(九年中考)全国年中考化学试题分类汇编 第5单元《化学方程式》_百度文库
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/ 初级中学教科书 物理
　　我们不能小看 1 度电的作用，图 9—4 大致表示出了 1 度电在国民经济 中的作用．看了这个图，你会对节约用电有进一步的认识．我国 1993 年的 发电量是 8200 亿度，按 11．8 亿人口计，平均每人每年 695 度．我国电力 还不充裕，节约用电不仅是节省个人开支，更是支援国家建设．■图 9—4 1 度电的作用　　调查 调查一下自己的家庭、学校或附近熟悉的单位有没有浪费电的 情况．如果有，商讨出节电的办法来．练 习1．什么叫做电功？电功的单位是什么？测量电功的仪表是什么？2．写出计算电功的公式，并指出公式中各物理量所用的单位．3．在电路中有一用电器，两端电压是 6 伏，通过它的电流是 200 毫安，5 分钟内电流所做的功是多少？　　4．有一只灯泡接在电压是 220 伏的家庭电路中，点亮 10 小时用了 1 度电，这只灯泡工作时的电流是多大？　　二、电功率　　电功率 在相同的时间内，电流通过不同用电器所做的功，一般并不 相同．例如，在相同的时间内，电流通过电力机车的电动机所做的功，要 显著地大于通过电扇的电动机所做的功．为了表示电流做功的快慢，物理 学中引入了电功率的概念．电流在单位时间内所做的功叫做电功率 ．电功率用P来表示， P = W ，t而 W=UIt，所以P=UI．上式表明，电功率等于电压与电流的乘积．　　在上式中，电压 U 的单位要用伏特，电流 I 的单位要用安培，这样， 电功率 P 的单位就是我们在前面学过的瓦特．电功率的单位还有千瓦，1 千瓦=1000 瓦． 由电功率的单位千瓦，可以引出一个电功的单位，叫做千瓦时．电功率为 1 千瓦，电流在 1 小时内所做的功，就是 1 千瓦时．千瓦时也就是前 一节提到的“度”．不过“度”是日常的说法，今后我们一律用千瓦时．1 千瓦时=1000 瓦×3600 秒=3.6×106 焦．　　[例题]一盏电灯连在电压是 220 伏的电路中，灯泡中通过的电流是 68 毫安，这个灯泡的电功率是多少瓦？一个月总共通电 100 小时，电流所做 的功是多少焦，多少千瓦时？解：灯泡的电功率为P=UI＝220 伏×0.068 安=15 瓦．W=Pt＝15 瓦×3.6×105 秒=5.4×106 焦．或者 W=Pt=0.015 千瓦×100 时=1.5 千瓦时．　　额定功率 通常我们说这个灯泡的电功率是 40 瓦，那个电烙铁的电 功率是 60 瓦，并没有明确地指明电压．在不同的电压下，同一个用电器的 电功率总是一样大吗？　　实验 取一个“36V25W”的灯泡．把它接在 36 伏的电路中，它正常 发光．把它接在 6 伏的电路中，它发光暗淡．把它接在 40 伏的电路中，它 强烈发光．　　实验表明，用电器实际消耗的功率随着加在它两端的电压而改变．既 然如此，我们就不能泛泛地说一个用电器的功率是多大，而要指明电压．用 电器正常工作时的电压叫做额定电压，用电器在额定电压下的功率叫做额 定功率．　　一些电器设备的功率 电子表
0.001 瓦 半导体收音机（六管） 0.06 ～ 0.4 瓦47 厘米彩色电视机
40 瓦 日光灯
3 ～ 40 瓦 普通照明灯泡
15 ～ 60 瓦 常用电烙铁
20 ～ 100 瓦 家用电冰箱
100 ～ 140 瓦 洗衣机
约 200 瓦 吸尘器
800 瓦 碘钨灯
1000 瓦 电熨斗 100 ～ 1500 瓦 电饭锅 350 ～ 1350 瓦 家用电烤炉 450 ～ 1500 瓦
韶山Ⅰ型电力机车 4200 千瓦 ■ 电灯泡上标着“PZ220—25”（图 9—5），表示额定电压是 220 伏，额定功率是 25 瓦．电烙铁上标着“36V100W”或“220V60W”，也是指的额定电压和额定功率．　　■图 9—5 灯泡上的铭牌．PZ 是普通照明灯泡中“普”和“照”的汉 语拼音的第一个字母，表示灯泡的型号． 电动机的铭牌上也标着额定电压和额定功率．我们使用各种用电器一定要注意它的额定电压，只有在额定电压下用电器才能正常工作．实际电压偏低，用电器消耗的功率低，不能正常工作．实 际电压偏高，长期使用会影响用电器的寿命，还可能烧坏用电器．练 习　　1 ．电功率的大小表示电流做功的
．电功率的计算式
．2．电功和电功率的单位分别是a．千瓦时和焦耳； b．千瓦和瓦特； c．焦耳和瓦特．3．一盏电灯 25 小时耗电 1 千瓦时，这盏电灯的功率是多少？　　4．一个在额定电压下工作的电烙铁，功率是100瓦，电流是454毫安．这 个电烙铁的额定电压是多大？　　三、实验：测定小灯泡的功率　　常用的小灯泡标着额定电压（如 1．2V，2．5V，3．8V），而未标明 额定功率．这个实验里我们要测定小灯泡的额定功率和小灯泡不在额定电 压下的功率，并加以比较．　　根据电功率的公式 P＝UI，测出小灯泡的电压和电流，就可以得出小 灯泡的功率．在额定电压下测出的功率就是额定功率．调节小灯泡两端的 电压，使它略高于或低于额定电压，就可以测出小灯泡不在额定电压下的 功率．　　根据实验的要求，自己设计出电路，并画出电路图．检查一下所给的 器材是否够用，是否合乎要求．然后连接电路，进行实验．1．使小灯泡在额定电压下发光，测出小灯泡的功率．　　2．使小灯泡上的电压约为额定电压的 1．2 倍，观察小灯泡的发光情 况，并测出小灯泡的功率．　　3．使小灯泡上的电压低于额定电压，观察小灯泡的发光情况，并测出 小灯泡的功率．　　自己设计表格，把三次实验数据填在表格里．小灯泡的额定功率是多 大？在什么情况下小灯泡消耗的功率大于或小于它的额定功率？　　四、关于电功率的计算　　? 一个灯泡的铭牌上标着“PZ220—25”，你能不能知道它正常工作 时的电阻有多大？一个灯泡，加在它上面的电压比额定电压高（低），它 实际发出的功率要比额定功率大（小）．你能够解释这个现象吗？　　应用已经学过的欧姆定律和电功率的知识，就可以解决上面的问题 了．现在我们来看两个例题．　　[例题 1]“PZ220—25”的灯泡，接在 220 伏的电路中，通过灯泡的电 流有多大？这时灯泡的电阻有多大？“PZ220—60”的灯泡呢？解： 对“PZ220—25”的灯泡：电流 I =
