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广东教育出版社上海科学技术出版社绿色印刷产品批准文号粤发改价格2014343号举报电话12358定价6.11元责任编辑李敏怡陈洁辉责任技编杨启承美术编辑陈国梁义务教育教科书物理九年级下册华东地区初中物理教材编写组编著广东教育出版社出版上海科学技术出版社（广州市环市东路472号12-15楼）邮政编码510075网址广东新华发行集团股份有限公司发行广东新华印刷有限公司南海分公司印刷（广东省佛山市南海区盐步河东中心路）787毫米1092毫米16开本6.25印张125000字2013年7月第1版2019年10月第12次印刷ISBN978-7-5548-0373-8定价6.30元批准文号粤发改价格2017434号举报电话12358著作权所有请勿擅用本书制作各类出版物违者必究如有印装质量或内容质量问题，请与我社联系。质量监督电话020-87613102邮箱gjs-quality购书咨询电话020-877724383第十六章电磁铁与自动控制16.1从永磁体谈起................216.2奥斯特的发现................916.3探究电磁铁的磁性...........1316.4电磁继电器与自动控制.......17第十八章家庭电路与安全用电18.1家庭电路...................3818.2怎样用电才安全.............4218.3电能与社会发展.............48目录第十七章电动机与发电机17.1关于电动机转动的猜想.......2217.2探究电动机转动的原理.......2617.3发电机为什么能发电.........31142第二十章能源与能量守恒定律20.1能源和能源危机.............7020.2开发新能源.................7420.3能的转化与能量守恒.........8120.4能源、环境与可持续发展.....86你怎样学习学得怎样....92第十九章电磁波与信息时代19.1最快的“信使”.............5219.2广播电视与通信.............5819.3走进互联网.................65第十六章16.1从永磁体谈起16.2奥斯特的发现16.3探究电磁铁的磁性16.4电磁继电器与自动控制电磁铁与自动控制奥斯特的小磁针掀开电生磁的神秘面纱千年分离的电与磁拥抱着亲如一家偶然发现、瞬间顿悟蕴藏着科学家的睿智和艰辛科学的魅力激励着人们去攀登12信息浏览认识磁体从永磁体谈起16.1早在两千多年前，人类就发现了磁体。用磁体制作的指南针，是我国古代的四大发明之一，它曾为世界航海事业作出了很大的贡献。今天，磁体广泛应用于诸多领域，如电力设备、家用电器、医疗器械、信息及空间技术等，推动着社会的发展和进步。那么，什么是磁体它有哪些性质磁体是自然界中的一类物体，它具有吸引铁、钴、镍等物质的性质，这种性质叫做磁性。能够长期保存磁性的磁体叫做永磁体。磁体有天然磁体和人造磁体，图161中是几种常见的人造永磁体。试一试，用磁体能够吸引我们身边的哪些物品图16-1人造永磁体为了寻找宇宙中的反物质或暗物质，中国、俄罗斯、美国等十几个国家联合研制了“a磁谱仪”（图162），并于1998年用航天飞机发射到太空中。其核心部件是我国研制的永磁体，它是一个高为80cm、直径为120cm的圆柱体，质量达2t。图16-2组装中的a磁谱仪条形磁铁蹄形磁铁磁针3活动1请用图163所示的器材进行实验，并研究以下问题磁体各处的磁性是否一样哪里最强磁体有几个磁极磁极的指向有何特点磁极间的相互作用有什么规律你对磁体了解多少通过上述活动，你得出的结论是（1）磁体的磁性最强，叫做磁极，每一个磁体都有两个磁极。（2）悬挂着的磁体静止时，总是一端指南，一端指北；指南的一端是磁体的极，又叫做S极；另一端是极，又叫做N极。（3）磁极间相互作用的规律是同名磁极，异名磁极。图16-3实验器材条形磁铁铁屑细线大头针磁针锯条和钢尺信息浏览一块磁体，无论被分割得多么小，总存在南极和北极。1931年，英国物理学家狄拉克（P.A.M.Dirac，19021984）从理论上推测，存在着只有一个磁极的粒子磁单极子。但是，直到现在，寻找磁单极子的工作仍在进行中。人们发现，一些没有磁性的铁质物体，如铁钉、钢尺等，有时会变得有磁性。这是怎么回事呢下面，我们通过实验来进行研究。