百千米甚至2000km外的地方飛回自己的窩。有人做過實驗，如果在信鴿的身上綁一小塊磁體，那么它們就會迷失方向。這是什么原因呢？你還知道哪些生物是利用地磁場幫助定向的？5如圖1611所示，兩根條形磁鐵同極相對放置，請畫出兩極之間磁感線分布的大致情況。6如圖1612所示，磁體在日常生活中有著廣泛的應用。請你再列舉一些生活中應用磁體的事例。圖16-10圖16-12我們身邊的磁體磁性起子小磁片冰箱門磁封揚聲器磁鋼文具盒磁封自我評價與作業（a）（b）圖16-119歷史上，曾有不少科學家認為電和磁之間是沒有聯系的，而丹麥物理學家奧斯特（H.C.Oersted，17771851）則認為電、熱、光、磁之間是有聯系的。他經過多年的實驗研究，于1820年4月首先發現了電流的磁效應，打開了通向電與磁聯系的大門。下面我們來做奧斯特做過的實驗。奧斯特的發現16.2圖16-13奧斯特和他的助手在做電流的磁效應實驗電流的磁場活動1觀察通電直導線周圍的磁場把小磁針放在桌面上，將一根直導線平行架在小磁針的上方（圖1614），然后把導線的兩端接入電路中。閉合開關，導線中有電流通過時，磁針就會轉到一個新的位置；斷開開關，導線中無電流時，小磁針又回到原來的位置。再把接入電路的導線兩端對調一下，觀察小磁針的轉向是否改變。在這個活動中，導線中有電流通過時，小磁針發生轉動的現象說明了什么？小磁針轉動的方向跟電流的方向有關嗎？圖16-14研究通電直導線周圍的磁場導線10必做實驗通電螺線管的磁場正是電流的磁場使磁針發生了偏轉，而且磁場的方向跟電流的方向有關。奧斯特實驗說明：通電導體跟磁體一樣，周圍也存在著。活動2A.觀察通電螺線管周圍的鐵屑分布在嵌有螺線管的有機玻璃板上均勻地撒上鐵屑，給螺線管通電，并輕敲有機玻璃板，觀察螺線管周圍的鐵屑分布情況（圖1615）。實驗表明，通電螺線管周圍存在著磁場。你能說出通電螺線管外部的磁場分布與哪種磁體的磁場相似嗎？B.探究通電螺線管的極性與電流方向的關系用導線把如圖1616所示的器材連接起來，在螺線管接入電路后，把小磁針放在螺線管兩端，閉合開關，觀察螺線管兩端的小磁針的指向。然后，改變電流方向，記下螺線管中的電流方向和小磁針靜止時N極的指向。請想一想：通電螺線管的極性跟電流方向間有什么關系？圖16-15通電螺線管周圍的鐵屑我們把用導線在圓柱形空心筒上繞成的螺紋狀線圈，叫做螺線管。這是一種重要的電磁器件。通電螺線管的磁場是怎樣分布的？它的極性與電流方向的關系是怎樣的？下面，我們通過實驗來進行研究。探究通電螺線管外部磁場的方向11通電螺線管的極性跟電流方向間的關系，可以用右手螺旋定則（right-handedscrewrule）來判定。如圖1617所示，用右手握住螺線管，讓四指彎曲且跟螺線管中電流的方向一致，則大拇指所指的那端就是螺線管的N極。圖16-17右手螺旋定則通過以上活動，你能得出什么結論？通電螺線管外部的磁場與條形磁鐵周圍的磁場很，其磁場的極性與螺線管中的方向有關。應當注意，右手螺旋定則中所說的“電流的方向”，是指螺線管中“電流的環繞方向”，右手四指的彎曲方向應跟電流的環繞方向一致。右手SNII圖16-16探究通電螺線管的極性12圖16-202標出圖1619中通電螺線管的電流方向。圖16-19（a）（b）NSNS3如圖1620所示，當開關閉合后，小磁針A、B靜止在圖示位置。