25瓦= 0.11安．U 220伏电阻 R = U =
220伏= 2000欧．I 0.11安对“PZ220—60”的灯泡：电流 I =
60瓦= 0.27安．U 220伏电阻 R = U =
220伏= 815欧．I 0.27安　　我们看到，额定电压相同的灯泡，额定功率大的，电阻小．这是因为， 在相同的额定电压下，电阻小的灯泡通过的电流大（根据欧姆定律），因 此它的额定功率大（根据电功率的公式）．[例题 2]“PZ220—25”的灯泡，接在 210 伏的电路中，实际发出的功率是多大？接在 230 伏的电路中，实际发出的功率又是多大？　　灯泡接在 210 伏、220 伏、230 伏的电路中，可以认为灯丝的电阻 R 没有改变．根据欧姆定律知道，加在灯泡上的电压增高（降低）时，通过 灯泡的电流增大（减小）；根据电功率的公式知道，灯泡实际发出的功率 将增大（减小）．下面我们根据这个思路作定量计算．解：“PZ220—25”的灯泡接在 210 伏的电路中：U电流 I
210伏= 0.105安．1 R 2000欧功率 P1 ＝U1I 1
= 210伏×0.105安= 22.1瓦．“PZ220—25”的灯泡接在 230 伏的电路中：U电流 I
230伏= 0.115安．2 R 2000欧功率 P2
= 230伏×0.115安≈26.5瓦．练 习1．一个电热器所用的电压是 220 伏，电流是 0．23 安，通电 5 分钟，电流做了多少焦的功？2．一个“220V 800W”的电炉，正常工作时电阻丝的电阻有多大？五、焦耳定律　　灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要 发热，可是实际上灯泡热得发光，电线的发热却觉察不出来．这是为什么？ 假如在照明电路中接入大功率的电炉，电线将显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾（图 9—6）．这又是为什么？■图 9—6 家庭电路中使用大功率用电器可能引起火灾 要解释上述现象，需要研究电流产生的热量跟哪些因素有关系．　　实验 实验装置如图 9—7 所示，在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶 中各放一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大．通电后电流通过 电阻丝产生的热量使煤油的温度升高，体积膨胀，煤油在玻璃管里上升．电 流产生的热量越多，煤油上升得越高．观察煤油在玻璃管里上升的情况， 就可以比较电流产生的热量．■图 9—7 研究焦耳定律的实验装置　　1．接通电路一段时间，比较两瓶中的煤油哪个上升得高（图 9—8）．实 验结果是：甲瓶中的煤油上升得高．这表明，电阻越大，电流产生的热量 越多．■图 9—8 两瓶中电阻丝是串联的，通过的电流相同，只是两根电阻丝的电阻不同，这是在电流和通电时间相同的情况下，研究热量跟电阻的 关系．2．在两玻璃管中的液柱降回原来高度后，调节滑动变阻器，加大电流，重做上述实验，通电时间与前次相同．在两次实验中，比较甲瓶（或乙瓶） 中的煤油哪次上升得高（图 9—9）．实验结果：在第二次实验中，瓶中煤 油上升得高．这表明，电流越大，电流产生的热量越多．3．实验表明，通电时间越长，瓶中煤油上升得越高，电流产生的热量越多．■图 9—9 第二次实验第一次实验 两次实验中电阻和通电时间相同，只是电流不同，这是在电阻和通电时间的情况下，研究热量跟电流的关系．　　英国物理学家焦耳做了大量的实验，于 1840 年最先精确地确定了电流 产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比．这个规律叫做焦耳定律． 焦耳定律可以用下面的公式表示：Q=I2Rt．公式中电流 I 的单位要用安培，电阻 R 的单位要用欧姆，通电时间 t 的单 位要用秒，这样，热量 Q 的单位就是焦耳．■焦耳（）　　[例题]一根 60 欧的电阻丝接在 36 伏的电源上，在 5 分钟内共产生多 少热量？　　先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流，再用焦耳定律公式计算电 流产生的热量．解：UI = =R36伏60欧= 0.6安．Q=I2Rt=（0.6）2×60×300 焦　　=6480 焦． 电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，也就是电流所做的功全部用来产生热量，那么，电流产生的 热量 Q 就等于电流所做的功 W，即 Q=W=UIt．再根据欧姆定律 U＝IR，就得到 Q＝I2Rt．可见，在电流所做的功全部用来产生热量的情况下，焦耳定 律可以根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来．学过了焦耳定律，你能回答这一节开始时提出的两个问题吗？　　想想议议 从第四节的例题知道，额定电压相同的灯泡，额定功率越 大，电阻越小，单位时间内产生的热量越多．可是按照焦耳定律，电阻越 大，单位时间内产生的热量越多．二者似乎有矛盾，这是怎么回事？练 习1．电流通过导体产生的热量跟
成正比，跟
成正比，跟