4图16-4磁化的方法实验表明，用人工的方法可以使物体获得磁性。在物理学中，把这种使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫做磁化（magnetization）。（2）物体的磁性既能获得，也会失去。不断敲击或放在火焰上加热已被磁化的铁钉，铁钉就会失去磁性，这个过程称为“去磁”。请你试一试。认识磁场（a）将磁铁的一极靠近或接触铁钉（b）将磁铁的一极在铁钉上沿同一方向反复摩擦为什么磁体间不需要直接接触，就能发生相互作用呢活动2探究“磁化”和“去磁”准备一块条形磁铁、两枚铁钉和一些铁屑。实验前，先用铁钉接触铁屑以证明铁钉无磁性。（1）请按照图164（a）、（b）所示的方法，分别用两枚铁钉试一试。5科学研究表明，磁体周围存在着一种看不见的物质，这种物质叫做磁场（magneticfield）。磁体间的相互作用和磁化现象都是通过磁场发生的。将小磁针放在条形磁铁周围，小磁针静止后会有不同的指向（图165），这是由于各处小磁针的磁极受到磁铁的磁场作用力方向不同。磁场是有方向的，人们把小磁针在磁场中静止时N极所指的方向，规定为这一点的磁场方向。磁场看不见，摸不着，怎样来描述它呢活动3用铁屑显示磁体周围的磁场分布在水平放置的磁体上放一块玻璃板，在玻璃板上均匀地撒一些铁屑，轻敲玻璃板，就可看到铁屑形成如图166所示的图形。图16-5条形磁铁周围小磁针的指向图16-6各种磁铁周围的铁屑分布铁屑为什么会形成这样的分布呢因为铁屑在磁场作用下被磁化成一个个小磁针。根据磁极间相互作用的规律，它们就在磁场中形成了如图所示的排列。仔细观察上面的图形，说明同名磁极和异名磁极周围的铁屑分布有什么不同。（a）条形磁铁周围的铁屑分布（b）蹄形磁铁周围的铁屑分布NNSSNN6金钥匙图16-7磁感线图16-8地磁场示意图地理北极地理南极地磁南极地磁北极描述磁场磁感线为了帮助人们想象磁场在空间的分布情况，科学家借用磁感线来形象地描绘磁场，磁感线是假想的物理模型，实际上并不存在。（a）条形磁铁的磁感线（b）蹄形磁铁的磁感线为什么指南针总是指向南北呢原来地球是一个巨大的天然磁体，地球周围的磁场叫做地磁场（geomagneticfield）。地磁场的磁感线分布如图168所示。地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极则在地理的北极附近。为了形象地表示磁场，我们仿照铁屑在磁场中的分布图形，画出一条条带有箭头的曲线，这样的曲线叫做磁感线（magneticinductionline），如图167所示。磁感线上各点的切线方向就是该点的磁场方向。用磁感线可以形象地表示磁场的方向和它的分布情况。磁体外面的磁感线是从它的N极出来，回到它的S极。如图167所示的是条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线。磁感线的疏密可以表示磁场的强弱。7人体磁图技术现代科学发现，生物体的生理活动也会产生磁场。例如，正常人的心脏跳动产生的心磁场约为1010T；脑的神经活动产生的脑磁场约为51013T。它们比地磁场（约为5105T）弱得多，需要用精密仪器才能测出。当生物体发生病变时，病变部位的磁场强弱会有所变化。医学上可利用这一点，通过人体磁图技术，绘制磁图（心磁图、脑磁图），对相应部位进行病理研究和疾病诊断。人体磁图技术跟人体电图（心电图、脑电图）技术相比，具有不需要与人体接触、测量信息量大、分辨率高等优点。图16-9脑磁仪和脑磁图STST（特斯拉）为表示磁场强弱的物理量磁感应强度的单位。信息浏览地磁的两极跟地理的两极并不重合，因而水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个交角，这个交角就是磁偏角。我国宋代学者沈括（10311095）是世界上最早注意到这一现象的人，比西方早了四百多年。但是，目前磁图技术应用的难度较大，人们正在积极努力，使磁图技术能尽快推广到医学临床诊断上。81一根条形磁铁，你能想出几种办法辨别它的南极和北极2以下关于磁场和磁感线的说法中，正确的是（）。A磁体周围存在着磁场B磁场中实际存在着磁感线C磁体周围，画有磁感线的地方有磁场，没有画磁感线的地方则没有磁场D磁感线上某一点的磁场方向是放在该点处的小磁针南极所指的方向3把一根钢条靠近磁针的一个磁极时，发现该磁极被排斥，则这根钢条（）。