第 1 章  电与磁

第 1 节 指南针为什么能指方向 ···

第 2 节 电生磁 ···

第 3 节 电磁铁的应用 ···

第 4 节 电动机 ···

第 5 节 磁生电 ···

第 6 节 家庭用电 ···

第 7 节 电的安全使用 ···

第 2 章  粒子的模型与符号

第 1 节 模型、符号的建立与作用 ···

第 2 节 物质的微观粒子模型 ···

第 3 节 原子结构的模型 ···

第 4 节 组成物质的元素 ···

第 5 节 表示元素的符号 ···

第 6 节 表示物质的符号 ···

第 7 节 元素符号表示的量 ···

第 3 章  空气与生命

第 1 节 空气与氧气 ···

第 2 节 氧化和燃烧 ···

第 3 节 化学方程式 ···

第 4 节 二氧化碳 ···

2 7 11 16 20 27 32

38 40 43 50 54 58 64

71

81

88

95

第 7 节 自然界中的氧循环和碳循环 ···

第 8 节 空气污染与保护 ···

第 4 章  植物与土壤

第 1 节 土壤的成分 ···

第 2 节 各种各样的土壤 ···

第 3 节 植物的根与物质吸收 ···

第 4 节 植物的茎与物质运输 ···

第 5 节 植物的叶与蒸腾作用 ···

第 6 节 保护土壤 ···

研究性学习课题

一　设计简单的电磁控制电路 ···

二　化学反应中质量守恒的研究 ···

三　研究植物的呼吸目标 ···

四　当地水土状况调查 ···

附录  1  常用法定计量单位 ···

附录  2  部分酸、碱和盐的溶解性表（20℃） ····

附录  3  相对原子质量表 ···

115 120

129

161 134 138 144 150 155

161 161 162

164

166

167

我 们利用磁卡存钱、购物、乘车，利用移动硬盘 储存成千上万部电子书籍，利用移动电话与远方的朋友 面对面地交谈……电与磁技术正改变着我们的生活。

磁体是怎样记录信息的？移动电话是怎样传递声音和 图像的？发电机是怎样发电的？

第 1 章

电  与  磁

指南针为什么能指方向 第 1 节

早在 2000 多年前，我们的祖先就发现了能够吸引 铁的天然磁铁矿石，利用这种磁铁矿石，可以制成指 南针（compass）。那么，指南针为什么能指方向呢？

磁体和磁极

指南针是用磁针制成的，磁针就是一个磁体。现 在人们可以制成各种各样的磁体。你知道磁体具有哪 些共同的性质吗？

我们知道磁体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质，

这种性质叫做磁性。磁体上磁性最强的部位叫做磁极，

如 1-3 图所示，在条形磁体的两端吸引铁屑最多，条形 磁体的两端就是它的两个磁极。如果磁体能够自由转 动，如用小针尖支撑的小磁针，静止时总是指向南北方 向，如图 1-4 所示。因此把磁体指北的那个磁极叫北 极（north pole），又叫 N 极，指南的那个磁极叫南极

（south pole），又叫 S 极。任何磁体都 有两个磁极。

图1-1  指南针

图1-2  多种形状的磁体

如图 1-5 所示，把两 块条形磁体用细线悬挂起 来，并彼此靠近时，将会 发生什么现象？

活动

图1-3  磁体的磁极

图1-5  磁极间相互作用

两块条形磁体彼此之间会产生吸引的力或排斥的力，这种吸引或排斥 的力就是磁力。磁体间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相 互吸引。

图1-4  小磁针

与磁

如果磁体被分割成两段或几段后，每一段磁体上是否仍然都有 N 极 和 S 极？

思考与讨论

磁  化

磁铁矿石存在于自然界中，但我们日常所用的磁体一 般都是人造出来的。其具体的方法就是通过磁化来实现的。

如图 1-6，在铁屑盒上方适当位置固定一根铁棒，观 察能否把铁屑吸引上来。____________________。将一根 条形磁铁从上方靠近铁棒，观察铁棒能否把铁屑吸引上 来：____________________。如果把条形磁体拿开，观察 到的现象是：____________________。

活动

磁铁

铁棒

铁屑

图1-6  铁棒的磁化

当条形磁体靠近 铁棒时，铁棒就具有 吸引铁屑的能力，说 明磁体使铁棒获得了 磁性。这种使原来没 有磁性的物体得到磁 性的过程叫做磁化。

在实验中发现，当磁体拿开后，铁棒的磁性立刻消失了，说明这种方 法不能使铁棒具有永久磁性。如果用磁体在钢棒上沿同一方向摩擦几次，

如图 1-7 所示，钢棒的磁性则能较长久地保持。人造永磁体就是根据这一 原理制成的。

磁场和磁感线

你是否注意到，当磁体在小磁针附近移动时，小磁针会转动起来。原 来，磁体的周围存在着磁场（magnetic field）。磁场虽然看不见，但可以通 过与其他物质的相互作用来认识它。处在磁场中的小磁针，会受到磁力的 作用而改变指向。其他磁体放入磁场中，也会受到磁力的作用。

图1-7  钢棒的磁性能长久保持 图1-8  几种人造永磁体

磁场有方向，科学上把小磁针静 止时北极所指的方向规定为其所处点 的磁场方向。在磁体周围的不同位置，

磁场方向不同。如图 1-9 所示，小磁 针的北极方向显示了各个点的磁场方 向。

图1-9  磁体周围的磁场分布

在有机玻璃板上均匀地撒上细铁屑，分别放在条形磁体和蹄形磁体上，

轻敲玻璃板，观察细铁屑的分布情况。

磁体周围细铁屑的排列可以形象地显示出各点的磁场分布，如图 1-10 和 1-11 所示。

活动

图1-10  条形磁铁的磁场 图1-11  蹄形磁铁的磁场

为了形象地描述磁体周围的磁场 分布，英国物理学家法拉第（Michael Faraday， 1791 ~ 1867 年）引入了磁感 线（magnetic induction line）模型。磁感 线是仿照铁屑的排列情况，画出的一 些带箭头的曲线。图 1-12 和 1-13 是用 磁感线描述的条形磁体和蹄形磁体的 磁场图示。

磁感线上的箭头表示的方向，即 是磁场方向。磁体周围的磁感线总是 从磁体的北极出来，回到磁体的南极。

磁感线密的地方磁场强，疏的地方磁 场弱。

图1-12  条形磁铁磁场的磁感线

图1-13  蹄形磁铁磁场的磁感线

N S

N

S

与磁

地  磁  场

能够自由转动的小磁针静止时为什么总是有一极指向北方？我们可以 这样推断：

小磁针总是 有一极指向 北方

这磁场可能 来自于地球 自身

地球表面一 定有指向北 方的磁场

地球是一个 磁体

地球确实是个大磁体。地球产生的磁 场叫地磁场（geomagnetic field），地磁场的 分布如图 1-14 所示。目前，地磁场的起源 问题仍让科学家感到困惑。科学家们提出 了一些不同的假设，如有的科学家认为由 地核中熔化了的金属（铁和镍）的环流产生 了地球的磁性，但现在尚无法验证。