請根據磁場方向標示出小磁針A、B的N極和S極。4關于通電螺線管磁場的方向，甲、乙、丙三位同學通過實驗得出的結論分別是：甲同學：通電螺線管的極性跟電流從哪一端流入線圈有關。乙同學：通電螺線管的極性跟導線的環繞方向有關。丙同學：通電螺線管的極性跟電流的環繞方向有關。請你對這三位同學的說法作出評價。AB自我評價與作業圖16-18（a）（b）1在圖1618（a）、（b）中，標出通電螺線管的N極和S極。13探究電磁鐵的磁性16.3圖16-21上海浦東的磁浮列車圖16-22電磁起重機活動1磁浮列車和電磁起重機都是利用電磁鐵來工作的，那么，什么是電磁鐵呢？什么是電磁鐵A.觀察電磁鐵的結構拆開電磁鐵（圖1623），觀察它的結構，請把它的主要部件的名稱寫在下面方框中。圖16-23實驗室里常用的電磁鐵認識電磁鐵制作電磁鐵線圈鐵芯銜鐵14活動2電磁鐵磁性的強弱跟哪些因素有關探究影響電磁鐵磁性強弱的因素通過制作簡易電磁鐵，我們已經發現電磁鐵磁性的強弱與電流的大小有關，有些同學猜測還與線圈的匝數有關，于是設計出如圖1626（a）、（b）所示實驗表明，當通電螺線管內插入鐵釘時，其磁性明顯增強。因此，人們在利用通電螺線管的磁性時，通常都要把螺線管緊密地套在一個鐵芯上，這樣就構成了一個電磁鐵（electromagnet）。由此可見，電磁鐵是一個帶有鐵芯的螺線管，它由線圈和鐵芯兩部分組成。電磁鐵通電時有磁性，斷電時磁性消失。猜一猜，如果用竹筷插入螺線管內，其磁性有無變化？不妨動手做一做。圖16-24研究電磁鐵磁性的實驗器材圖16-25探究電磁鐵磁性的電路B.制作簡易電磁鐵，了解電磁鐵的磁性在圖1624中，選用合適的器材制作一個螺線管，并將它接入圖1625所示的電路中。將鐵釘插入螺線管內，接通電路，觀察其磁性的變化情況。跟同學比一比，看誰做的電磁鐵的磁性更強。用來繞制螺線管的塑料管粗細不同的大鐵釘膠帶漆包線大頭針15綜合你對電磁鐵磁性的實驗研究，把得到的實驗數據填寫在下表中。線圈匝數n匝電流IA吸起的大頭針數目0.51.00.51.0注：電流欄數字可按實驗數據調整。（a）調節滑動變阻器，使電路中的電流變化，比較在電流較大和較小兩種情況下，電磁鐵所吸引的大頭針數目（b）將兩個匝數不同的電磁鐵串聯接入電路，通電時，比較它們所吸引的大頭針數目圖16-26實驗探究影響電磁鐵磁性強弱的因素通過對電磁鐵的研究，可以得到什么結論？通過電磁鐵的電流越，電磁鐵的磁性就越；當電流一定時，電磁鐵線圈的匝數越，磁性就越。的實驗電路來探究。你的想法如何？請根據這些電路或你自己設計的電路，選擇器材，連接電路，進行實驗。電磁鐵的應用電磁鐵在生產、生活中的應用十分廣泛。例如，我國上海浦東的磁浮列車，在它的地面軌道中就鋪有電磁體，列車的底部也安裝有電磁體，通過磁體之間的相互作用，使列車懸浮在軌道上方行駛，從而減少了列車運行的阻力，極大地提高了列車的運行速度。16圖16-28貝爾電話的原理電話電話是由美國發明家貝爾（A.G.Bell，18471922）在1876年發明的，他是世界上第一個使用電話通信的人。磁帶錄音錄音時，聲波使話筒產生隨聲音變化的電流，電流經放大后通過錄音磁頭的線圈，使磁頭與磁帶的縫隙處產生隨聲音變化的磁場，從而在磁帶上記錄下聲音的磁信號（圖1629）。