A一定具有磁性B一定没有磁性C可能有磁性，也可能没有磁性D条件不足，无法判断4信鸽（图1610）能从几百千米甚至2000km外的地方飞回自己的窝。有人做过实验，如果在信鸽的身上绑一小块磁体，那么它们就会迷失方向。这是什么原因呢你还知道哪些生物是利用地磁场帮助定向的5如图1611所示，两根条形磁铁同极相对放置，请画出两极之间磁感线分布的大致情况。6如图1612所示，磁体在日常生活中有着广泛的应用。请你再列举一些生活中应用磁体的事例。图16-10图16-12我们身边的磁体磁性起子小磁片冰箱门磁封扬声器磁钢文具盒磁封自我评价与作业（a）（b）图16-119历史上，曾有不少科学家认为电和磁之间是没有联系的，而丹麦物理学家奥斯特（H.C.Oersted，17771851）则认为电、热、光、磁之间是有联系的。他经过多年的实验研究，于1820年4月首先发现了电流的磁效应，打开了通向电与磁联系的大门。下面我们来做奥斯特做过的实验。奥斯特的发现16.2图16-13奥斯特和他的助手在做电流的磁效应实验电流的磁场活动1观察通电直导线周围的磁场把小磁针放在桌面上，将一根直导线平行架在小磁针的上方（图1614），然后把导线的两端接入电路中。闭合开关，导线中有电流通过时，磁针就会转到一个新的位置；断开开关，导线中无电流时，小磁针又回到原来的位置。再把接入电路的导线两端对调一下，观察小磁针的转向是否改变。在这个活动中，导线中有电流通过时，小磁针发生转动的现象说明了什么小磁针转动的方向跟电流的方向有关吗图16-14研究通电直导线周围的磁场导线10必做实验通电螺线管的磁场正是电流的磁场使磁针发生了偏转，而且磁场的方向跟电流的方向有关。奥斯特实验说明通电导体跟磁体一样，周围也存在着。活动2A.观察通电螺线管周围的铁屑分布在嵌有螺线管的有机玻璃板上均匀地撒上铁屑，给螺线管通电，并轻敲有机玻璃板，观察螺线管周围的铁屑分布情况（图1615）。实验表明，通电螺线管周围存在着磁场。你能说出通电螺线管外部的磁场分布与哪种磁体的磁场相似吗B.探究通电螺线管的极性与电流方向的关系用导线把如图1616所示的器材连接起来，在螺线管接入电路后，把小磁针放在螺线管两端，闭合开关，观察螺线管两端的小磁针的指向。然后，改变电流方向，记下螺线管中的电流方向和小磁针静止时N极的指向。请想一想通电螺线管的极性跟电流方向间有什么关系图16-15通电螺线管周围的铁屑我们把用导线在圆柱形空心筒上绕成的螺纹状线圈，叫做螺线管。这是一种重要的电磁器件。通电螺线管的磁场是怎样分布的它的极性与电流方向的关系是怎样的下面，我们通过实验来进行研究。探究通电螺线管外部磁场的方向11通电螺线管的极性跟电流方向间的关系，可以用右手螺旋定则（right-handedscrewrule）来判定。如图1617所示，用右手握住螺线管，让四指弯曲且跟螺线管中电流的方向一致，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。图16-17右手螺旋定则通过以上活动，你能得出什么结论通电螺线管外部的磁场与条形磁铁周围的磁场很，其磁场的极性与螺线管中的方向有关。应当注意，右手螺旋定则中所说的“电流的方向”，是指螺线管中“电流的环绕方向”，右手四指的弯曲方向应跟电流的环绕方向一致。右手SNII图16-16探究通电螺线管的极性12图16-202标出图1619中通电螺线管的电流方向。图16-19（a）（b）NSNS3如图1620所示，当开关闭合后，小磁针A、B静止在图示位置。请根据磁场方向标示出小磁针A、B的N极和S极。4关于通电螺线管磁场的方向，甲、乙、丙三位同学通过实验得出的结论分别是甲同学通电螺线管的极性跟电流从哪一端流入线圈有关。乙同学通电螺线管的极性跟导线的环绕方向有关。丙同学通电螺线管的极性跟电流的环绕方向有关。请你对这三位同学的说法作出评价。AB自我评价与作业图16-18（a）（b）1在图1618（a）、（b）中，标出通电螺线管的N极和S极。13探究电磁铁的磁性16.3图16-21上海浦东的磁浮列车图16-22电磁起重机活动1磁浮列车和电磁起重机都是利用电磁铁来工作的，那么，什么是电磁铁呢什么是电磁铁A.观察电磁铁的结构拆开电磁铁（图1623），观察它的结构，请把它的主要部件的名称写在下面方框中。图16-23实验室里常用的电磁铁认识电磁铁制作电磁铁线圈铁芯衔铁14活动2电磁铁磁性的强弱跟哪些因素有关探究影响电磁铁磁性强弱的因素通过制作简易电磁铁，我们已经发现电磁铁磁性的强弱与电流的大小有关，有些同学猜测还与线圈的匝数有关，于是设计出如图1626（a）、（b）所示实验表明，当通电螺线管内插入铁钉时，其磁性明显增强。