地理 北极 地磁 南极

图1-14  地磁场

地磁场方向的改变

历史上地磁场方向的改变情况在含有铁质的岩石上留下了记录。海底 的岩石是地壳下面的熔岩从海底裂缝中喷出时形成的，在熔岩冷却过程中，

熔岩中的铁磁性物质就会沿着当时地球磁场的方向发生磁化，留下了当时地 磁场方向的永久记录。由于海底的扩张，远离裂缝的岩石比裂缝附近的岩石 更为古老。科学家在研究海底 的岩石时惊奇地发现，不同时期 岩石中的磁化方向是不同的。据 此，科学家断言，地球的磁场 会随时间呈现周期性地变换方 向，如图 1-15所示。

地 磁 场为什么会改变方 向？人们至今还不知道其中的原因。有的科学家提出了一种假设：地核中熔 融物质的运动状态的改变，也许是引起地磁场变化的原因。

᫝ឳ

图1-15  地球磁场方向留下的记录 大洋中脊

海洋地壳 熔岩 地幔

宇宙中的许多天体具有磁场，且也在变化之中。例如，太阳表面的黑 子、耀斑和太阳风等活动都与太阳的磁场有关。

从图 1-14 中指南针的指向，你是如何理解地理北极就是地磁南极的 ?

思考与讨论

生物体与磁场 许多动物自身具有识别地磁场的能 力。白蚁、蜜蜂、鸽子、鲸、海龟、海 豚等体内都含有磁性物质。这些磁性 物质给这些动物装上了一种内在的指南 针，来帮助它们认路。例如，通过对鸽 子的解剖发现，其头颅里存在着铁磁 细粒（磁性细胞），正是这些磁性细胞 起到了“指南针”的导航作用。有人做 过实验，将一块小磁体绑在鸽子的翼 下，发现鸽子会迷失方向。人们还观 察到在无线电发射台附近，鸽子同样辨

不清方向。人们还在海豚体内找到磁性物质——微小的磁铁石，在蜜蜂的 腹腔里也同样发现了磁铁颗粒。

外界的“磁环境”对生物的生命活动有一定的影响。磁场能促进动物 生长，延长寿命，并影响植物的生长发育、气体的交换和吸收矿物质的能 力，以及影响细胞中物质（如细胞质）的运动。例如，在强磁场中蝌蚪的寿 命延长几天；地磁异常地区的秋播小麦的产量比正常地区低等。

᫝ឳ

图1-16  鸽子

1. 画出条形磁体和蹄形磁体周围的磁感线分布，分析它们的磁场有什么特点，并 写出两条以上的特点。

2. 磁体能够吸引铁棒的原因是铁棒在磁体的磁场中会被磁化，磁化后的铁棒相当 于一根磁铁。如果用磁体的 N 极吸引铁棒，则铁棒远离磁体 N 极的一端是什 么极？

练习

与磁

3. 在图 1-17 中画出磁感线的方向，并标明磁体的 N 极和 S 极（小磁针涂红的一 端表示 N 极）。

图1-17  磁感线和磁极

4. 用粗缝衣针自制一枚简易的指南针。用一块磁性 很强的条形磁体的一端沿同一方向摩擦一枚粗缝 衣针若干次，使缝衣针磁化。然后把这枚缝衣针 穿过一个泡沫球。在一盆水中滴入一滴洗洁精，

在水中放入这个泡沫球，调整缝衣针的位置，直 到缝衣针能在水面水平地漂浮为止，如图 1-18

所示。缝衣针停止运动后，指向哪一个方向？ 图1-18  自制指南针

5. 磁体在日常生活中有很多用处，如图 1-19 所示的玻璃清洁器是利用了什么原 理使玻璃内外两块清洁器总是合在一起 移动的呢？你周围还有哪些地方用到了 磁体，能举出几个事例吗？

图1-19  玻璃清洁器

第 2 节 电生磁

磁体能在它的周围空间产生磁场，那么，能否用另外的方式产生磁 场呢？

直线电流的磁场

1820 年，丹麦物理学家奥斯特（Hans Christian Orsted）在课堂上做实验 时，在偶然间发现了电流的磁现象。下面让我们来模仿奥斯特所做的实验，

研究电与磁有怎样的联系。

1. 在小磁针的上方拉一根与小磁针平行的直导线，如图 1-20 所示。当 直导线通电时，你能观察到的现象是：________________ 。改变电流的方 向，观察到小磁针的偏转方向：________________。

2. 在有机玻璃板上穿一个孔，将一束直导线垂直穿过小孔，在玻璃板上 均匀地撒上铁屑。给直导线通电后，轻敲玻璃板，观察铁屑的分布情况，如 图 1-21 所示。

活动

图1-20  奥斯特实验 图1-21  直线电流的磁场 图1-22  通电直导 线周围磁感线分布

通电导线的周围和磁体一样也存在磁场。电流产生的磁场方向与电流 方向有关，改变电流方向，磁场的方向也随之改变。直线电流磁场的磁感 线是一个个以直导线为圆心的同心圆，距离直线电流越近，磁场越强，反 之越弱。

通电螺线管的磁场

电流能产生磁场，为什么手电筒在通电时连一枚大头针都吸引不起 来？原来是它产生的磁场太弱了。那么，有什么方法可以增强磁场呢？

1. 用导线绕成螺线管后通电，观察是否能 吸引大头针。

2. 在螺线管中插入一根铁棒或一枚铁钉，

再观察吸引大头针的现象。

活动

3. 比较两次实验的结果，想一想，这说明了什么？ 图1-23  通电螺线管

与磁

带铁芯的通电螺线管的磁性比不带铁芯的通电螺线管的磁性要强得多。

原因是铁芯在磁场中被磁化后相当于一根磁体。通电螺线管产生的磁场与 被磁化的铁芯磁场的叠加，就产生了更强的磁场。带有铁芯的通电螺线管 叫做电磁铁。

1. 在穿过螺线管的有机玻璃板 上均匀地撒上铁屑。通电后轻敲玻 璃板，如图 1-24，观察铁屑的分布 规律。

2. 在螺线管两端各放一枚小磁 针，探测螺线管的磁极。改变电流 方向，观察小磁针的指向是否变化，

依此判断螺线管磁极有无变化。

活动

图1-24  通电螺线管的磁场

通电螺线管周围的磁场与条形磁体的磁场 很相似。改变电流方向，螺线管的磁极会发生 改变。

通电螺线管的磁极和电流方向之间的关系 可以用右手螺旋定则（也叫安培定则）来判定。

如图 1-25 上图所示，用右手握螺线管，让四 指弯向螺线管中的电流方向，大拇指所指的那 一端就是通电螺线管的北极。右手螺旋定则也 可以用来判断直线电流的磁场方向，只是需让 大拇指指向电流方向，四指弯曲的方向就是直 线电流产生的磁场方向。