成正比．2．指出焦耳定律公式中各物理量使用的单位．　　3．通过 110 欧电阻丝的电流是 2 安，产生 4400 焦的热量要用多长时 间？　　六、电热的作用　　家用电器如电风扇、电视机等，连续使用较长时间后，要停用一会儿， 特别是在炎热的夏天．这些电器长期停止使用，隔一段时期应该通电一次， 特别是在潮湿的天气．为什么要这样做呢？　　原来这是电流的热效应在起作用．各种电器里都有导体，只要电流通 过导体，就要发热．连续使用较长时间后，要停用一会儿，是为了散热， 防止用电器的温度过高而烧坏元器件．潮湿会降低绝缘性能，使电路工作 失常，影响用电器的使用，所以用电器长期停止使用，隔一段时期要通电， 利用电热来驱潮．可以说电热既有积极的一面，可供我们利用；又有消极 的一面，要防止它造成危害．　　电热的利用 电热器是利用电来加热的设备，电炉、电烙铁、电熨斗、 电饭锅、电烤炉（图 9—10）等都是常见的电热器．电热器的主要组成部 分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上做成 的．电流通过电阻丝发出热量，供人们利用．电热器清洁卫生，没有环境 污染，热效率高，有的还可以方便地控制和调节温度，这些都是电热器的 优点．■图 9—10 电热在日常生活中的应用供取暖用的电褥，烘干物品的电烘箱，孵化家禽的电热孵卵器（图 9—11），引发炸药的电热装置，高空飞行员所穿衣服里的电热保温装置等 等，都是电热器．它们的构造和用途不同，原理都是一样的．■图 9—11 养鸡场用电热孵卵器孵出小鸡．　　防止电热的危害 在电动机里，电流所做的功主要用来做机械功，但 电动机里的导线有电阻，也要产生热量，使导线的温度升高．温度超过绝 缘材料的耐热温度，绝缘材料会迅速老化，甚至可能烧坏．这就需要考虑 如何加快散热．有的电动机里装有风扇，电动机的外壳作成如图 9—12 所 示的形状，都是为了加快散热．■图 9—12 电动机的外壳收音机、电视机也要考虑散热，所以在机壳上都有散热窗（图 9—13）．■图 9—13 电视机的散热窗　　想想议议 电流过大会烧断灯泡的灯丝，会烧坏电流表，看来烧断这 种现象总是不好的，但是，你反过来想一想，烧断这种现象能不能加以利 用？　　小实验 利用电能表测电功率　　一般家用的电能表的盘面上，标有每千瓦时的转数．例如一只电能表 标着 3000 转/千瓦时，这表示每消耗 1 千瓦时的电能，电能表的转盘（盘 的边缘上有个红色标记）转 3000 转．利用盘面上的这个数值可以测定用电 器的电功率．现在只让待测功率的用电器工作．记下电能表转盘转过一定转数（比如 15 转）所用的时间，时间可用秒表或手表的秒针来测．利用这些数据怎 样算出这个用电器的电功率？　　实际测一下灯泡的功率，看看测出的功率跟灯泡上标明的额定功率是 否相符．　　测定家用电冰箱每天消耗的电功（千瓦时/日）　　按照上一小实验中所讲的方法测出电冰箱工作时的电功率 P．然后确 定电冰箱每天的使用时间 t．直接测定时间 t 比较麻烦，可先测出电冰箱 的工作时间系数η，按公式 t＝24η（小时）算出 t．测出 P 和 t 就可以知 道电冰箱每天消耗的电功．η的测定方法是：记下电冰箱某次开始工作的时刻 t1 和停机的时刻t2，再记下接着下一次开始工作的时刻 t3．则η= t 2
? t1　　工作时间系数η需在电冰箱正常工作一天之后测定，测定前 1 小时内 不开箱门，冷冻食品也不要搬出．　　同学们想一想，电冰箱所处环境的温度和开启冰箱门的次数对消耗的 电功有什么影响？习 题　　1．1 千瓦时的电能可以供标有“PZ220—40”的灯泡正常发光多长时 间？可以供 100 瓦的电烙铁使用多长时间？可以供 800 瓦的电饭锅使用多 长时间？2．某次雷电的电流约 2 万安，电压约 1 亿伏，放电时间约 0.001 秒．这次雷电的电功率约多少千瓦，电流所做的功约多少千瓦时？3．某工厂共有电灯 1000 盏，都用 60 瓦的普通照明灯泡，平均每天用电 12 小时．如果都改用 40 瓦的日光灯，不但可以省电，且比原来更亮了．该 厂一年（365 天）可节约多少千瓦时的电？4．一个灯泡的灯丝烧断了，把断了的灯丝搭在一起，灯泡会更亮．怎样解释这个现象？　　5．某导体的电阻是 2 欧，通过 2 安的电流时，1 分钟产生多少焦的热 量？6．一只额定功率是 450 瓦的电饭锅，在 220 伏的额定电压下使用，每分钟产生多少焦的热量？　　7．某课外小组的同学自制了一只电烙铁，额定电压是 220 伏，在额定 电压下工作时的电阻是 1210 欧，它的额定功率有多大？在额定电压下通电10 分钟产生多少热量？　　8．某校师生为了开展科学实验，自制了一台电烘箱，用来烘干仪器．电 烘箱的电阻丝通过的电流是 5 安的时候，每分钟可产生 6.6×104 焦的热 量．求这台电烘箱的电功率和电阻丝工作时的电阻．　　9．金属的电阻随温度升高而增大．灯泡发光时，灯丝温度很高，灯丝 电阻比不发光时大得多．一只“220V 15W”的灯泡，在额定电压下正常发 光时灯丝电阻为 3227 欧，而在未接入电路中时电阻仅为 310 欧．在额定电 压下，在刚刚接入电路的很短时间内，通过这只灯泡的电流有多大？实际 功率有多大？学 到 了 什 么1．电流可以做功．电流通过时，电动机转动，电炉发热，电灯发光，这些都是电流做功的表现．电流做功的过程，也就是电能转化为其他形式 能量的过程．电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量．　　怎样计算电功？可以用什么仪表测量电功？常用的电功单位有哪些？ 它们之间的换算关系是怎样的？　　2．电功率是表示电流做功快慢的物理量，电流在单位时间内所做的功 叫做电功率．怎样计算电功率？怎样用实验测定电功率？电功率的单位有哪些？3．用电器上标有额定电压和额定功率． 什么叫额定电压？什么叫额定功率？　　4．电流通过导体产生的热量跟电流、电阻、通电时间有关系，焦耳定 律确定了它们之间的关系．焦耳定律的内容是什么？写出焦耳定律的公式．　　5．电热既有积极的一面，可供我们利用；又有消极的一面，要防止它 造成危害．试举出利用和防止电热的一些实例．