因此，人们在利用通电螺线管的磁性时，通常都要把螺线管紧密地套在一个铁芯上，这样就构成了一个电磁铁（electromagnet）。由此可见，电磁铁是一个带有铁芯的螺线管，它由线圈和铁芯两部分组成。电磁铁通电时有磁性，断电时磁性消失。猜一猜，如果用竹筷插入螺线管内，其磁性有无变化不妨动手做一做。图16-24研究电磁铁磁性的实验器材图16-25探究电磁铁磁性的电路B.制作简易电磁铁，了解电磁铁的磁性在图1624中，选用合适的器材制作一个螺线管，并将它接入图1625所示的电路中。将铁钉插入螺线管内，接通电路，观察其磁性的变化情况。跟同学比一比，看谁做的电磁铁的磁性更强。用来绕制螺线管的塑料管粗细不同的大铁钉胶带漆包线大头针15综合你对电磁铁磁性的实验研究，把得到的实验数据填写在下表中。线圈匝数n匝电流IA吸起的大头针数目0.51.00.51.0注电流栏数字可按实验数据调整。（a）调节滑动变阻器，使电路中的电流变化，比较在电流较大和较小两种情况下，电磁铁所吸引的大头针数目（b）将两个匝数不同的电磁铁串联接入电路，通电时，比较它们所吸引的大头针数目图16-26实验探究影响电磁铁磁性强弱的因素通过对电磁铁的研究，可以得到什么结论通过电磁铁的电流越，电磁铁的磁性就越；当电流一定时，电磁铁线圈的匝数越，磁性就越。的实验电路来探究。你的想法如何请根据这些电路或你自己设计的电路，选择器材，连接电路，进行实验。电磁铁的应用电磁铁在生产、生活中的应用十分广泛。例如，我国上海浦东的磁浮列车，在它的地面轨道中就铺有电磁体，列车的底部也安装有电磁体，通过磁体之间的相互作用，使列车悬浮在轨道上方行驶，从而减少了列车运行的阻力，极大地提高了列车的运行速度。16图16-28贝尔电话的原理电话电话是由美国发明家贝尔（A.G.Bell，18471922）在1876年发明的，他是世界上第一个使用电话通信的人。磁带录音录音时，声波使话筒产生随声音变化的电流，电流经放大后通过录音磁头的线圈，使磁头与磁带的缝隙处产生随声音变化的磁场，从而在磁带上记录下声音的磁信号（图1629）。STS图16-29磁带录音的原理磁带磁头电磁铁薄铁片听筒膜片碳粒话筒图16-27电铃工作原理示意图电源开关电磁铁电铃电磁起重机中有一个巨大的电磁铁，通电后，电磁铁产生很强的磁性，能吸起成吨的钢材或铁矿石。此外，电铃、电话等也要用到电磁铁。试分析图1627中电铃的工作过程。你还能举出电磁铁其他方面的应用吗弹簧片171电磁铁是由铁芯和线圈两部分组成的。通电时，它具有磁性。断电时，它的磁性会发生怎样的变化2通过对电磁铁的实验研究，你认识到电磁铁磁性的强弱跟、和有关。3在如图1630所示的电路中，能使电磁铁磁性增强的是（）。A将滑片P向右移动B将滑片P向左移动C将开关S由触点2扳到触点1D将电源的正、负极对调4在探究电磁铁磁性与线圈匝数的关系时，实验中用了什么方法控制通过两个线圈的电流，使它们保持相同你能设计其他方法来探究吗把你的方案写出来。自我评价与作业请调查生产、生活中哪些地方用到电磁铁。课外活动工人师傅通过按钮，能轻松自如地操纵龙门吊、起重机等重型机械，机器人可以代替工人完成各种装配工作，这些机械、机器人中的重要控制部件就是电磁继电器（图1631）。电磁继电器与自动控制16.4图16-3018认识电磁继电器观察电磁继电器活动1如图1632所示，仔细观察电磁继电器，并对照其内部结构图，弄清它的主要部件及其作用，写在下面方框中。图16-31电磁继电器的应用图16-32电磁继电器（a）龙门吊（b）可代替工人完成装配工作的机器人电磁铁线圈引出线静触点静触点动触点复位弹簧衔铁（b）结构图（a）实物那么，什么是电磁继电器呢19学习使用电磁继电器活动2电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种装置。图1633是一种常见的控制系统，右侧为工作电路，左侧为控制电路。（1）连接控制电路。根据继电器标称的“线圈额定电压”，将电源、开关与线圈连接起来。闭合开关S1注意观察衔铁是如何动作的，A、B触点（常闭）及B、C触点（常开）的状态是如何转换的。断开开关S1，情况又怎样（2）连接工作电路。根据用电器（小灯泡）的额定电压，将电源、开关、小灯泡接入电路。闭合S2，观察S1断开和闭合时两灯的发光情况。