图1-25  右手螺旋定则 电流 右手

我们知道，通电螺线管的磁场分布与条形磁铁很相似，在螺线管中插入 一个铁棒（这就是电磁铁），其周围的磁场会增强，即螺线管的磁性增强了。

那么，通电螺线管的磁性除了与是否带铁芯有关之外，还跟哪些因素有关 呢？请你猜测。

影响电磁铁磁性强弱的因素：① 是否带铁芯；② ______________；③ ______________；④ ______________；⑤ ______________…… 影响因素那 么多，如何进行研究呢？采取的基本研究方法是 ______________ 变量法。

1. 研究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系。

（1） 本 研 究 的 方 法 是： 让 ___________、

___________、____________ 不变，改变线圈中的电流大 小，研究当电流逐渐变大时，电磁铁的磁性如何变化。

（2） 根据实验要求设计的电路图如图 1-26 所示。改 变滑动变阻器的阻值，判断电磁铁的磁性强弱变化。

实验现象记录：_________________

__________________________________。

2. 研究电磁铁磁性强弱与 _________

___________________________________

的关系。

请你按上面的研究方法分别进行设 计与实验。对研究得出的结论进行交流 与讨论。对实验过程中的问题咨询老师 或查阅资料，最后得出科学的解释。

在班内或小组内对各组实验方案进行评价，设计优秀的方案在全班进行 交流。

影响通电螺线管磁性强弱的因素

探究

用 什 么 方 法 可 判 断 电 磁 铁 的 磁性强弱呢？

图1-26  实验电路图 A

R

通过探究，我们可以发现通电螺线管的线圈匝数越多，电磁铁的磁性 越强；通过线圈的电流越强，电磁铁的磁性也越强。

1. 画出通电螺线管周围的磁感线分布，并说明它的分布特征。

2. 判断如图 1-27 所示的通电螺线管的磁极或电源极性。

练习

与磁

3. 探究影响电磁铁磁性强弱的因素时，按如图 1-28 中的电路进行实验，每次实 验总观察到电磁铁 A 吸引大头针的数目均比 B 多。此实验说明影响电磁铁磁 性强弱的一个因素是（ ）。

A．电流的大小 B．线圈的匝数 C．电流的方向 D．电磁铁的极性

图1-27  通电螺线管 图1-28  电磁铁

电磁铁的应用 第   节 3

电磁铁产生的磁场很容易控制。磁场的有或无可以用开关来控制，磁 场方向的改变可以通过改变电流方向来实现，磁场的强弱可以由电流大小 来调节。人们利用电磁铁的这些特性设计和制造了许多生活和生产用品。

电磁继电器

电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路 的一种自动开关。使用电磁继电器可以用低电 压和弱电流电路的通断，来控制高电压和强电流 电路的通断。

图1-29  各种继电器

图1-30  电磁继 电器的控制电路 低压

电源 高压电源

工作电路 控制电路

高压电源 红灯 红灯

绿灯 绿灯

B

C

D

A

甲 乙

S S

A B

N S

A B

S

1．观察电磁继电器。对照继电器的说明书，认 识继电器上的接线柱的位置。并思考说明书上写着 的电流和电压表示什么意思？

2．把继电器上的线圈接到电源上，组成控制电 路。观察通电和断电时继电器的动作情况。注意观 察通电时哪两个触点相连，断电时哪两个触点相连。

3．利用另外一个电源和小灯泡 组成工作电路，通过继电器来控制 小灯泡的亮与灭。

4．水位自动报警器是利用电磁 继电器工作的装置，请按以下要求 连接图 1-32 所示的水位自动报警器 电路：当水位在安全位置以下时，绿 灯亮，水位到达安全位置上限时，

红灯亮。

活动

电磁继电器的结构如图 1-30 所示，它由电磁铁 A、衔铁 B、弹簧 C 和 触点 D 组成。当低压电源开关闭合时，控制电路中有电流通过，电磁铁 A 产生磁性，吸引衔铁 B，使动触点与红灯触点分离，而与绿灯触点接通，故 红灯熄灭，绿灯亮起，电动机开始工作。当低压电源开关断开时，电磁铁 失去了磁性，衔铁 B 在弹簧 C 的作用下拉起，使动触点与绿灯触点分离，

而与红灯触点接通，故红灯亮起，绿灯熄灭，电动机停止工作。

图1-32  水位自动报警器

图 1-33 所示为电铃的工作原 理图，B 为衔铁，B 与弹性片 A 相连，

请根据电磁铁工作的原理，分析电 铃是如何发出铃声的？

思考与讨论

图1-33  电铃的工作原理 图1-31  电磁继电器

A B

与磁

磁悬浮列车

磁悬浮列车就是利用“同名磁 极相互排斥，异名磁极相互吸引”

的原理，通过轨道上的强电磁铁与 列车上的电磁铁之间的排斥或吸引 作用而悬浮起来，使列车与轨道分 离，消除了列车与轨道间的摩擦。

磁悬浮列车运行时的阻力很小，因此运行速度很快。上海建成的磁悬浮列 车是世界上首次投入商业运营的高速磁悬浮列车。

信息的磁记录

随着技术的发展，信息记录的方式也发生巨大变化。磁记录是信息存 储技术发展的一个里程碑，也是目前信息记录的重要方式之一。

硬盘是信息磁记录的重要器件，它 广泛应用于计算机、移动电话、影像播 放器、游戏机、掌上电脑、数码摄像机 等数码产品中。

硬盘主要由磁记录盘片、读写磁头 以及其他配件组成。盘片的表面均匀地 涂有一层极薄的磁性颗粒（小磁体），读 写磁头实际上就是一块电磁铁。

在硬盘上存入数据的过程中，首先将声音、图像、数字等需要记录的 信息转变为电信号，电流通过读写

磁头转变为记录磁场，然后用这个 磁场使盘片上磁性颗粒按照它的方 向排列，信息就记录在盘片中了。

需要读取磁盘信息时，只要使记录 的磁信息通过磁头转变成电信号，

再将电信号转变成声音、图像、数 字等信息，从而再现被记录的信 息。

银行等机构发行的磁卡，其背面的磁条里记录着持卡人的账号等信息，

使用磁卡时，磁条中的信息被机器读出，也可在磁卡上写入新的信息。

图1-34  磁悬浮列车

图1-35  移动硬盘

图1-36  磁盘上的信息记录

铜导线 读/写磁头

盘片表面

位（1） 位（0）位（0）

录音机和录像机的磁头也是由电磁 铁制成。录音机和录像机将需要记录的 声音和图像转变成电信号，通过磁头记 录在磁带上。

电磁铁除了上述用途外，在实际中 还有广泛的应用。例如，在发电机、电 动机、电磁起重机等机械上都用到了电 磁铁；在洗衣机、电饭锅等家用电器里 也用到电磁铁。

图1-37  电磁起重机

电  话

电话的主要组成部 分是话筒和听筒，它们 之间用一对电话线相连。

人 们 对 着 话 筒 说 话 时，

话筒会把声音信号转化 成强弱变化的电流，电 流沿着导线流入对方的 听筒，听筒又把变化的 电流转化成声音。

话筒是怎样把声音 信号转化成强弱变化的电流的呢？以前使用的电话话筒里都有一个装有 碳粒的金属盒，盒盖上有振动膜。当人们对着话筒说话时，振动膜忽 紧忽松地压迫碳粒，使盒