STS圖16-29磁帶錄音的原理磁帶磁頭電磁鐵薄鐵片聽筒膜片碳粒話筒圖16-27電鈴工作原理示意圖電源開關電磁鐵電鈴電磁起重機中有一個巨大的電磁鐵，通電后，電磁鐵產生很強的磁性，能吸起成噸的鋼材或鐵礦石。此外，電鈴、電話等也要用到電磁鐵。試分析圖1627中電鈴的工作過程。你還能舉出電磁鐵其他方面的應用嗎？彈簧片171電磁鐵是由鐵芯和線圈兩部分組成的。通電時，它具有磁性。斷電時，它的磁性會發生怎樣的變化？2通過對電磁鐵的實驗研究，你認識到電磁鐵磁性的強弱跟、和有關。3在如圖1630所示的電路中，能使電磁鐵磁性增強的是（）。A將滑片P向右移動B將滑片P向左移動C將開關S由觸點2扳到觸點1D將電源的正、負極對調4在探究電磁鐵磁性與線圈匝數的關系時，實驗中用了什么方法控制通過兩個線圈的電流，使它們保持相同？你能設計其他方法來探究嗎？把你的方案寫出來。自我評價與作業請調查生產、生活中哪些地方用到電磁鐵。課外活動工人師傅通過按鈕，能輕松自如地操縱龍門吊、起重機等重型機械，機器人可以代替工人完成各種裝配工作，這些機械、機器人中的重要控制部件就是電磁繼電器（圖1631）。電磁繼電器與自動控制16.4圖16-3018認識電磁繼電器觀察電磁繼電器活動1如圖1632所示，仔細觀察電磁繼電器，并對照其內部結構圖，弄清它的主要部件及其作用，寫在下面方框中。圖16-31電磁繼電器的應用圖16-32電磁繼電器（a）龍門吊（b）可代替工人完成裝配工作的機器人電磁鐵線圈引出線靜觸點靜觸點動觸點復位彈簧銜鐵（b）結構圖（a）實物那么，什么是電磁繼電器呢？19學習使用電磁繼電器活動2電磁繼電器是利用電磁鐵來控制工作電路的一種裝置。圖1633是一種常見的控制系統，右側為工作電路，左側為控制電路。（1）連接控制電路。根據繼電器標稱的“線圈額定電壓”，將電源、開關與線圈連接起來。閉合開關S1注意觀察銜鐵是如何動作的，A、B觸點（常閉）及B、C觸點（常開）的狀態是如何轉換的。斷開開關S1，情況又怎樣？（2）連接工作電路。根據用電器（小燈泡）的額定電壓，將電源、開關、小燈泡接入電路。閉合S2，觀察S1斷開和閉合時兩燈的發光情況。用電磁繼電器進行自動控制圖16-33電磁繼電器的控制電路和工作電路ABC綠燈紅燈S2S1在生產和生活中，實際工作電路往往是高壓電路，直接使用高壓開關是很危險的。在一些危險性較高的場所，如爆破現場、X射線透視室等，都可用電磁繼電器進行操作。電磁繼電器還常用于自動化設備中。機器人各種各樣的機器人對人們的生產、生活有很大的幫助。機器人一般由各種傳感器、控制電路（電磁繼電器電路）、伺服系統（工作電路）三部分組成。它能根據事先設計的程序或在操縱者的控制下，從事各種復雜或危險的工作（圖1634）。STS201電磁繼電器是由、和等部件組成的。2在本節的學習中，你使用過電磁繼電器嗎？你對電磁繼電器在自動控制中的作用感興趣嗎？3圖1635是一種溫度自動報警器的原理圖。在汞溫度計里封入一段金屬絲，當溫度達到金屬絲下端所指示的溫度時，報警燈亮，發出報警信號。試說明它的工作原理。圖16-34各種機器人（b）可執行爆炸物處理、偵察及營救等任務的機器人（a）機器人足球賽圖16-35自我評價與作業參觀校內或校外的航模、船模活動室，也可通過研究自動控制玩具，了解電磁繼電器在航模、船模、自動控制玩具中的應用。