6．下面是这一章的知识结构图．希望你看了这个图，能够把这一章的 知识很好地联系起来．　　第十章 生活用电1．你知道生活用电的知识吗？2．家庭电路是怎样组成的？3．怎样做到安全用电？一、家庭电路　　家庭电路 家庭电路用来给电灯、电视机、洗衣机、电冰箱等各种家 用电器供电．每盏电灯都有一个开关，跟电灯串联，用来控制电灯的通断．其 他家用电器也都有自己的开关．任何一个家用电器的通断，都不能影响其 他家用电器，因此家用电器要并联接入电路中．图 10—1 表示家庭电路的 组成．■图 10—1 家庭电路的组成 家庭电路由外面的低压供电线路①供电，我国的家庭电路的电压是 220伏．图 10—2 是家庭电路的供电线路示意图．家庭电路的两根电线，一根 叫零线，另一根叫火线，火线和零线之间有 220 伏的电压．在低压供电的 电源处，零线是接地的，所以在正常情况下，零线和地之间没有电压，火 线和地之间有 220 伏的电压．家用电器并连在电路中，可以保证在正常情 况下每个家用电器上的电压都是 220 伏．■图 10—2 家庭电路的供电线路示意图　　电能表 家庭电路中要装电能表，用来测量用户在一定时间内消耗多 少千瓦时的电能．电能表要装在家庭电路的干路上，外面的供电线路就接 在电能表上，这样才能测出用户的全部家用电器消耗的电能．电能表上标着一个电压值和一个电流值，所标的电压是额定电压，所标的电流是允许通过的最大电流．一只标着“220V 5A”的电能表，可以用 在最大功率是 220 伏×5 安=1100 瓦的家庭电路上，如果同时使用的家用电 器的总瓦数超过这个数值，电能表的计数会不准确甚至会烧坏．保险丝 电路里的电线都有规定的最大电流值，如果电流超过这个规定值，电线会过热，有可能烧坏绝缘皮，甚至引起火灾．为了避免这种事 故，电路里必须安装保险装置——保险盒，里面有保险丝．在插入式保险 盒中，保险丝装在盒盖上．有些闸刀开关的下方也装有保险丝．家用保险丝是由电阻率较大而熔点较低的铅锑合金制成的．有过大电流通过时，保险丝产生较多的热量，使它的温度达到熔点，于是保险丝熔 断，自动切断电路，起到保险作用．保险丝有不同的规格．保险丝越粗，使它熔断的电流越大．家庭电路要选用规格合适的保险丝，这样，电线中的电流一旦超过规定值，保险丝 就熔断．换保险丝时，不要换用较粗的保险丝，以免电流超过规定值时保 险丝也不熔断，失去保险的作用．家庭电路中千万不要用铁丝、铜丝代替 保险丝，因为铁丝、铜丝在电流过大时不熔断，起不到保险的作用．　　插座 接地 为了给电视机、洗衣机、电冰箱以及其他可能搬动的家 用电器供电，家庭电路中装有插座，有墙壁上的固定插座，也有可移动的 插座．　　通常的插座有两个孔，一个孔接零线，一个孔接火线．把家用电器上 的插头插在插座里，家用电器就连入电路．你可能会注意到：有的插座有三个孔，相应的插头有三个脚（图 10—3）．这是做什么用的？①
对电气设备，习惯上把电压在 1 千伏及以上的叫做高压，1 千伏以下的叫做低压．所谓低压，是相对高压而言，这样区分，决不表明它对人身没有危险．■图 10—3 三孔插座和三脚插头■图 10—3 三孔插座和三脚插头 在三孔插座中，除了两个孔分别接火线和零线外，另一个孔是跟大地连接的，也就是接地的．家用电器上的三脚插头，两个脚接用电部分（如 电冰箱、洗衣机中的电动机），另外那个与接地插孔相应的脚，是跟家用 电器的外壳接通的．这样，把三脚插头插在三孔插座里，在把用电部分连 入电路的同时，也把外壳与大地连接起来（图 10—4）．　　■图 10—4 电冰箱的三根电线，有一根是接地用的．这三根电线接三 脚插头．　　为什么要这样做呢？家用电器的金属外壳本来是跟火线绝缘的，是不 带电的，人体接触外壳并没有危险．但如果内部火线绝缘皮破损或失去绝 缘性能，致使火线与外壳接通，外壳带了电，人体接触外壳等于接触火线， 就会发生触电事故（图 10—5 甲）．如果把外壳用导线接地，即使外壳带 了电，也会从接地导线流走，人体接触外壳就没有危险了（图 10—5 乙）．■图 10—5 金属外壳一定要接地　　测电笔 测电笔（图 10—6）是用来辨别火线和零线的：用手接触笔 尾的金属体，笔尖接触电线（或与电线连通的导体），如果氖管发光，表 示接触的是火线；如果氖管不发光，表示接触的是零线．需要注意的是： 使用测电笔，手一定要接触笔尾的金属体．如果手没有接触笔尾的金属体， 即使笔尖接触火线，氖管也不发光，测电笔就失去作用了．■图 10—6 测电笔的构造和使用方法练 习　　1．家庭电路中的两根线，一根叫
，两根线之间 的电压是
伏．2．三孔插座比两孔插座多的那个孔是跟
连接的，当用电器的三脚插头插在三孔插座里时，除把用电部分连入电路外，还把用电器的
连接起来．二、家庭电路中电流过大的原因　　家庭电路中电流过大，保险丝就要烧断．产生电流过大的原因是什么 呢？下面来分析这个问题，分析中要用到以前学过的知识．■图 10—7 短路是电流过大的原因　　实验 照图 10—7 所示那样，在 C、D 之间接上保险丝，电路的其他 部分用导线连好．接通电源，电灯正常发光，保险丝不熔断．断开电源，在 B、D 之间连上一根导线，造成短路，再接通电源，保险丝立即熔断．■图 10—7 短路是电流过大的原因　　怎样解释上述现象呢？在 B、D 间连上导线，造成短路后，电路中形成 两条支路（图 10—8）：一条支路是 B、D 间的导线，另一条是电灯所在的 支路．B、D 间导线的电阻很小，这时并联电路的总电阻也很小．因此，干 路中的电流很大，连在干路中的保险丝被熔断．从并联电路两条支路中的 电流分配情况知道，这时绝大部分电流经过 B、D 间的导线，可以认为电流 没有经过用电器．因此，所谓短路就是电流没有经过用电器而直接构成通 路．■图 10—8 短路时的电路 装修电路时不细心，使火线和零线直接连通；电线绝缘皮被刮破，或者电线和用电器使用年久，绝缘皮破损或老化，使火线和零线直接连通——这些情况都会造成短路． 发生短路是电路中电流过大的一个原因．另一个原因是用电器的总功率过大．　　实验 实验还是用前面图 10—7 所示的装置，但在 A、B 之间连入电 流表，测定干路中的电流（图 10—9）．先连入一个灯泡，观察电流表的 示数．然后并联上第二个、第三个??灯泡，可以看到电流表的示数增大．当 连入较多灯泡时，保险丝熔断．■图 10—9 总功率过大是电流过大的原因做了下面的例题，就可以解释上述实验现象了．[例题]家庭电路中使用三盏白炽电灯，灯泡的额定功率分别是P1＝100瓦，P2＝P3＝60 瓦．求通过保险丝的电流．解：通过各支路的电流分别是：I1＝P1/U，I2＝P2/U，I3＝P3/U．保险丝安在干路中，通过保险丝的电流是 I＝I1＋I2＋I3＝（P1＋P2+P3）/U=P/U．　　上式中的 P 为接入电路中各个用电器的总功率．代入数值得 I=P/U＝1 安．从上式知道，总功率越大，干路中的电流越大．