内碳粒电阻发生变化，流 过碳粒的电流就相应地发 生变化，形成随声音变化 的电流信号。

早先的电话听筒里都 有一个电磁铁，当传入听 筒的电流流过电磁铁的线 圈时，电磁铁能够吸引前

᫝ឳ

电磁铁 电信号

碳

电信号 振动膜 听筒

说话声 薄金属片

图1-38  电话机的原理

图1-39  可视电话和移动电话

与磁

面放着的一块薄铁片。由于电流是变化的，电磁铁对薄铁片的吸引力也 随着发生变化，从而使薄铁片振动起来，发出声音，这样就可以听到 对方的讲话。不过，现在已发明了许多其他种类的听筒。

随着电信业的迅速发展，电话的功能也越来越多，例如移动电话可 以播放视频、上互联网等。

1. 上海已经建成一条长 33 千米的磁悬浮高速铁路。通过互联网或上图书馆查阅 有关磁悬浮列车的资料，然后在班里进行交流。

2．如图 1-40 是拍摄机动车闯红灯的摄像系统工作原理示意图。光控开关接收到 红灯发出的光会自动闭合，压力开关受到机动车的压力会闭合，摄像系统在电 路接通时可自动拍摄违章车辆。下列有关说法中，正确的是（ ）。

A．只要光控开关接收到红光，摄像系统 就会自动拍摄

B．机动车只要驶过埋有压力开关的路口，

摄像系统就会自动拍摄

C．只有光控开关和压力开关都闭合时，

摄像系统才会自动拍摄

D．将光控开关和压力开关并联，也能起 到相同的作用

练习

图1-40  自动拍摄系统

图1-42  各种各样的u盘 光控开关

电源 压力开关

电源

摄像系统

图1-41  温度自动报警电路

电源 电源

电铃

3. 如图 1-41 是一种温度自动报警器的工作原 理电路图。在水银温度计上部插入一段金属 丝，当温度达到金属丝下端所指示的温度 时，电铃就发出报警声音。请说明它的工作 原理。

4. 在 1-32 所示的水位自动报警器电路中，若 要 在 水 位 到 达 限 定 高 度 时， 让 正 在 工 作 的 抽 水 机 自 动 停 止， 则 应 该 将 抽 水 机 与 ________________ 灯并联。

5. 如图 1-42 所示各式各样的 U 盘又是根据什 么原理记录信息的呢？同学们可以通过网络 了解。

活动

1． 如 图 1-43 装 置 中，把导线 AB 放在磁场 中，当合上开关使导线 AB 通 电 时， 看 到 的 现 象 是 __________________。

2．改变通过导线 AB 的电流方向，观察导线运动的方向：__________ 。 3．保持导线中的电流方向不变，改变磁场的方向，观察导线运动的方 向：____________________________________________ 。

通过实验发现，通电导线在磁场中要受到力的作用，力的方向与电流 方向及磁场方向有关。当电流方向或磁场方向发生改变时，导线的受力方 向也发生改变。

如果同时改变电流方向和磁场方向，则通电导线的受力方向是否 改变？

思考与讨论

图1-43  磁场对通电导线的作用 N

A

B

第   节 4 电动机

为什么电风扇、洗衣机通电后会转动起来？原来在这些电器中安装着 电动机（motor），它能把电能转化为机械能。电动机在现代生产、生活中有 广泛的应用，电力机车、汽车、电梯、电脑光驱、CD 播放机、电动玩具等，

都离不开电动机。

磁场对通电导体的作用

磁体周围存在磁场，磁场对放入其中的磁体会产生磁力的作用。而通 电导体周围存在磁场，那么，磁场对放入其中的通电导体是否会产生磁力 的作用呢？

与磁

当通电矩形线圈处于图甲位置时，给线圈通电，线圈会发生转动，这 是由于线圈处于图甲位置时，线圈 ab 边和 cd 边受到的力的大小相等，方向 相反，并且这两个力都与线圈的平面垂直，使线圈发生转动。但线圈转至 图乙位置时，不能继续转动下去，而是摆动几下后就停在了图乙位置，这 是由于图乙位置时线圈 ab 边和 cd 边受到的力的大小相等，方向相反，并与 线圈在同一个平面上，使线圈受力平衡，我们把这个位置称为线圈的平衡 位置。当线圈从图甲位置由于惯性刚转过图乙所示的平衡位置时，线圈 ab 边和 cd 边受到的力使线圈反方向转动，所以转回平衡位置。

直流电动机

电动机是利用通电线圈能在磁场中转动的原理制成的。电动机的转子 为什么能持续转动呢？

图 1-45 中所示的通电线圈在磁场中不能发生连续的转动。如果设法使 线圈因惯性转过

平 衡 位 置 时， 立 即改变电流的方 向， 那 么 线 圈 两 边的受力方向也 立 即 改 变， 这 样 就可以使线圈继 续沿原方向转动

下去。安装一个由两个铜质半环组成的“换向器”就可以解决这个问题，直 流电动机的主要结构就来源于这样的设想。如图 1-45 所示直流电动机，转 动部分（图中是线圈）叫转子，固定部分（图中是磁体）叫定子。A、B 是电刷，

图1-45  直流电动机的原理

活动

1．如图 1-44，将矩形线圈放入磁场处于图甲 中的位置，给矩形线圈通电，观察矩形线圈能否 转动：__________________。

2．让矩形线圈处于图乙中的位置，给矩形线 圈通电，观察矩形线圈的转动情况：____________

_________________________。 图1-44  磁场对通电线圈的作用 N S

d

c a

b a

S N

b

c

d

甲 乙

E B F

A F

B E

A

装配直流电动机模型

1. 进一步了解直流电动机的构造和工作原理。

2. 通过练习，安装直流电动机的模型，培养学生动手组装能力。

目  标

器  材

过  程

实验

直流电动机模型、电池、滑动变阻器、开关、导线等。

1. 按图 1-46 所示，把直流电动机模型的各 个部件安装成整机。 安装时要注意 : 轴与轴之间 的摩擦要尽量减少；电刷和换向器的接触松紧要 适当。

2. 把直流电动机的模型接入电路，其电路图 如图 1-47 所示。在闭合开关前，先弄清电流从 哪一个电刷流入电动机线圈。闭合开关，观察电 动机线圈的转动方向，把结果记录在表 1-1 中。

3. 把电源的两极对调，按步骤 2 重复一次，

观察电动机的转动方向是否改变，把结果记录在 表 1-1 中。

4. 再把两个磁极位置对调一下，重复实验一 次，观察电动机转动方向是否改变，把观察结果 记录在表 1-1 中。

5. 在步骤 2 的基础上，只把两个磁极对调一 下，重复实验，把观察结果记录在表 1-1 中。

图1-46  直流电动机模型

图1-47  电路图

S M

R

与电源相连，当线圈转动时，两个电刷交替着与半环 E、F 接触，使通过线 圈的电流方向发生变化，实现转子连续转动。

日常生活中由于电网供电是交流电，所以家庭使用的电风扇、洗衣机 等电器中的电动机都是交流电动机。交流电动机也是依靠通电导体在磁场 中所受的力来运转的。电动机构造简单、控制方便、效率高、无污染，广 泛地运用在日常生活和各种生产中，人类社会的发展离不开电动机。

与磁

讨  论

你装配电动机模型时，有没有发生故障？你是如何排除的 ?