課外活動17.1關于電動機轉動的猜想17.2探究電動機轉動的原理17.3發電機為什么能發電第十七章電動機與發電機浪漫的詩人歌頌普羅米修斯他把火種偷到了人間從此有了光明有了溫暖求實的科學家贊美法拉第他揭示了“磁生電”的奧秘從此人類社會邁進了電氣時代2122讓電動機轉起來活動1電動機（elec-tricmotor）在生活和生產中的應用十分廣泛，如圖171所示。你還能說出哪些器具用到電動機？比一比，看誰說得最多！關于電動機轉動的猜想參照圖172（a）所示的電路，用導線把圖172（b）中的電源、開關和模型電動機連接起來。閉合開關，看看電動機是否轉動。若不轉動，仔細查找原因或請求老師的幫助。17.1圖17-2連接模型電動機圖17-1電動機的應用了解電動機的結構MS（a）電路圖（b）模型電動機、電源和開關電扇洗衣機電力機車玩具汽車數控機床23探究電動機的內部結構活動2圖17-3電動機的主要部件要想知道電動機通電后為什么會轉動，就要了解電動機的內部結構。讓我們將電動機拆開，對它的內部結構作一探究。電動機的主要部件是___________和___________。電動機轉動原因的猜想電動機內磁鐵和線圈之間并無接觸，但線圈通電就會轉動，這說明磁鐵的磁場對通電線圈一定有力的作用。對此，你有什么猜想？請把你的猜想填寫在下面：電動機的轉動，可能跟___________和___________有關。由于磁場對通電線圈產生力的作用，電動機才會轉動起來。電動機電動機模型裝有電磁鐵的定子磁體嵌有線圈的轉子線圈圓柱形的轉子是由硅鋼片疊成的，線圈就嵌在硅鋼片的槽中。24對鑲嵌在定子槽內比較復雜的通電線圈（電磁鐵），可按照圖175所示簡化為蹄形磁鐵。通過對電動機兩個主要部件的簡化后，就可以用線圈或單根直導線與蹄形磁鐵來進行實驗研究了。請你在課后設計一個“驗證電動機轉動原因的猜想”的實驗方案，填寫在下面的方框中。要驗證上述猜想，需要對電動機的結構做合理簡化。對鑲嵌在轉子槽內復雜的線圈，可按照圖174所示進行簡化。“簡化”是科學探究中常用的一種方法。“簡化”，指把影響事物發展與變化不大的因素(次要因素)忽略掉，而將影響事物發展與變化較大的因素(主要因素)抽取出來的做法。金鑰匙圖17-4電動機轉子簡化過程的示意圖圖17-5電動機定子簡化過程的示意圖電動機轉子上的線圈組轉子上的一組線圈一組線圈中的一個線圈一個線圈中的一段直導線251你對拆裝電動機這項活動感興趣嗎？在設計實驗的活動中，是否遇到過什么問題？你是怎樣解決的？談談你的體會。2電動機在生產和生活中的應用十分廣泛。請調查一下你家中哪些物品使用了電動機。自我評價與作業課外活動制作一臺簡易電動機根據電動機的主要構造，請用如圖176所示的器材，制作一臺簡易電動機。試一試：（1）它能不能轉動？（2）改變線圈中電流的方向，轉動情況有什么變化？圖17-6電池磁鐵支架導線線圈26在上一節，通過拆開電動機的活動，不少同學猜想電動機的轉動可能與磁場對電流的作用力有關。現在就來探究磁場是否對電流有作用力。探究磁場對電流的作用活動1探究電動機轉動的原理17.2探究磁場對電流的作用請展示自己設計的實驗方案，并跟圖177所示的三個實驗裝置進行比較，再從中選擇自己滿意的實驗裝置，進行實驗。1如果選定圖177中（a）或（b）所示的實驗裝置進行實驗，則（1）電路閉合時，蹄形磁鐵中的金屬棒AB是否動起來呢？