用电磁继电器进行自动控制图16-33电磁继电器的控制电路和工作电路ABC绿灯红灯S2S1在生产和生活中，实际工作电路往往是高压电路，直接使用高压开关是很危险的。在一些危险性较高的场所，如爆破现场、X射线透视室等，都可用电磁继电器进行操作。电磁继电器还常用于自动化设备中。机器人各种各样的机器人对人们的生产、生活有很大的帮助。机器人一般由各种传感器、控制电路（电磁继电器电路）、伺服系统（工作电路）三部分组成。它能根据事先设计的程序或在操纵者的控制下，从事各种复杂或危险的工作（图1634）。STS201电磁继电器是由、、和等部件组成的。2在本节的学习中，你使用过电磁继电器吗你对电磁继电器在自动控制中的作用感兴趣吗3图1635是一种温度自动报警器的原理图。在汞温度计里封入一段金属丝，当温度达到金属丝下端所指示的温度时，报警灯亮，发出报警信号。试说明它的工作原理。图16-34各种机器人（b）可执行爆炸物处理、侦察及营救等任务的机器人（a）机器人足球赛图16-35自我评价与作业参观校内或校外的航模、船模活动室，也可通过研究自动控制玩具，了解电磁继电器在航模、船模、自动控制玩具中的应用。课外活动17.1关于电动机转动的猜想17.2探究电动机转动的原理17.3发电机为什么能发电第十七章电动机与发电机浪漫的诗人歌颂普罗米修斯他把火种偷到了人间从此有了光明有了温暖求实的科学家赞美法拉第他揭示了“磁生电”的奥秘从此人类社会迈进了电气时代2122让电动机转起来活动1电动机（elec-tricmotor）在生活和生产中的应用十分广泛，如图171所示。你还能说出哪些器具用到电动机比一比，看谁说得最多关于电动机转动的猜想参照图172（a）所示的电路，用导线把图172（b）中的电源、开关和模型电动机连接起来。闭合开关，看看电动机是否转动。若不转动，仔细查找原因或请求老师的帮助。17.1图17-2连接模型电动机图17-1电动机的应用了解电动机的结构MS（a）电路图（b）模型电动机、电源和开关电扇洗衣机电力机车玩具汽车数控机床23探究电动机的内部结构活动2图17-3电动机的主要部件要想知道电动机通电后为什么会转动，就要了解电动机的内部结构。让我们将电动机拆开，对它的内部结构作一探究。电动机的主要部件是___________和___________。电动机转动原因的猜想电动机内磁铁和线圈之间并无接触，但线圈通电就会转动，这说明磁铁的磁场对通电线圈一定有力的作用。对此，你有什么猜想请把你的猜想填写在下面电动机的转动，可能跟___________和___________有关。由于磁场对通电线圈产生力的作用，电动机才会转动起来。电动机电动机模型装有电磁铁的定子磁体嵌有线圈的转子线圈圆柱形的转子是由硅钢片叠成的，线圈就嵌在硅钢片的槽中。24对镶嵌在定子槽内比较复杂的通电线圈（电磁铁），可按照图175所示简化为蹄形磁铁。通过对电动机两个主要部件的简化后，就可以用线圈或单根直导线与蹄形磁铁来进行实验研究了。请你在课后设计一个“验证电动机转动原因的猜想”的实验方案，填写在下面的方框中。要验证上述猜想，需要对电动机的结构做合理简化。对镶嵌在转子槽内复杂的线圈，可按照图174所示进行简化。“简化”是科学探究中常用的一种方法。“简化”，指把影响事物发展与变化不大的因素次要因素忽略掉，而将影响事物发展与变化较大的因素主要因素抽取出来的做法。金钥匙图17-4电动机转子简化过程的示意图图17-5电动机定子简化过程的示意图电动机转子上的线圈组转子上的一组线圈一组线圈中的一个线圈一个线圈中的一段直导线251你对拆装电动机这项活动感兴趣吗在设计实验的活动中，是否遇到过什么问题你是怎样解决的谈谈你的体会。2电动机在生产和生活中的应用十分广泛。请调查一下你家中哪些物品使用了电动机。自我评价与作业课外活动制作一台简易电动机根据电动机的主要构造，请用如图176所示的器材，制作一台简易电动机。试一试（1）它能不能转动（2）改变线圈中电流的方向，转动情况有什么变化图17-6电池磁铁支架导线线圈26在上一节，通过拆开电动机的活动，不少同学猜想电动机的转动可能与磁场对电流的作用力有关。现在就来探究磁场是否对电流有作用力。探究磁场对电流的作用活动1探究电动机转动的原理17.2探究磁场对电流的作用请展示自己设计的实验方案，并跟图177所示的三个实验装置进行比较，再从中选择自己满意的实验装置，进行实验。