1. 通电导体在磁场中的受力方向与 _____________ 和 ______________ 有关。如 果改变其中一个量的方向，则受力方向将 ______________ ；如果两个量的方 向同时发生改变，则受力的方向将 _____________（填“改变”、“不变”或“不 一定”）。

2．电动机是根据 _____________ 原理制成的。电动机工作时能把 _____ 能转化成 _____ 能。

3. 直流电动机中的换向器起了什么作用？

4. 举例说明日常生活和工农业生产中哪些地方用到电动机，哪些是直流电动机，

哪些是交流电动机。

练习

表 1-1  记录表

次数 电流方向 磁极位置 线圈转动方向

（顺时针或逆时针）

1 从 A 流入，从 B 流出 左 N、右 S 2

3 4

6. 利用滑动变阻器改变通过线圈的电流，观察转子转动的快慢，把观察 结果记录在表 1-2 中。。

表 1-2  记录表

次数 变阻器滑片滑向 电流变化 线圈转速变化

1 向左

2 向右

最初研究电磁感应现象时，法拉第用很强的磁场或很强的恒定电流做实 验，看看邻近的电路中会不会产生电流。在经历了多次失败后，他终于发现

“磁生电”是一种在运动和变化的过程中才能产生的现象。于是，他设计并动 手做了几十个实验，把引起电流的原因概括为五类：在磁场中运动的导体、

运动的恒定电流、运动的磁体、变化的电流、变化的磁场，它们都与运动和 变化相联系。下面我们来探究如何通过“在磁场中运动的导体”和“运动的磁 体”来产生电。

提出问题：

如 何 通 过“在 磁 场 中 运 动 的 导 体”和“运动的磁体”来产生电？

设计实验电路：

如图 1-48 所示，将线圈的一侧 放入蹄形磁体的磁场中，线圈、开关 和灵敏电流表串联成一个闭合回路，

电流表用来检测电路中是否有电流。

产生电磁感应现象的条件和规律

探究

第 5 节 磁生电

灯泡通电能发光，洗衣机通电能转动，电磁炉通电能加热食物……这 些电器设备使用的电来自于发电厂。那么，发电厂是如何产生电的？

电磁感应现象

自从奥斯特发现了“电”能生“磁”后，许多科学家开始探索磁能否产 生电。英国物理学家法拉第敏锐地觉察到：磁与电之间也应该有类似的“感 应”，为此他进行了长达 10 年的艰辛探索，终于在 1831 年发现了磁生电的 条件和规律，实现了利用磁场获得电流的愿望。法拉第的这个重大发现，

带来了电能的大规模生产和利用，开辟了电气化的新纪元。

图1-48  磁场中运动的导体

与磁

实验过程：

1. 线圈的一侧在磁场中静止时：

（1）闭合开关，观察电流表指针是否偏转。

（2）换用磁性更强的蹄形磁体，闭合开关，观察电流表指针是否偏转。

（3）换用匝数更多的线圈，闭合开关，观察电流表指针是否偏转。

2. 线圈的一侧在磁场中运动时：

（1）闭合开关，让导线在磁场中做水平（即垂直于磁场方向）向左和向右 运动，观察电流表指针是否偏转。

（2）闭合开关，让导线在磁场中做垂直（平行于磁场方向）向上和向下的 运动，观察电流表指针是否偏转。

（3）闭合开关，让导线在磁场中斜向上或向下运动，观察电流表指针是 否偏转。

3. 导线静止而磁体运动

（1）闭合开关，让磁体做水平向左和向右运动，观察电流表指针是否偏 转。

（2）闭合开关，让磁体做垂直向上和向下的运动，观察电流表指针是否 偏转。

（3）闭合开关，让磁体斜向上或向下运动，观察电流表指针是否偏转。

设计记录实验数据的表格：

分析与论证：

我们能否从该实验中归纳出在什么情况下能够产生感应电流？产生的电 流方向跟哪些因素有关？

实验结论：

通过这个实验，你能得出的结论是 _______________________________。

电 吉 他

电磁感应现象在生产、生活中有广泛的应用，如电吉他。电吉它 的发音是通过电磁拾音装置（拾音器）连接扬声器而实现的。拾音器的

᫝ឳ

如何用实验方法研究感应电流的大小与导体切割磁感线的速度及磁 场强度之间的关系？

思考与讨论

大量的实验表明：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，这种现象叫做电磁感应（electromagnetic induction），产生的电流叫感应电流（induced current）。

感应电流的方向跟导体的运动方向和磁场方向有关。改变导体的运动 方向或磁场的方向，感应电流的方向会发生相应的改变。

如果电路不闭合，当导体做切割磁感线运动时，导体中不会产生感应 电流，但在导体两端会有感应电压。

电磁感应现象中，移动导体切割磁感线时消耗了机械能，在闭合电路 中产生了电能，这就实现了机械能向电能的转化。

活动

把一根大约 10 米长的软 电线的两端连接到一个灵敏 电流表的两个接线柱上，形 成闭合电路。两个同学摇动 电线，并不断变化方向，观 察 电 流 表 指 针 是 否 发 生 偏 转？沿哪个方向站立摇动电

线时，产生电流比较大？ 图1-49  摇动电线发电

与磁

交流发电机的工作原理

发电机是根据电磁感应原理制成的，是一种能把机械能转化为电能的 装置。

活动

把 手 摇 发 电 机 与 电 流 表 连 接 起 来， 如 图 1-52 所 示。 转 动 手摇发电机的线圈，可以看到电 流 表 的 指 针 ________________，

说 明 发 电 机 产 生 的 电 流 方 向 是 ________________ 的。

图1-52  手摇发电机

基本结构如图 1-51 所示，由铜线在磁铁上绕成线 圈，线圈连接到扩音器。磁铁产生的磁场使吉他 弦线磁化，弦线反过来会产生自己的磁场。当弦 线被拨动而产生振动时，相当于线圈相对弦线在 切 割 弦 线 的 磁 感 线， 从

而在线圈中产生感应电 流。 此 感 应 电 流 的 频 率 与弦线振动的频率相同，

感应电流通过扩音器和 扬 声 器， 我 们 就 听 到 了

电吉他弹奏的声音。 ^{图1-51  拾音器}

磁体 到放大器 线圈

金属吉他弦 NS

N

S

图1-50  电吉他

交流发电机的工作原理如图 1-53所示，发电机由磁体和线圈组成，线圈 的两个端线上有两个圆环（K、L）和电刷（A、B）与外电路连接。当线圈转动 时，其各边的运动及产生感应电流的情况如图 1-53中甲、乙、丙、丁所示。