使金屬棒AB動起來的原因是什么？（2）如果將蹄形磁鐵移開，通電金屬棒AB還會動嗎？這個現象說明什么？圖17-7驗證猜想的三種實驗裝置（a）（c）AAABBBCD（b）27你能用上述結論來說明通電線圈在磁場中是怎樣運動的嗎？請試試看。開始時，線圈平面與磁感線平行，如圖178（a）所示。接通電路后，綠色邊和紅色邊的電流方向不同，其受力的方向相反，線圈便轉動起來；當線圈轉到如圖178（b）所示的位置時，綠色邊和紅色邊受到的力恰好在同一條直線上，且大小相等，方向相反，線圈來回擺動幾次就停在該位置上了。線圈的這一位置叫做平衡位置，此時線圈的平面恰好與磁感線垂直。通過分析發現，通電線圈在磁場中轉動到平衡位置時就會停下來，那么，怎樣才能使通電線圈在磁場中持續地轉動呢？換向器的作用圖17-8通電線圈在磁場中的運動（a）（b）通過上述實驗，你能得出什么結論？通電導體在磁場中會受到，力的方向跟方向和方向都有關系。當線圈由于慣性剛越過平衡位置時，如果立刻改變線圈中的電流方向，線圈就能夠繼續轉動下去了。在電動機上能夠完成這一任務的裝置叫做換向器。（3）改變電流方向，金屬棒AB的運動方向是否改變？（4）保持電流方向不變，改變磁場方向，金屬棒AB運動的方向是否改變？2如果你選定了圖177（c）所示的實驗裝置，怎樣進行實驗呢？FFFF28電動機的工作原理通過活動我們知道，電動機是根據通電線圈在磁場中受力轉動的原理制成的。用直流電源供電的電動機叫做直流電動機。請參照圖1710，仔細閱讀圖下的說明，了解電動機的工作原理。（a）線圈處于此位置時，電流從電刷4半環2線圈半環1電刷3。線圈的c邊受到一個向上的力，a邊受到一個向下的力，線圈沿逆時針方向轉動（b）線圈轉至平衡位置時，兩電刷跟兩個半環間的絕緣部分接觸，線圈中無電流，不再受力的作用。由于慣性，線圈會越過平衡位置轉動（c）線圈越過平衡位置后，電流從電刷半環1線圈半環2電刷3。線圈的c邊受到一個向下的力，a邊受到一個向上的力，線圈仍繞軸沿逆時針方向轉動圖17-10電動機的工作原理aaabbbcccddd111222333444探究換向器的作用活動2從發現原理到實際應用，往往要解決許多技術上的難題，換向器的發明就是一個很好的例證。仔細觀察電動機的結構可以發現，在電動機電源的引入處有一個“小機關”，這就是換向器。最簡單的換向器由兩個彼此絕緣的金屬半圓環組成，如圖179所示。換向器的兩個半圓環分別跟線圈的兩端相連接，并通過電刷連接到電源的兩極。當線圈剛越過平衡位置時，由于換向器的作用，改變了線圈中電流的方向，使線圈繼續轉動下去。圖17-9電動機上的換向器換向器磁體線圈電刷29圖17-11揚聲器的結構示意圖隨聲音變化的電流通過揚聲器的線圈，線圈與紙盆都隨之振動，就會使揚聲器發聲。變化的電流在磁場中受到的力是變化的，因此揚聲器發出的聲音也會變化。線圈紙盆不同功能的電動機STS電動機具有構造簡單，造價低，效率高，在啟動、停止和改變轉動方向的控制與操作上均十分方便，且對環境幾乎沒有什么污染等許多優點。電動機可分為“直流”和“交流”兩大類。直流電動機和交流電動機又可細分為很多種，這里僅介紹兩種特殊的電動機，即步進電動機和直線電動機，它們的工作原理均涉及一系列不同的技術。但是，不論是步進電動機，還是直線電動機，它們的基本原理都是“磁場對電流的力的作用”。