总功率过大，保险丝 熔断．　　居民楼里不但每家住户有总开关和保险丝，楼里还有总开关和保险 丝．同时使用几个大功率的用电器，楼里的总保险丝会熔断，使整个楼断 电．为了节约用电，也为了不给大家带来断电的麻烦，家庭电路中不宜同 时使用几个大功率的用电器．　　练 习1．电路发生短路时，保险丝为什么会熔断？　　2．某学校电能表允许通过的最大电流是 25 安，学校里已经装了 40 瓦的电灯 50 盏，60 瓦的电灯 20 盏，想要再装些电灯，至多可以再装多少盏 40 瓦的电灯？三、安全用电　　电，它可以为我们服务，但如果不注意安全，它也可以对人造成危害， 致使人触电身亡．因此了解安全用电的知识十分重要．下面是关于安全用 电的对话，读后会使你了解安全用电的知识．问：触电是怎么回事？　　答：要知道人体也是导体．人体触及带电体时，有电流通过人体．电 流对人体的危险性跟电流的大小、通电时间的长短等因素有关．通过人体 的电流为 8～10 毫安时，人手就很难摆脱带电体．通过人体的电流达到 100 毫安，只要很短时间，就会使人呼吸窒息，心跳停止，即发生触电事故．电 流越大，从触电到死亡的时间越短．　　问：我们已经学过欧姆定律，知道导体中电流的大小跟加在导体上的 电压大小有关，那么，是不是任何大小的电压加在人体上，都会造成触电 事故？　　答：不是的．用两手分别触摸一节干电池的正负极，人并没有不舒服 的感觉，原因是加在人体上的电压只有 1．5 伏特，通过人体的电流很微 弱．通过人体的电流决定于外加电压和人体电阻．人体的电阻不是每个人 都一样大，而且同一个人的电阻也不是固定不变的，皮肤干燥时大些，潮 湿时小些．经验证明，只有不高于 36 伏的电压才是安全的．家庭电路的电压是 220 伏，动力电路的电压是 380 伏，都超出了安全电压，一旦发生触电，就有生命危险． 问：家庭电路中的触电事故是怎样发生的呢？ 答：我们知道，家庭电路中的两根电线，一根是火线，一根是零线．家庭电路中的触电事故，都是人体直接或间接跟火线连通造成的．　　■图 10—10 图甲和图乙所示的两种情况，人体都会触电，如果人站在 绝缘体上，例如站在干燥的木凳上，一只手单接触火线，是不会触电的。 站在地上的人触到火线（图 10—10 甲），或者站在绝缘体上同时接触 到两根电线（图 10—10 乙），就有 220 伏的电压加在人体上．在最不利的 情况下，人体的电阻只有 1000 欧左右，按这个阻值来计算，这时通过人体的电流达 220 毫安，这样大的电流定会造成触电事故．　　因此，为了安全，绝对不要接触没有绝缘皮的火线以及跟火线连通的 导体．问：家庭电路中的电线都有绝缘皮，跟火线连通的导体通常我们也接触不到，为什么还会发生触电？　　答：问题就出在：本来是绝缘的物体导了电，本来是不该带电的物体 带了电．这是应当特别警惕的，不加注意，就会发生触电事故．问：能不能说得具体一点，应该注意些什么呢？　　答：要注意防止绝缘部分破损，例如灯座、插座、插头的绝缘壳可能 碰裂，电线的绝缘皮会磨损，都要注意保护．电线接头处要用绝缘胶布缠 好．室内电线不要跟金属连在一起，例如不要挂在铁丝上，免得万一绝缘 皮破了，铁丝带了电．还要注意保持绝缘部分干燥，因为■甲：绝缘部分破损，导电部分外露，要注意检查更换．■乙：不要在电线上搭晾衣物，不要用湿手扳开关．■丙：有人触电时，要先切断电源，或者用干木木棍等绝缘体拨开电线．■丁：架设电视天线时，注意不要触及电线． 图 10—11 当心触电！　　绝缘体潮湿了也会漏电．例如不要用湿抹布擦电灯泡，不要用湿手扳 开关，更不要在电线上晾衣服．　　问：我听说，有人用洗衣机时被电了一下．使用家用电器在安全方面 要注意什么问题？　　答：有金属外壳的家用电器，外壳一定要接地，这一点特别需要引起 注意．用三孔插座和三脚插头可以方便地把家用电器的外壳接地．道理前 面讲过了，不再重复．问：使用有室外天线的电视机，要重视防雷，是这样吗？　　答：是的．要十分重视防雷．雷电是自然界中发生的放电现象．发生 雷电时，在云层和大地之间雷电的路径上有强大的电流通过（图 10—12）， 会给人们带来危害．雷电的路径往往经过地面上突起的部分，如树木、高 大建筑物、室外天线等，所以室外天线要装设避雷装置，特别是室外天线 架设得比周围建筑物高的情况下，一定要装设．　　■图 10—12 雷电的路径经过树木，会把树木烧焦．如果经过室外天 线和电视机，会有什么后果？■图 10—13　　问：我们看到过“高压危险”的标志（图 10—13），高压有什么特殊 的危险性？对于高压带电体，只要我们不去接触它，就可以避免触电事故， 是这样吗？■图 10—13　　答：不是的．高压线路和高压设备的电压高达几十千伏甚至几百千 伏，远远超出安全电压，接触它定会发生触电事故，不接触而靠近它也会 发生触电事故．问：为什么靠近高压带电体也会发生触电事故呢？　　答：高压触电有两类，一类是高压电弧触电．当人体靠近高压带电体 到一定距离时，高压带电体和人体之间会发生放电现象．这时有电流通过 人体，造成高压电弧触电．另一类是跨步电压触电．高压输电线落在地面 上，地面上与电线断头距离不同的各点间存在着电压，当人走近断头时， 两脚位于离断头远近不同的位置上，因而两脚之间有了电压（跨步电压）．这 时电流通过人体，造成跨步电压触电（图 10—14）．因此，为了安全，不 要靠近高压带电体．　　■图 10—14 高压输电线落在地面上，会造成跨步电压触电．如果高压 输电线没有落在地面上，从高压输电线下面走过，并没有触电的危险．　　问：我们学了电学知识，懂得了安全用电的道理，不但自己要注意安 全用电，还要向周围的人宣传安全用电，以避免发生触电事故．可是万一 有人触电，应该怎么办？　　答：发现有人触电，绝不能直接去拉触电人，这样，救人的人也会触 电（为什么？）．在家庭电路中发生触电时，应当赶快切断电源，或者用 干燥的木棍、竹杆将电线挑开（为什么要用干燥的？），迅速使触电人脱 离电源．发生火灾时，要首先切断电源，绝对不要带电泼水救火（为什 么？）．　　　　电虽然有危险，但并不可怕．我们学习了物理知识，懂得了科学道理， 只要严格按照安全用电的要求去做，就可以让电驯服地为我们服务．就谈 到这里吧！