丁：ab和cd边的运动方向与（b）中相反，

与磁场垂直（切割磁感线），线圈中有电 流，外部电流方向从B电刷到A电刷。

甲：ab和cd边的运动方向与磁场平行

（不切割磁感线），线圈中没有电流。

乙：ab和cd边的运动方向与磁场垂直

（切割磁感线），线圈中有电流，外 部电流方向从A电刷到B电刷。

丙：ab和cd边的运动方向与（a）中相 反，与磁场平行（不切割磁感线），线 圈中没有电流。

图1-53  交流发电机的工作原理

从以上图示分析可知，线圈（转子）转动一周，电流方向改变两次。这 种周期性改变方向的电流叫交流电（alternating current）。交流电与由电池产 生的电流是不同的，后者的电流方向是不变的，叫直流电（direct current）。

实际使用的大型交流发电 机的结构与实验室里交流发电 机的模型有所不同，一般采用 线圈不动、磁极旋转的方式来 发 电。 为 了 得 到 较 强 的 磁 场，

还要用电磁铁代替永磁体。

日常生活中使用的电和电 网输送的电都是交流电。我国

图1-54  大型交流发电机组

a

b

d c

A K

L B

N S N

a

b c

d

A B

N S N S

d c

a b

A B

A B d

c

a

b

O

与磁

法 拉 第

法拉第（Michael Faraday, 1791 ~ 1867），英国 物理学家、化学家。他出生于一个铁匠家庭，家 境十分贫寒，一生几乎没有受过正规的学校教育。

少年时代，他在伦敦一家装订厂当帮工，这使他 有机会阅读大量的科技书籍。他用自己微薄的工 资买了一些实验仪器来验证书本上的知识。法拉 第的勤奋与好学得到了当时著名科学家戴维的赏 识，1813 年，他成为戴维科学研究的助手。从此，

法拉第开始了他终生的科学研究工作。

法拉第在科学上的贡献巨大。他发现了使二氧化碳、硫化氢、溴 化氢和氯气变成液体的加压液化法；发现了电磁感应定律，制造了世 界上第一台发电机；首次提出了电与磁相互联系的观点，创立了现代 电磁理论的基础；发现了电解定律，首次建立了电与化学的联系；首 次证明了摩擦电、温差电、伽伐尼电、伏打电和感应电的本质是相同 的……

人们给予法拉第很高的地位和荣誉。但他并不看重金钱和荣誉。

他拒绝了制造商们的重金聘请，专心致力于科学研究，并在英国皇家 学院为青少年做科普讲座长达 19 年。法拉第把一生献给了科学事业。

生活在电气化时代的我们，应该永远缅怀法拉第。

᫝ឳ

图1-55  旋转电动机的磁体就可以产生电

图1-56  法拉第

供生产、生活用的交流电 的周期是 0.02 秒，频率为 50 赫兹（Hertz），简称赫。

即 每 秒 出 现 50 个 周 期，

方向改变 100 次。

发 电 机 与 电 动 机 的 结构本质上是一样的，因 此，电动机也可用来做发 电机。

  科学·技术·

社会·环境

电与磁发展的历程

电与磁现象是人类探索自然的一个重要方面，人类对电与磁现象的认 识促进了科学技术的快速进步，改变了人们的生活方式和世界的面貌。

图1-57  电与磁的发展历程 公 元 前 6 世 纪， 人

们发现了磁现象。在古代 中国和古希腊，都有关于 磁现象的记载。

公 元 前 3 世 纪， 我 国就有司南（指南针）的 记 载。 我 国 也 是 最 早 把 指南针用于航海的国家。

1600 年， 英 国 医 生 吉 尔 伯 特 发 表《论 磁》，

建 立 了 磁 学， 并 指 出 地 球是一个巨大磁体。

20 世纪 50 年代以后，

晶体管的发明和集成电路 的制造成功，实现了电子 器材小型化，使人类进入 了信息化时代。

20 世纪 50 年代，磁 记 录 信 息 技 术 出 现。 目 前，磁存储是信息存储的 重要方式。

20 世 纪 80 年 代， 磁 共振技术出现并应用于医 学诊断。21 世纪初，磁悬 浮列车进入商业化运行。

1820 年， 奥 斯 特 发 现了电流的磁效应：电流 能够产生磁场。揭开了电 与磁之间的相互联系。

1831 年， 法 拉 第 发 现了电磁感应现象。基于 感应电流的知识，电动机 和发电机的制造才成为可 能，为第二次技术革命奠 定了基础。

1866 年， 西 门 子 发 明 了 自 激 式 发 电 机， 使 人 类 获 得 了 廉 价 电 能，

这标志着人类社会进入 电气化时代。

1873 年， 麦 克 斯 韦 完成《电磁通论》，建立 了统一的电磁场的理论，

预言了电磁波的存在，揭 示了电、磁、光现象在本 质上的统一性。

1887 年， 赫 兹 用 实 验证实了电磁波的存在。

1888 年， 赫 兹 用 实 验 证 实了电磁波和光波的同 一性。

1901年，马可尼成功 实现了跨越大西洋的无线 电通信。20世纪，无线电 广播、电视、卫星通信等 新技术得到了迅速的发展。

指南针 自激式发电机 集成电路

与磁

第 6 节 家庭用电

在前面的学习中，我们认识了一些较为简单的电路，学会了画电路图。

那么，家庭电路主要由哪些元件组成？它们又是如何连接的？

家庭电路

每个家庭里都有许多电灯和家用电器，这些用电器的电路是如何分布 的呢？

练习

1. 闭合电路的一部分导体在磁场中做 __________ 的运动时，导体中就会产生感 应电流。感应电流的方向与 _____________ 的方向和 _____________ 的方向有 关。同时改变磁场方向和导体的运动方向，感应电流的方向 ______________

（填“改变”、“不变”或“不确定”）。

2. 一般发电机由线圈和磁铁两部分构成。大型发电机的定子是 ______，转子是 __________。

3. 交流电与直流电有什么不同？通过查阅资料，了解为什么平时我们用得最多的 是交流电而不是直流电。

4. 很多需要用电的地方是用小型发电机供电的。例如，汽车上的电来自于一个发 电机。你能举出其他事例吗？说说这些事例中分别是由什么能转化成电能的？

图 1-58 是某家庭的电路，图 1-59 是它的电路图。

1．进户线的电压是 __________ 伏。

2．电能表上有几根导线与其连接，如何连接？

3．家用电器用的插座与电灯之间是并联还是串联？这样连接有什么 好处？

读图

图1-58  某家庭的电路

图1-59  家庭电路图

家庭电路所用的电能是通过电网从发电厂输送过来的。输电线进户后，

先接到电能表、总开关、保护装置上，然后再连接到室内的电灯、插座上。

电能表用来测量电路消耗的电能。

家庭电路中的进户线一般有两根，一根是火线（live wire），一根是零 线（neutral wire）。火线和零线之间的电压正常值为 220 伏。辨别火线和零 线可用测电笔。图 1-60 为测电笔的结构示意图。