1如果选定图177中（a）或（b）所示的实验装置进行实验，则（1）电路闭合时，蹄形磁铁中的金属棒AB是否动起来呢使金属棒AB动起来的原因是什么（2）如果将蹄形磁铁移开，通电金属棒AB还会动吗这个现象说明什么图17-7验证猜想的三种实验装置（a）（c）AAABBBCD（b）27你能用上述结论来说明通电线圈在磁场中是怎样运动的吗请试试看。开始时，线圈平面与磁感线平行，如图178（a）所示。接通电路后，绿色边和红色边的电流方向不同，其受力的方向相反，线圈便转动起来；当线圈转到如图178（b）所示的位置时，绿色边和红色边受到的力恰好在同一条直线上，且大小相等，方向相反，线圈来回摆动几次就停在该位置上了。线圈的这一位置叫做平衡位置，此时线圈的平面恰好与磁感线垂直。通过分析发现，通电线圈在磁场中转动到平衡位置时就会停下来，那么，怎样才能使通电线圈在磁场中持续地转动呢换向器的作用图17-8通电线圈在磁场中的运动（a）（b）通过上述实验，你能得出什么结论通电导体在磁场中会受到，力的方向跟方向和方向都有关系。当线圈由于惯性刚越过平衡位置时，如果立刻改变线圈中的电流方向，线圈就能够继续转动下去了。在电动机上能够完成这一任务的装置叫做换向器。（3）改变电流方向，金属棒AB的运动方向是否改变（4）保持电流方向不变，改变磁场方向，金属棒AB运动的方向是否改变2如果你选定了图177（c）所示的实验装置，怎样进行实验呢FFFF28电动机的工作原理通过活动我们知道，电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的。用直流电源供电的电动机叫做直流电动机。请参照图1710，仔细阅读图下的说明，了解电动机的工作原理。（a）线圈处于此位置时，电流从电刷4半环2线圈半环1电刷3。线圈的c边受到一个向上的力，a边受到一个向下的力，线圈沿逆时针方向转动（b）线圈转至平衡位置时，两电刷跟两个半环间的绝缘部分接触，线圈中无电流，不再受力的作用。由于惯性，线圈会越过平衡位置转动（c）线圈越过平衡位置后，电流从电刷半环1线圈半环2电刷3。线圈的c边受到一个向下的力，a边受到一个向上的力，线圈仍绕轴沿逆时针方向转动图17-10电动机的工作原理aaabbbcccddd111222333444探究换向器的作用活动2从发现原理到实际应用，往往要解决许多技术上的难题，换向器的发明就是一个很好的例证。仔细观察电动机的结构可以发现，在电动机电源的引入处有一个“小机关”，这就是换向器。最简单的换向器由两个彼此绝缘的金属半圆环组成，如图179所示。换向器的两个半圆环分别跟线圈的两端相连接，并通过电刷连接到电源的两极。当线圈刚越过平衡位置时，由于换向器的作用，改变了线圈中电流的方向，使线圈继续转动下去。图17-9电动机上的换向器换向器磁体线圈电刷29图17-11扬声器的结构示意图随声音变化的电流通过扬声器的线圈，线圈与纸盆都随之振动，就会使扬声器发声。变化的电流在磁场中受到的力是变化的，因此扬声器发出的声音也会变化。线圈纸盆不同功能的电动机STS电动机具有构造简单，造价低，效率高，在启动、停止和改变转动方向的控制与操作上均十分方便，且对环境几乎没有什么污染等许多优点。电动机可分为“直流”和“交流”两大类。直流电动机和交流电动机又可细分为很多种，这里仅介绍两种特殊的电动机，即步进电动机和直线电动机，它们的工作原理均涉及一系列不同的技术。但是，不论是步进电动机，还是直线电动机，它们的基本原理都是“磁场对电流的力的作用”。磁场对通电导体作用原理的应用十分广泛，如磁电式电流仪表和动圈式扬声器（喇叭），以及电动玩具和机器人等，都应用了这一原理。图1711所示的是动圈式扬声器的结构示意图。下面两位同学对扬声器的发声原理进行了解释，你有什么看法还有什么补充概括地说，直流电动机的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用使线圈转动，同时通过换向器及时改变线圈中的电流方向，以保持线圈的持续转动。30自我评价与作业1通电导体在磁场中受到的力的方向跟哪些因素有关2图1713是直流电动机的示意图，请在图上标出各部分的名称。3如果模型电动机接通电源后不能运转，请你分析其中的原因可能有哪些。通过本节课的学习，有同学提出这样的问题电动机的转速与哪些因素有关请你就此问题开展研究，写出包含以下内容的研究报告。（1）问题电动机的转速与哪些因素有关（2）猜想与假设。（3）实验方案画出实验装置示意图，说明实验的主要步骤。（4）进行实验，收集证据。（5）得出结论。