已经谈得不少了，你能不能说出安全用电的要点来？希望你结 合学过的知识自己好好总结一下．　　爱迪生和白炽电灯　　白炽电灯就是普通的照明灯泡，它是利用电流的热效应制成的．白炽 电灯的灯丝是用熔点高的钨做的，当电流通过时，灯丝热到白炽状态（物 体温度达到 1700℃以上发白光，这种状态叫白炽状态），发出明亮的光． 白炽电灯是爱迪生发明的，他最先制成了实用、经济的白炽电灯．　　研制白炽电灯必须解决灯丝材料问题．在爱迪生之前，已有许多人研 制白炽电灯．最初是用铂作灯丝．铂是化学性质最稳定的元素，即使高温 时也很难与其他元素化合，但它的熔点只有 1772℃，刚达到白炽状态再继 续通电就烧断了．后来人们改用熔点超过 3500℃的碳作灯丝，但碳很容易 被氧化，必须装在抽去空气的玻璃泡里．由于抽气技术水平低，泡内残存 大量的氧分子，高温时跟碳化合，所以碳丝亮不了几分钟就烧断了．　　爱迪生最初也选用碳作灯丝材料，他把碳化的纸条（碳化是把材料放 在密闭的坩埚内加热，使材料变成碳）放在抽出空气的玻璃泡里，维持白 炽状态达 8 分钟．以后改用耐高温的金属，试用了铂、铱、钼、锇等熔点 高的金属，也想到过钨，但当时他没有加工工具．经过多次失败，他又回 到了碳，试验什么材料碳化后作灯丝最好．同时他努力改进抽气机，把灯 泡里的残余空气的压强从几万分之一大气压减小到百万分之一大气压．据 说他先后试验了 1600 多种材料，到 1879 年制成了由碳化棉作灯丝的高真 空白炽灯泡，寿命达 13．5 小时．后来，他又改用碳化的竹子纤维作灯丝， 寿命延长到上千小时．1882 年，爱迪生在纽约建立了第一个中心发电站， 开创了电照明的新时代．在研制白炽电灯的过程中，爱迪生和他的助手们常常连续几天日夜不停地试验，吃住在实验室中．这位只上过三个月小学，全靠自学成才的大 发明家，除了亲自动手试验，还日以继夜地阅读科学书刊和学术论文．有 一次他的朋友当面称赞他是天才，他笑了笑说：“天才，不过是百分之一 的灵感加上百分之九十九的汗水！”观察·实践·调查　　1．观察你自己家的家庭电路或者你所在教室的照明电路，总共有几盏 电灯、几个开关、几个插座，每个开关各控制几盏电灯，每个插座各接着 什么用电器．了解电路是怎样连接的，并画出电路图．　　2．观察保险盒的构造，并试着练习更换保险丝．在更换闸刀下方的保 险丝时，一定要先拉开闸刀，切断电源，再进行操作．　　3．找螺丝口和卡口灯座各一个，观察和比较它们的构造和接线情况．把 灯泡安在相应的灯座上，弄清楚灯泡的灯丝是怎样跟电路连通的（图 10—15）．■图 10—15 甲：螺丝口灯泡和灯座．螺丝口灯泡的灯丝两头各接一根金属丝，它们分别接在灯泡尾部中心的金属块和螺旋上．乙：卡口灯泡和灯座．卡口 灯泡的灯丝两头所接的两根金属丝，都从灯泡尾部伸出，分别焊住．　　4．调查你家或学校的电路中有没有违反安全用电的地方，如果有，提 出解决办法来．　　5．调查你自己家和亲戚朋友家，在 10 年前和现在，各家的电视机、 洗衣机、电冰箱三项家用电器的数量，并加以对比．从这一对比中，你会 得出什么看法？习 题　　1．观察家中各种家用电器的铭牌或说明书，记下它们的额定功率．估 出每个家用电器平均每天的用电时间，再了解一下本地每千瓦时电的价 钱，算出一个月应付的电费．把算出的电费同按照电能表的计数实际付出的电费相比较．每个家用电器平均每天用多长时间，很难估计准确，这是两个电费钱数相差较多的 主要原因．2．不同粗细的保险丝，允许通过的电流是不同的．一座教学楼的总保险盒中的保险丝，允许通过的电流是 25 安．楼里共有 20 间教室，每间教 室装了 40 瓦的电灯 6 盏．在全部电灯都亮着的时候，能不能再接上 1 个500 瓦的电炉？　　3．如图 10—16 所示的电路，当开关断开的时候，站在地上的人如果 用手接触电路的 A 点，就会触电，为什么？是否电路安装有毛病？电灯开 关的正确连接法应该是：一头跟电灯连接，另一头必须接在火线上．为什 么要这样做？■图 10—164．螺丝口灯座的螺旋套只准接在零线上，不准接在火线上，为什么？图 10—17 所示的 4 种关于螺丝口灯座和开关的连接中，哪种连接符合安全 用电，哪种不符合？说明理由．■图 10—17　　5．插座，特别是准备接大功率用电器的插座，常常要在通插座的火线 上装一根保险丝，而不是在通插座的火线和零线上各装一根保险丝，这样 做不是为了省一根保险丝，而是为了更安全．为什么这样更安全？　　学 到 了 什 么　　这一章我们学习了一些生活用电的实际知识，更重要的是还同时懂得 了在实际问题中是怎样运用物理知识的．　　认真复习本章的课文和做过的练习，把其中用到的物理知识列举出 来，并总结一下你是怎样运用物理知识来理解本章所讲的实际问题的．　　第十一章 电和磁（一）1．电和磁之间有联系吗？2．电磁铁和电磁继电器的原理是什么？它们有哪些应用？一、简单的磁现象　　磁铁吸铁，磁针指南北，这类简单磁现象你在小学自然课里已经学过 了．图 11—1 至图 11—4 所示的现象，可以帮助你回忆起学过的知识．　　■图 11—1 磁铁能吸引铁、钴、镍等物质，磁铁的这种性质叫做磁 性．具有磁性的物质叫做磁体．磁体能吸引铜吗？试试看．　　■图 11—2 磁体各部分的磁性强弱不同，条形磁体两端的磁性最强．磁 体上磁性最强的部分叫做磁极．你是根据什么现象判断磁性强弱的？　　人类最先认识的磁体是天然的铁矿石，叫做天然磁体．后来又学会了 自制人造磁体．通常我们看到的蹄形磁体、条形磁体、磁针都是人造磁体．天 然磁体和人造磁体都能够长期保持磁性，通称永磁体．人造磁体是根据什 么道理制作的呢？　　■图 11—3 可以在水平面内自由转动的条形磁体或磁针，静止后总是 一个磁极指南，另一个指北，指南的磁极叫南极（S 极），指北的叫北极（N 极）．磁针指南北，世界各地都是如此，这是怎么回事？■图 11—4 同名磁极互相排斥，异名磁极相互吸引．　　? 给你一根普通的钢针，没有磁性，你能不能设法把这根钢针变成 磁针？实验 如图 11—5 所示，把条形磁体的一端靠近一根原来没有磁性的铁棒，观察所发生的现象．　　■图 11—5 用什么办法可以判断磁化后软铁棒的极性？铜棒能不能磁 化？试试看．