A.正确方法： 手触金属笔卡；笔尖 金属体触火线时氖管发光，触零线 时氖管不发光。

B.不正确方法： 手没触金属笔 卡，笔尖金属体触火线时氖管 仍不会发光。

图1-61  测电笔的使用 进户线 零线 火线 断路器

手 指 千 万 不 能 碰到笔尖金属体。

图1-60  测电笔的结构 电能表

电 阻

氖 管

金属笔卡

与磁

表 1-3  部分国家市电电压和频率

国家或地区 电压（伏） 频率（赫）

美国、加拿大 120 50

日本 110 50，60

英国、澳大利亚 240 50

法国、德国、意大利、奥地利、西

班牙、希腊、荷兰、中国、泰国 220 50

俄罗斯、瑞典 120，127，220 50

韩国 100 60

挪威、新西兰、新加坡 230 50

熔断器和断路器 当电路出现短路或同时接入过多的用电 器时，会引起电路电流过大，电线过热，有引 发火灾的危险，因此电路中必须装有安全保护 装置。电路中常见的保护装置有熔断器和断路 器。

熔断器一般有封闭管式熔断器（装在电器 设备上）如图 1-63，和敞开插入式熔断器两种

（图 1-64）。封闭式熔断器的保险丝（fuse）被 封闭在玻璃管内，插入式熔断器的保险丝装在

盒盖上。当电路中电流过大时，保险丝会自动熔断。保险丝熔断后，需排 除故障并更换后，电路才可工作。

保险丝一般由熔点较低的金属合金制成，有各种不同的规格，通常标 有额定电流（表示保险丝所能承受的最大电流）。当电流超过保险丝的额定 电流时，保险丝会因过 热而熔断，从而切断电 路。在一般电路里，导 线和用电器都有规定的 额定电流，超过额定电 流，会因为长时间发热 而 使 导 线 或 用 电 器 损 坏，严重时会烧毁导线

图1-62  大电流引起火灾

图1-63  封闭管式熔断器 图1-64  敞开插入式熔断器 保险丝熔断后须

连同玻璃盒整个 更换。

熔断器座 熔断器盖

如果选用的保险丝额定电流值太大或太小会怎样？

思考与讨论

或用电器而引起火灾。安装保险丝可避免此类事故的发生。选用保险丝应 使保险丝的额定电流等于或稍大于电路中正常工作时的电流。

在家庭电路中切勿用铜丝或铁丝代替保险丝，因为在电流过大时，铜 丝或铁丝一般不会熔断，因而极易发生事故。

保险丝的更换是比较麻烦的事。现在，家庭中常用断路 器（circuit breaker）来替代闸刀开关和熔断器。断路器一般连 接在火线上。断路器上标有额定电流，当流过断路器的电流 超过额定电流时，断路器会自动断开，切断电路，从而起到 保护电路的作用。

当电路被熔断器或断路器切断后，不要急于更换保险丝 或使断路器复位，而

应先找出发生电路故 障的原因，排除故障 后再接通电路。断路器能手动切断电 路，也能手动复位。断路器因使用方 便、安全而得到普及。

图1-65  断路器

图1-66  安装在电路里的几个断路器

图 1-67 是一种断路器的工作原理图，你能否向同桌同学介绍其工作原 理？

读图

图1-67  断路器的工作原理 接触闭合

有电流

弹簧 双层金属片

簧锁装置

正常情况 双层金属片被过大电流过度加热

接触断开 没有电流

与磁

插    座

家用电器是通过将插头插入插座（socket）而接入家庭电路中的。插座 一般有两孔式和三孔式之分。

两孔式插座的一个孔连接 在家庭电路的火线上，另一个 孔连接在零线上。使用两脚电 源插头的用电器只要把两脚插 头插入插孔，用电器就接入电 路，可以工作了。

三孔式插座除了火线插孔和零线插 孔以外，还有一个中间插孔，在建造房 屋电路布线时已经将这个插孔与大地相 连，因此称为接地孔。使用三脚插头的 用电器，外壳接在插头的中间脚上，当 把三脚插头插入三孔式插座时，用电器 的外壳就与大地相连了，如图 1-69 所示。

为了保证人身安全，洗衣机、电冰 箱、电饭锅等电器都用三脚插头，使它 们的外壳能够接地。万一用电器火线的绝 缘层被破坏，火线与用电器的金属壳相接 触，金属壳上就有 220 伏的电压，如果这 个用电器没有接地线，当人触及此用电器 时，电流就会通过人体进入大地，发生触 电事故，如图 1-70 所示。

当火线与用电器的金属外壳接触，而 外壳接地时，电流会直接经接地线进入

大地。此时会由于家庭电路中的电流过大而使断路器自动断开，切断电路。

因此，接地线是用电器的安全线。

图1-68  断路器的工作原理

图1-69  三孔插座和三脚插头

图1-70  无接地线时，带 电的金属外壳会使人触电

接地孔

零线 插孔

火线 插孔

1. 请叙述家庭电路的主要组成部分。

2. 家庭电路的两根进户线，一根是 _______ 线，另一根是 _______ 线，两线之间 的电压是 _______ 伏。控制电灯的开关应安装在 _______ 线上。

3. 家庭电路中，常用断路器来替代 _______ ，当电路中的电流超过一定值时，断 路器会自动切断电路，从而起到 _____________ 和 _____________ 的防护作用。

4. 外壳是金属的用电器插头通常都用三脚插头，这是为什么？

练习

电的安全使用 第 7 节

电给人类的生活带来了极大的方便，然而使用不当时，也会给人们带 来危害，如引起触电、损坏电器设备和引发火灾等事故。安全用电知识对 我们每个人都很重要。

触电事故

触电是指通过人体的电流达到一定值时对人体造成的伤害事故。表 1-4 是一些通过人体的电流值和相应的人体反应。

表 1-4  电流值与相应的人体反应

电流（毫安） 人体的反应

0.1 ~ 0.2 对人体无害，医院电疗时能治病

1 麻的感觉

10 触电感觉，但可挣脱

30 感到剧痛，神经麻木，呼吸困难，有生命危险

100 短时间内心跳停止

通过人体的电流越大，人从触电到死亡的时间越短。

人体是导体。不同的人，人体的电阻是不同的，所以，不同的人产生 触电感觉的电压是不同的。一般情况下，36 伏以下的电压才是安全的。但 在潮湿环境中，安全电压应在 24 伏甚至 12 伏以下。