磁場對通電導體作用原理的應用十分廣泛，如磁電式電流儀表和動圈式揚聲器（喇叭），以及電動玩具和機器人等，都應用了這一原理。圖1711所示的是動圈式揚聲器的結構示意圖。下面兩位同學對揚聲器的發聲原理進行了解釋，你有什么看法？還有什么補充？概括地說，直流電動機的工作原理是：通電導體在磁場中受到力的作用使線圈轉動，同時通過換向器及時改變線圈中的電流方向，以保持線圈的持續轉動。30自我評價與作業1通電導體在磁場中受到的力的方向跟哪些因素有關？2圖1713是直流電動機的示意圖，請在圖上標出各部分的名稱。3如果模型電動機接通電源后不能運轉，請你分析其中的原因可能有哪些。通過本節課的學習，有同學提出這樣的問題：電動機的轉速與哪些因素有關？請你就此問題開展研究，寫出包含以下內容的研究報告。（1）問題：電動機的轉速與哪些因素有關？（2）猜想與假設。（3）實驗方案：畫出實驗裝置示意圖，說明實驗的主要步驟。（4）進行實驗，收集證據。（5）得出結論。課外活動步進電動機攝像機中的各種部件能靈活、精準地轉動和移動，就是通過步進電動機來實現的。直線電動機直線電動機是一種能沿著金屬軌道做直線運動的感應電動機，磁浮列車上用的就是直線電動機。圖17-12電動機的應用（a）攝像機（b）磁浮列車圖17-1331圖17-14人類利用各種途徑通過發電機來發電發電機為什么能發電17.3現代社會離不開電能。這些電能通常都是通過發電機（electricgenerator）產生的。發電機為什么能發電呢？火力發電廠水力發電站風力發電場核電站認識發電機讓我們自己來發電活動1仔細觀察如圖1715所示的手搖發電機。用導線把它與小燈泡、開關連接起來。試一試，怎樣才能使小燈泡發光？圖17-15手搖發電機模型32必做實驗探究電磁感應現象拆開發電機活動2為了探究發電機發電的奧秘，可采用類似研究電動機的辦法。將發電機模型拆開，看一看它的內部結構。想一想：發電機的主要部件有哪些？探究電磁感應現象活動3通過上述活動，我們知道發電機跟電動機類似，主要部件也是兩個：線圈和磁體。讓我們仿照對電動機的研究，對線圈和磁體都做些簡化，用實驗來探究發電機產生電流的條件。根據以上思路，同學們設計了如圖1716（a）、（b）所示的兩種實驗裝置。你選擇哪種方案？請在圖1717中選擇合適的器材，進行實驗。如圖1716（a）、（b）所示，將靈敏電流計跟線圈或單根導線連接起來，檢測線圈或單根導線中是否有電流。（1）當單根導線或線圈的一邊在磁場中靜止不動時，仔細觀察，靈敏電流計的指針會偏轉嗎？（a）（b）圖17-16探究電磁感應現象的實驗裝置（一）33（2）單根導線或線圈的一邊在磁場中做怎樣的運動時，靈敏電流計的指針才會偏轉呢？如果單根導線或線圈的一邊平行于磁感線運動，靈敏電流計的指針會偏轉嗎？（3）改變磁鐵兩極的位置（改變磁場的方向），或者使單根導線或線圈的一邊反向運動，靈敏電流計的指針偏轉方向是否改變？分析上述實驗結果，可以得出什么結論？閉合電路的一部分導體在磁場里做磁感線的運動時，導體中就會產生電流。電流的方向與和有關。圖17-18探究電磁感應現象的實驗裝置（二）圖17-17探究電磁感應現象的實驗器材單根導線線圈導線蹄形磁鐵靈敏電流計發電機的工作原理電磁感應現象的發現，使人們找到了將機械能轉化為電能的途徑，進而發明了發電機。