课外活动步进电动机摄像机中的各种部件能灵活、精准地转动和移动，就是通过步进电动机来实现的。直线电动机直线电动机是一种能沿着金属轨道做直线运动的感应电动机，磁浮列车上用的就是直线电动机。图17-12电动机的应用（a）摄像机（b）磁浮列车图17-1331图17-14人类利用各种途径通过发电机来发电发电机为什么能发电17.3现代社会离不开电能。这些电能通常都是通过发电机（electricgenerator）产生的。发电机为什么能发电呢火力发电厂水力发电站风力发电场核电站认识发电机让我们自己来发电活动1仔细观察如图1715所示的手摇发电机。用导线把它与小灯泡、开关连接起来。试一试，怎样才能使小灯泡发光图17-15手摇发电机模型32必做实验探究电磁感应现象拆开发电机活动2为了探究发电机发电的奥秘，可采用类似研究电动机的办法。将发电机模型拆开，看一看它的内部结构。想一想发电机的主要部件有哪些探究电磁感应现象活动3通过上述活动，我们知道发电机跟电动机类似，主要部件也是两个线圈和磁体。让我们仿照对电动机的研究，对线圈和磁体都做些简化，用实验来探究发电机产生电流的条件。根据以上思路，同学们设计了如图1716（a）、（b）所示的两种实验装置。你选择哪种方案请在图1717中选择合适的器材，进行实验。如图1716（a）、（b）所示，将灵敏电流计跟线圈或单根导线连接起来，检测线圈或单根导线中是否有电流。（1）当单根导线或线圈的一边在磁场中静止不动时，仔细观察，灵敏电流计的指针会偏转吗（a）（b）图17-16探究电磁感应现象的实验装置（一）33（2）单根导线或线圈的一边在磁场中做怎样的运动时，灵敏电流计的指针才会偏转呢如果单根导线或线圈的一边平行于磁感线运动，灵敏电流计的指针会偏转吗（3）改变磁铁两极的位置（改变磁场的方向），或者使单根导线或线圈的一边反向运动，灵敏电流计的指针偏转方向是否改变分析上述实验结果，可以得出什么结论闭合电路的一部分导体在磁场里做磁感线的运动时，导体中就会产生电流。电流的方向与和有关。图17-18探究电磁感应现象的实验装置（二）图17-17探究电磁感应现象的实验器材单根导线线圈导线蹄形磁铁灵敏电流计发电机的工作原理电磁感应现象的发现，使人们找到了将机械能转化为电能的途径，进而发明了发电机。图1719所示的是模型发电机发电的示意图，你能用电磁感应现象来说明它的工作原理吗这就是电磁感应（electromagneticinduction）现象。电磁感应现象中所产生的电流，叫做感应电流（inductioncurrent）。有同学提出，能不能用线圈和条形磁铁做如图1718所示的实验请试一试。你还有什么问题请提出来。34实际发电机比模型发电机要复杂得多，但基本部件仍是磁体与线圈。它的磁体是转动的电磁铁，线圈嵌在由硅钢片制成的槽中，如图1720所示。当转子转动时，定子中的线圈便会切割磁感线而产生感应电流。发电机是由水轮机（图1721）、汽轮机（图1722）或内燃机等带动转子转动的，所产生的感应电流通常都是交变电流（交流电），且电压较高。图17-22汽轮机利用蒸汽流驱动发电机转子转动图17-20发电机的结构图17-21水轮机利用水流驱动发电机转子转动图17-19发电机的工作原理示意图（b）（a）（c）此图为三峡水电站中正在安装的大型水轮机叶片35经过长期研究，他于1831年发现了“电磁感应现象”，并用10天时间做了一系列试验，令人信服地解决了磁生电的问题。法拉第的发现，不仅揭开了电与磁之间内在联系的奥秘，而且使电能的大规模利用成为可能，为人类从“蒸汽时代”跨入“电气时代”作出了伟大的贡献。瑞士物理学家科拉顿也曾探究过如何让磁生电的问题。1825年的某天，年轻的科拉顿在实验室里做“磁生电”的实验探究。他设想将磁铁放在线圈中，线圈中可能会产生电流。为了避免磁铁对磁针的影响，他将磁针放到另外一个房间里，如图1725所示。实验时，他将磁铁插入线圈中，立刻跑到另一个房间观察小磁针的偏图17-25科拉顿进行实验的示意图信息浏览法拉第的伟大发现与科拉顿的“跑”失良机自从丹麦物理学家奥斯特于1820年发现“电流的磁效应”之后，科学家们从自然的“对称”原理出发，提出“既然电能生磁，那么，磁能否生电”这个问题。英国科学家法拉第曾在他的实验记录本上，如同座右铭一样记下了这个极有价值的问题。图17-241832年在法国制成的手摇发电机图17-23法拉第和他在1831年10月28日研制出的世界上第一台发电机36自我评价与作业1请你比较发电机和电动机的结构，看看它们的主要结构有什么相似之处。