与磁

家庭电路的电压是 220 伏，动力电路的电压是 380 伏。它们虽然是低 压电，但是已远远超过了安全电压，所以，稍有不慎，就会酿成触电事故。

在图 1-71 中，站在地面上的人，一只手接触火线，使火线、人体、大地和 供电设备构成闭合电路，电流会流过人体，发生触电事故。在图 1-72 中，

人的一只手接触火线，另一只手接触地线，使火线、人体、地线和供电设 备构成闭合电路，电流会流过人体，发生触电事故。

图1-71  人站在地上手触火线时触电  图1-72  人同时接触两根电线时触电

高压线或高压设备的电压常达几十千伏甚至几百千伏，人体即使没有 直接接触它们，一旦靠近就存在触电的危险。

发生触电事故时，强大的电流通过人体可能使心跳、呼吸停止。因此，

如果发生了触电事故，要立即切断电源，必要时，对触电者进行人工呼吸，

同时尽快通知医务人员进行抢救。

图1-73  触电的急救

安全用电常识

为了防止触电事故的发生，我们必须懂得并遵守安全用电的原则：不 接触低压带电体（安全电压的带电体除外），不靠近高压带电体。下面是一

绝缘棒

1. 一般情况下，________ 伏以下的电压才是安全的，但在潮湿环境中，安全电 压应在 ________ 伏甚至于 ________ 伏以下。

2. 家庭电路中，触电是人直接接触 ________ 造成的。安全用电原则是：不接触 _________ ，不靠近 ________ 。

3. 写一篇简短的说明文，向小学生介绍家庭用电应注意的安全事项。

练习

些具体的安全用电常识：

· 将插头插入插座时，手不要接触金属插脚。

· 不要用湿的手触摸电器、插座和开关。

· 防止电线的绝缘层老化或破损。

· 不要在高压线旁钓鱼或放风筝。

· 不要使插座超负荷。

· 避免在浴室中使用电器。

· 导线旁不要放发热物体。

· 不要同时使用大量大功率用电器。

除了上面的安全用电知识外，你还知道哪些安全用电的知识？

思考与讨论

图1-74  安全用电

不要用湿的手触摸开关。 不要在高压线旁放风筝。 不要使插座超负荷。

与磁

ఴብٿᮎ

1. 磁体周围存在磁场。磁场中某一点的磁场方向就是在该点小磁针的 N 极所指的方向。磁体周围磁场的磁感线从磁体的 N 极出发回到 S 极。地 球也是一个磁体，因此存在地磁场。

2. 电流周围存在磁场。电流产生的磁场的方向与电流方向有关。通电 螺线管的磁场分布与条形磁铁的磁场分布相似。通电螺线管的磁场的极性 方向与电流方向有关。电磁铁广泛应用于生产和生活中，如电磁选矿机和 电磁继电器等自动控制装置。

3. 通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向与电流方向、磁感线 方向有关。通电线圈在磁场中会发生转动，直流电动机是利用通电线圈在 磁场中会发生转动的原理制成的。换向器是直流电动机的一个关键部件，

它使直流电动机的线圈能不停地转动。电动机是电能转化为机械能的动力 设备。

4. 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中会 产生感应电流，这种现象叫电磁感应。感应电流的方向与导体运动方向和 磁感线的方向有关。发电机工作时把机械能转化成电能。交流发电机产生 大小和方向周期性变化的电流——交流电。

5. 家庭电路的主要组成是进户线和连接导线、电能表、熔断器或断路 器、插座、灯座和开关等。进户线中一根是火线，另一根是零线。火线与 零线之间的电压是 220 伏。辨别火线和零线可用测电笔。保险丝的额定电流 要等于或稍大于电路中的正常工作电流。为了防止触电事故，一般家用电 器必须有接地线。

6. 一般情况下，36 伏以下的电压才是安全的。家庭电路中触电是人直 接接触火线造成的。安全用电原则是：不接触低压带电体，不靠近高压带 电体。

7. 本章知识结构图：

电 与 磁

直线电流的磁场

通电螺线管的磁场

感应电流产生的条件

发电机

感应电流的方向 磁体

电流的磁场

磁场对电流的作用

磁感应现象

磁性 磁场

电磁铁

电动机

家庭用电 安全用电

2

粒 子 的 模 型 与 符 号

当 一个物体太大或者太小以至于难以观察和理解时，人 们经常会使用模型。为了能形象地认识地球，人们做了地球的模 型——地球仪；为了将电路简洁地表达出来，人们设计了许多符 号；为了认识肉眼看不见的植物光合作用的过程，人们将光合作 用过程中的物质的主要变化写成了一个简单的表达式。

眼睛看不见的分子和原子可以用什么方法表示的呢？

模型、符号的建立与作用 第 1 节

像技术设计中运用航模研究飞行器、数学中运用符号表示数学量一样，

科学研究中，也常常用模型（model）来表达一个研究对象的某些特征信息。

模型

我们曾用过许多模型，如用地球仪来 表示地球的全貌和运动状态；通过细胞模 式图来了解不同生物细胞的基本结构；借 助于眼球模型来认识和研究眼球的基本结 构和功能。

自 然 科 学 研 究 中，人们通过一定的 科学方法，建立一个适当的模型来代替和反映客观对 象，并通过研究这个模型来揭示客观对象的形态、特 征和本质，这样的方法就是模型方法。

模型常常可以帮助人们认识和理解一些不能直接 观察到的或复杂的事物。一个模型可以是一幅图、一 张表或计算机图像，也可以是一个复杂的对象或过程 的示意。

图2-2  眼球模型

液态水与气态水的状态模型（ 表示水分子）。

读图

图2-3  水的状态模型 图2-1  细胞模式图

细胞核 核仁 染色体 细胞膜

细胞器

液态水 气态水

子的模型与符号

1. 液态水温度降低时会变成 ________ 态的冰，而温度升高时会变成 ________ 态的水蒸气。

2. 水在状态变化中，有没有变成其他物质？构成水这种物质的水分子有 没有变成其他分子？ _______________________________________________。

3. 在液态水变成气态水的变化中，构成水的水分子 __________________

______________________________________ 发生了变化。

上述模型既直观地表示了水的三态变化中的一些特征，还揭示了水在 三态变化中发生了变化的因素和没有发生变化的因素，直观地揭示了水的 三态变化实质上是一种物理变化。

因此，我们可以借助模型来认识和理解许多自然事物的本质。

符  号

在以前的学习中，我们曾用过许多符号（symbol），例如 v （速度）、

（风向）等。

为什么人们常用符号来表示事物 ?

思考与讨论

A

t

时间 （中文） 时间 （日文）

图2-4  符号的意义

用符号能简单明了地表示事物，还可避免由于事物外形不同和表达的 文字语言不同而引起的混乱。

1. 列举你见过的模型，简要说明用这些模型的意义。

2. 将一只盛有少量水的烧杯放在空气中，过几天水干 了，这是因为液态的水分子逐个扩散到了空气中。若 用小圆圈表示水分子，用小箭头表示运动方向（如

），请你画出一杯水在空气中蒸发的模型。

练习

图2-5  水分子蒸发的模型

物质的微观粒子模型 第 2 节

如果要设计一个飞行器，我们可以先做一个微缩模型（航模）进行试验 研究。在对微观粒子的研究中，科学家们采用的方式是利用放大的模型来 解释小到难以观察的物体。

构成物质的粒子模型

人们常用模型来表示分子由原子构成，因为这种方式更形象直观。我 们曾用蓝球表示氧原子、用黄球表示氢原子，通过假设得出水分子电解生 成氧气分子和氢气分子的模型。我们也可以用同样的方法用模型来表示各 种不同物质分子。

读图

灰球代表碳 原 子，红 球 代 表 氮 原 子，深 蓝 色 球代表硫原子。

甲烷分子 氮气分子 二氧化碳分子 二氧化硫分子

图2-6  不同物质的分子模型

图 2-6 中涉及多少种原子？一个分子中有几个原子？这些 原子还能构成其他分子吗？