圖1719所示的是模型發電機發電的示意圖，你能用電磁感應現象來說明它的工作原理嗎？這就是電磁感應（electromagneticinduction）現象。電磁感應現象中所產生的電流，叫做感應電流（inductioncurrent）。有同學提出，能不能用線圈和條形磁鐵做如圖1718所示的實驗？請試一試。你還有什么問題？請提出來。34實際發電機比模型發電機要復雜得多，但基本部件仍是磁體與線圈。它的磁體是轉動的電磁鐵，線圈嵌在由硅鋼片制成的槽中，如圖1720所示。當轉子轉動時，定子中的線圈便會切割磁感線而產生感應電流。發電機是由水輪機（圖1721）、汽輪機（圖1722）或內燃機等帶動轉子轉動的，所產生的感應電流通常都是交變電流（交流電），且電壓較高。圖17-22汽輪機利用蒸汽流驅動發電機轉子轉動圖17-20發電機的結構圖17-21水輪機利用水流驅動發電機轉子轉動圖17-19發電機的工作原理示意圖（b）（a）（c）此圖為三峽水電站中正在安裝的大型水輪機葉片35經過長期研究，他于1831年發現了“電磁感應現象”，并用10天時間做了一系列試驗，令人信服地解決了磁生電的問題。法拉第的發現，不僅揭開了電與磁之間內在聯系的奧秘，而且使電能的大規模利用成為可能，為人類從“蒸汽時代”跨入“電氣時代”作出了偉大的貢獻。瑞士物理學家科拉頓也曾探究過如何讓磁生電的問題。1825年的某天，年輕的科拉頓在實驗室里做“磁生電”的實驗探究。他設想將磁鐵放在線圈中，線圈中可能會產生電流。為了避免磁鐵對磁針的影響，他將磁針放到另外一個房間里，如圖1725所示。實驗時，他將磁鐵插入線圈中，立刻跑到另一個房間觀察小磁針的偏圖17-25科拉頓進行實驗的示意圖信息瀏覽法拉第的偉大發現與科拉頓的“跑”失良機自從丹麥物理學家奧斯特于1820年發現“電流的磁效應”之后，科學家們從自然的“對稱”原理出發，提出“既然電能生磁，那么，磁能否生電”這個問題。英國科學家法拉第曾在他的實驗記錄本上，如同座右銘一樣記下了這個極有價值的問題。圖17-241832年在法國制成的手搖發電機圖17-23法拉第和他在1831年10月28日研制出的世界上第一臺發電機36自我評價與作業1請你比較發電機和電動機的結構，看看它們的主要結構有什么相似之處。2換向器的發明對電機的發展有什么作用？你對科技創新在社會發展中的作用有什么認識和體會？3對產生感應電流的條件有下面四種說法，你認為正確的是（）。A只要導體在磁場中做切割磁感線的運動，就一定會產生感應電流B只要閉合導體的一部分在磁場中運動，就一定會產生感應電流C閉合導體的一部分在磁場中可以不動，只要磁場運動也可以產生感應電流D只要閉合導體的一部分在磁場中做切割磁感線的運動，就一定會產生感應電流1如圖1726所示，卸下家用微型吊扇的插頭后，將兩根導線分別與靈敏電流計連接起來，用手轉動風扇葉子。你看到了什么現象？這說明什么問題？2動圈式話筒（圖1727）是一個應用電磁感應現象的實例。請到圖書館或從互聯網上收集電磁感應現象在生產、生活中應用的其他事例。圖17-26圖17-27課外活動轉情況，十分遺憾，他并未看到設想的結果。后來，有一位科學家幽默地說：“倒霉的科拉頓跑失了良機！”否則，發現電磁感應現象的殊榮，就要落在23歲的科拉頓頭上了。從這個小故事中，你悟出了什么？