我们看到，铁棒获得了磁性，吸起了下面的铁屑．这种使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫做磁化．铁或钢制的物体都能被磁化． 铁棒被磁化后，磁性很容易消失，称为软磁体．钢棒被磁化后，磁性能够长期保持，称为硬磁体或永磁体．因此钢是制造永磁体的好材料．除了铁、钴、镍外，近几十年来，科学家还制出多种具有软磁性、硬磁性或 其他电磁特性的材料，它们大多数是含铁、钴、镍的合金或铁和其他金属 的氧化物，统称为磁性材料．磁性材料已经在现代生活和科学技术中有广 泛的应用（图 11—6），研制新的磁性材料及其应用，是现代高科技的一 个重要方面．■甲：用于增加电机内磁场的铁心■ 乙：用于记录语音、音乐、图像信息的磁带■ 丙：广泛用于计算机的磁性存储设备■ 丁：作为乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡 图 11—6 磁性材料的广泛应用二、磁场和磁感线　　实验 先在桌上放一圈小磁针，再把一个条形磁体放到小磁针中间， 观察小磁针的指向有什么变化．　　实验结果如图 11—7 所示，小磁针静止时都不再指南北，而有了新的 指向．这是怎么回事？■图 11—7 磁体周围存在磁场　　磁场 原来在磁体周围存在着磁场，小磁针是受到磁场的磁力作用， 才具有新的指向的．磁场是看不见、摸不到的，但人们却可以根据它所表 现出来的性质来认识它，研究它．磁场的基本性质是它对放入其中的磁体 产生磁力的作用，磁体间的相互作用就是通过磁场而发生的．看不见、摸 不到的东西，却可以认识它，研究它，这正是科学的力量所在．　　在图 11—7 中，小磁针在磁场中停在一定方向，这显示出磁场的方向 性．人们规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时北极所指的方向就是该 点的磁场方向．有没有办法把磁场中各点的磁场方向显示得形象些呢？　　■甲：空气看不见，摸不到，我们可以根据空气流动（风）所产生的 作用来认识它。乙：电流看不见，摸不到，我们可以根据电流所产生的效应来认识它。丙：磁场看不见，摸不到，我们可以根据它所产生的作用来认识它。　　图 11—8 看不见，摸不到的东西，却可以认识它，这正是科学的力量 所在。实验 在一块玻璃板上均匀地撒一些铁屑，然后把玻璃板放在条形磁体上，轻敲玻璃板，观察铁屑的分布有什么变化．换用蹄形磁体，再做一 次．■图 11—9 条形磁体（甲）和蹄形磁体（乙）的磁场铁屑在磁场中被磁化，每粒铁屑都成了“小磁针”，轻敲玻璃，使“小磁针”能在磁场作 用下转动，停下来时，每个“小磁针”北极所指的方向显示出所在点的磁 场方向。实验结果如图 11—9 所示．在磁场中无数被磁化了的铁屑排成一条条曲线，形象地显示出各点的磁场方向．　　磁感线 物理学家用磁感应线来形象地描述空间磁场的情况．在磁场 中画一些有方向的曲线，任何一点的曲线方向都跟放在该点的磁针北极所 指的方向一致．这样的曲线叫做磁感应线，简称磁感线．磁体周围的磁感 线都是从磁体北极出来，回到磁体南极．图 11—10 表示条形磁体和蹄形磁 体的磁感线分布．■图 11—10 条形磁体（甲）和蹄形磁体（乙）的磁感线分布（图中的A 点和 B 点是为本节的“想想议议”而加的）。知道了磁感线分布，我们 对磁场的了解前进了一步．　　我们不但知道磁场对放入其中的磁体有磁力的作用，而且还可以知道 磁极在磁场中各点所受磁力的方向．在磁场中的某点，北极所受磁力的方 向跟该点的磁场方向一致，南极所受磁力的方向跟该点的磁场方向相反． 想想议议 有人说，在图 11—10 中，A 点在磁感线上，能确定小磁针 的北极（或南极）在 A 点所受磁力的方向；B 点不在磁感线上，无法确定小磁针的北极（或南极）在 B 点所受磁力的方向．这话对吗？练习图 11—10 条形磁体（甲）和蹄形磁体（乙）的磁感线分布（图 中的 A 点和 B 点是为本节的“想想议议”而加的）．1．磁体间的相互作用是通过
发生的．2．磁场中某一点的磁场方向是怎样确定的？3．磁体周围的磁感线是从磁体
出来，回到磁体
．三、地磁场　　一个能在水平面内自由转动的磁针，静止时北极指北，南极指南，世 界各地基本如此．这是为什么呢？原来地球本身是一个巨大的磁体．地磁 北极在地理南极附近，地磁南极在地理北极附近．在地球周围的空间里存 在着磁场，叫做地磁场，地磁场的磁感线从地磁北极出发到地磁南极（图11—11）．磁针指南北，就是因为受到地磁场的作用．■图 11—11 地球本身是一个巨大的磁体 由于地理两极跟地磁两极并不重合，所以磁针所指的南北方向不是地理的正南正北方向，而是稍微有些偏离．我国宋代学者沈括（） 是世界上最早准确地记述这一现象的人．这比西方哥仑布横渡大西洋时（1492 年）才发现这一现象早了四百多年． 地磁场是怎样产生的，这个问题已经研究了多年，但至今还没有得到满意的结果．四、电流的磁场　　? 把电路接通，导线里就有了电流．这是大家都熟悉的电现象．把 小磁针放在磁场里，小磁针会发生偏转．这是刚刚讲过的磁现象．这两种 现象表面上看起来互不相关，它们之间会有什么联系吗？
奥斯特的实验 如图 11—12 所示，将一根导线平行地拉在静止小磁 针的上方，观察导线通电时小磁针是否偏转．改变电流方向，再观察一次． 实验表明，导线通电时磁针发生偏转；切断电流时磁针又回到原位．这 说明：通电导线和磁体一样，周围存在着磁场，即电流的磁场；正是电流的磁场使磁针发生偏转．这种现象叫做电流的磁效应．■图 11—12 奥斯特实验 实验还表明，电流方向改变了，磁针的偏转方向也相反．这说明电流的磁场方向跟电流方向有关． 在历史上，人们对电现象和磁现象的研究是分别进行的，在相当长的时间里都认为电和磁是互不相关的两件事．19 世纪初，一些哲学家和科学 家开始认为自然界各种现象之间应该是互相有联系的．基于这种思想，丹 麦物理学家奥斯特用实验方法来寻找电和磁之间的联系．起初他的实验都 失败了．直到 1820 年 4 月的一天，他在课堂上演示物理实验时，有一次把 导线平行地放在磁针上面通电，磁针发生偏转．当时并没有引起在场其他 人的注意，而奥斯特却是个有心人，看到这个现象后非常兴奋．