2换向器的发明对电机的发展有什么作用你对科技创新在社会发展中的作用有什么认识和体会3对产生感应电流的条件有下面四种说法，你认为正确的是（）。A只要导体在磁场中做切割磁感线的运动，就一定会产生感应电流B只要闭合导体的一部分在磁场中运动，就一定会产生感应电流C闭合导体的一部分在磁场中可以不动，只要磁场运动也可以产生感应电流D只要闭合导体的一部分在磁场中做切割磁感线的运动，就一定会产生感应电流1如图1726所示，卸下家用微型吊扇的插头后，将两根导线分别与灵敏电流计连接起来，用手转动风扇叶子。你看到了什么现象这说明什么问题2动圈式话筒（图1727）是一个应用电磁感应现象的实例。请到图书馆或从互联网上收集电磁感应现象在生产、生活中应用的其他事例。图17-26图17-27课外活动转情况，十分遗憾，他并未看到设想的结果。后来，有一位科学家幽默地说“倒霉的科拉顿跑失了良机”否则，发现电磁感应现象的殊荣，就要落在23岁的科拉顿头上了。从这个小故事中，你悟出了什么第十八章家庭电路与安全用电灯光下回旋着琅琅的读书声荧屏上变幻着精彩的画面空调使家园四季如春电使生活如此丰富多彩电伴随着我们走向更加辉煌的未来18.1家庭电路18.2怎样用电才安全18.3电能与社会发展3738了解家庭电路随着社会的进步和科学技术的发展，现代家庭的电气化水平也越来越高，懂得家庭用电的常识，已成为现代公民的基本素养。让我们先来了解家庭电路。家庭电路18.1图18-2家庭电路示意图请观察图181和图182，看看电能是怎样从户外的输电线路进入到家里的各个用电器的。图18-1家庭电路电能表闸刀开关熔断器开关开关两孔插座三孔插座火线零线地线灯泡灯泡进户线进户线39一般家庭电路有两根进户线，都是从低压输电线上引下来的。其中一根叫做零线，正常情况下，零线跟地相通，它跟地之间没有电压；另一根叫做火线，火线跟零线之间有220V的电压。为了安全起见，有些家用电器所用的三孔插座还加接了一根地线，即直接与大地相连通的导线，万一家用电器出现漏电，电流便从地线流入大地，从而避免发生触电事故。那么，怎样识别火线和零线呢空气开关新型的电路保险装置是附在总开关上的，通常叫做空气开关，又叫做自动空气断路器。图183所示的是家庭常用的一种空气开关。当电路发生短路、过载等异常情况时，空气开关就能自动切断电路。目前，它已替代闸刀开关和熔断器而得到广泛应用。信息浏览火线与零线用测电笔辨别火线与零线活动1为了安全、合理地安装和使用电器，常用测电笔（图184）来辨别火线和零线。图18-4测电笔的外形和内部结构图18-3空气开关金属体笔尾高值电阻高值电阻氖管金属体笔尖40在使用家用电器时，先要将电器的插头插入插座或接线板上，这样就可以接通电源了。例如，将台灯的插头插入插座，就是把灯泡接到火线和零线之间，闭合台灯的开关后，灯泡便发光了（图186）。家庭中常用的照明光源是白炽电灯，当电流通过灯丝时，灯丝温度高达2000以上，呈白炽状态，发出的光呈白色。白炽电灯图18-6将家用电器接入电源在老师的指导下，用测电笔试触教室内的插座，判断哪个插孔是接火线的。图18-5用测电笔辨别火线与零线（a）氖管发光，这是火线（b）氖管不发光，这是零线火线零线220V使用测电笔时，正确的握笔方法应如图185所示。通过看测电笔的氖管是否发光，即可辨别火线与零线。41节能灯荧光灯比白炽灯省电，它的发光效率约相当于白炽灯的5倍。荧光灯中的节能灯（图188）由于采用了发光效率更高的荧光粉和电子变频镇流器，使电能的利用率大大提高。一个11W节能灯的亮度相当于60W白炽灯的亮度，而它消耗的电能只有60W白炽灯的17。信息浏览分别准备一个装在灯头里的螺口灯泡和卡口灯泡（灯头里有接线以模拟火线、零线），卸下灯泡，旋开灯头后面的盖子，对照图187（a）、（b），仔细观察并讨论（1）这两种灯泡和灯头的构造有什么不同（2）这两种灯泡分别是怎样让电流通过灯丝的图18-7螺口灯泡和卡口灯泡保险扣保险扣螺旋套金属片金属柱螺旋锡块卡口锡块弹簧（a）螺口灯泡和灯头（b）卡口灯泡和灯头电流怎样通过灯泡活动2图18-8节能灯42防止过载随着生活水平的提高，家庭中使用的电器设备也越来越多，因此，用电安全是每个家庭都必须关注的问题。那么，怎样用电才安全呢过载是指电路中同时工作的用电器过多，导致线路总电流超过额定值的现象。过载容易引起导线、开关、插座
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