第十八章家庭電路與安全用電燈光下回旋著瑯瑯的讀書聲熒屏上變幻著精彩的畫面空調使家園四季如春電使生活如此豐富多彩電伴隨著我們走向更加輝煌的未來18.1家庭電路18.2怎樣用電才安全18.3電能與社會發展3738了解家庭電路隨著社會的進步和科學技術的發展，現代家庭的電氣化水平也越來越高，懂得家庭用電的常識，已成為現代公民的基本素養。讓我們先來了解家庭電路。家庭電路18.1圖18-2家庭電路示意圖請觀察圖181和圖182，看看電能是怎樣從戶外的輸電線路進入到家里的各個用電器的。圖18-1家庭電路電能表閘刀開關熔斷器開關開關兩孔插座三孔插座火線零線地線燈泡燈泡進戶線進戶線39一般家庭電路有兩根進戶線，都是從低壓輸電線上引下來的。其中一根叫做零線，正常情況下，零線跟地相通，它跟地之間沒有電壓；另一根叫做火線，火線跟零線之間有220V的電壓。為了安全起見，有些家用電器所用的三孔插座還加接了一根地線，即直接與大地相連通的導線，萬一家用電器出現漏電，電流便從地線流入大地，從而避免發生觸電事故。那么，怎樣識別火線和零線呢？空氣開關新型的電路保險裝置是附在總開關上的，通常叫做空氣開關，又叫做自動空氣斷路器。圖183所示的是家庭常用的一種空氣開關。當電路發生短路、過載等異常情況時，空氣開關就能自動切斷電路。目前，它已替代閘刀開關和熔斷器而得到廣泛應用。信息瀏覽火線與零線用測電筆辨別火線與零線活動1為了安全、合理地安裝和使用電器，常用測電筆（圖184）來辨別火線和零線。圖18-4測電筆的外形和內部結構圖18-3空氣開關金屬體筆尾高值電阻高值電阻氖管金屬體筆尖40在使用家用電器時，先要將電器的插頭插入插座或接線板上，這樣就可以接通電源了。例如，將臺燈的插頭插入插座，就是把燈泡接到火線和零線之間，閉合臺燈的開關后，燈泡便發光了（圖186）。家庭中常用的照明光源是白熾電燈，當電流通過燈絲時，燈絲溫度高達2000以上，呈白熾狀態，發出的光呈白色。白熾電燈圖18-6將家用電器接入電源在老師的指導下，用測電筆試觸教室內的插座，判斷哪個插孔是接火線的。圖18-5用測電筆辨別火線與零線（a）氖管發光，這是火線（b）氖管不發光，這是零線火線零線220V使用測電筆時，正確的握筆方法應如圖185所示。通過看測電筆的氖管是否發光，即可辨別火線與零線。41節能燈熒光燈比白熾燈省電，它的發光效率約相當于白熾燈的5倍。熒光燈中的節能燈（圖188）由于采用了發光效率更高的熒光粉和電子變頻鎮流器，使電能的利用率大大提高。一個11W節能燈的亮度相當于60W白熾燈的亮度，而它消耗的電能只有60W白熾燈的17%。信息瀏覽分別準備一個裝在燈頭里的螺口燈泡和卡口燈泡（燈頭里有接線以模擬火線、零線），卸下燈泡，旋開燈頭后面的蓋子，對照圖187（a）、（b），仔細觀察并討論：（1）這兩種燈泡和燈頭的構造有什么不同？（2）這兩種燈泡分別是怎樣讓電流通過燈絲的？圖18-7螺口燈泡和卡口燈泡保險扣保險扣螺旋套金屬片金屬柱螺旋錫塊卡口錫塊彈簧（a）螺口燈泡和燈頭（b）卡口燈泡和燈頭電流怎樣通過燈泡活動2圖18-8節能燈42防止過載隨著生活水平的提高，家庭中使用的電器設備也越來越多，因此，用電安全是每個家庭都必須關注的問題。那么，怎樣用電才安全呢？過載是指電路中同時工作的用電器過多，導致線路總電流超過額定值的現象。過載容易引起導線、開關、插座