他紧紧抓 住这个现象，又继续做了几十个不同的实验，终于成为第一个发现电与磁 之间的联系的人而载入史册．通电螺线管的磁场 奥斯特的发现激发了科学家的探索热情．他们让电流通过弯成各种形状的导线，研究电流的磁场，其中有一种是后来用处 最大的，那就是把导线绕成螺线管再通电．通电螺线管的磁场是什么样的 呢？■图 11—13 通电螺线管的磁场　　实验 如图 11—13 所示，在螺线管的两端各放一个小磁针，并在硬 纸板上均匀地撒满铁屑．通电后观察小磁针的指向，轻敲纸板，观察铁屑 的排列情况．改变电流方向，再观察一次．实验结果表明，通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场一样．通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极，它们的极性可以从实验中小磁针 的指向来确定．改变电流方向，通电螺线管的南北极正好对调，这说明， 通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关．通电螺线管的极性跟电流方向的关系，可以用安培定则来判定．照图11—14 那样，用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇 指所指的那端就是螺线管的北极．你能用这个方法判定图 11—13 中螺线管的 N、S 极吗？■图 11—14 安培定则　　想想议议 如果条形磁铁的磁性减弱了，你能用电流来使它增强吗？ 应该怎么办？练 习1．奥斯特实验证明了什么？　　2．通电螺线管对外相当于一个磁体，它的两个极与电流方向之间的关 系用什么办法来判定？　　3．如图 11—15 所示，磁体 N 极与通电螺线管 A 端相吸引，标出通电 螺线管的电流方向．■图 11—15五、实验：研究电磁铁　　用小磁针探查通电螺线管的磁场，发现当螺线管内插入铁心时，由于 铁心被磁化，磁场大大增强（图 11—16）．因此，人们在利用通电螺线管 得到强磁场时，一般都要把螺线管紧密地套在一个铁心上，这样就构成了 一个电磁铁．■图 11—16 铁心使通电螺线管的磁性增强 电磁铁有什么特点？它的磁性强弱跟哪些因素有关系呢？请你自己做实验来研究．给你的实验器材是：一个线圈匝数可以改变的电磁铁、电源、 开关、滑动变阻器、电流表和一小堆大头针．1．电磁铁的磁性跟电流的通断有关系吗？ 把电磁铁和电源、开关串联起来．观察通电和断电时电磁铁对大头针的作用．2．电磁铁的磁性强弱跟电流的大小有关系吗？ 把电源、开关、滑动变阻器、电流表和电磁铁上匝数较少的线圈串联起来．调整变阻器的滑片，使通电时电路中的电流较小．观察通电时电磁 铁吸引大头针的数目．然后移动变阻器的滑片，使电流增大，观察电磁铁 吸引大头针的数目有什么变化．3．对外形相同的螺线管，电磁铁的磁性强弱跟线圈的匝数有关系吗？　　改变电磁铁的接线，增加通电线圈的匝数，同时调整变阻器的滑片， 使电流保持不变．观察电磁铁吸引大头针的数目有什么变化．将你的实验结果填入下面的空白处：（1）电磁铁通电时
磁性，断电时
磁性．（2）通入电磁铁的电流越大，它的磁性越
．　　（3）在电流一定时，外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性 越
．电磁铁在实际中用处很多，它的最直接的应用之一是电磁起重机（见彩图 6）．工厂里搬运钢铁的电磁起重机安装在吊车上，可以上下移动， 还可以跟吊车一起移动．大型电磁起重机一次可以吊起几吨钢材．电磁铁 在电铃、电报机、发电机、电动机、自动控制上都有应用．想想议议 电磁起重机的铁心应该用软铁还是用钢制成？为什么？练 习　　1．螺线管与电磁铁有什么区别？为什么电磁铁的磁性比螺线管的磁性 强？2．用两种方法设计一个磁性强弱可以改变的电磁铁，画出电路图．六、电磁继电器　　人直接操作高压电路的开关是很危险的，因此我们希望通过控制低压 电路的通断间接地控制高压电路的通断．利用电磁铁制成的电磁继电器， 帮助我们解决了这个问题．　　图 11—17 中的虚线部分是电磁继电器的结构和工作电路示意图，把图 和实物结合起来，认识它的各个部分，弄懂它的工作原理．然后做下面的 实验．■图 11—17 电磁继电器的结构和工作电路 A：电磁铁．B：衔铁． C：弹簧．D：动触点．E：静触点．　　工作原理：电磁铁通电时，把衔铁吸下来，使 D 和 E 接触，工作电路 闭合．电磁铁断电时失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作电路．电磁 继电器就是利用电磁铁控制工作电路通断的开关．　　实验 把继电器线圈接到电源上，组成控制电路．观察通电和断电时 触点闭合和断开的情况．再用一个电源和小灯泡组成一个工作电路，使继 电器通电时小灯泡亮，断电时小灯泡灭．上面的实验用继电器控制小灯泡，似乎没有必要．但如果工作电路是对人有危险的高压电路，就很有必要了．由人直接操作的继电器控制电路 只需要低压就可以工作，不会有危险．如果生产场所温度高或环境不好， 还可以把继电器留在那里，而把控制电路的开关安装在远离该处的地方， 进行远距离操作（图 11—18）．■图 11—18 电磁继电器的应用　　在继电器控制电路中接入对温度或光照敏感的元件，用这些元件操纵 控制电路的通断，还可以实现温度自动控制或光自动控制．想想议议 要使继电器控制电路断电时工作电路接通，继电器控制电路通电时工作电路断开，你能想出办法并画出类似图 11—17 的工作电路图 吗？练 习1．电磁继电器是由
控制的开关．利用电磁继电器可以通过控制
压电路的通断间接地控制
压电路的通断．　　2．在图 11—17 中，用一个温度敏感元件代替低压控制电路中的开 关．当温度低时，低压控制电路断开，当温度升高时，低压控制电路接通．工 作电路中的电动机换成一台空调器．试说明整个电路的工作过程．　　七、电 话　　提起电话，大家不会陌生．可是你知道电流的磁效应在电话里起什么 作用吗？　　话筒和听筒是电话的两个基本组成部分．人对着话筒说话，话筒把声 音振动转化成强弱变化的电流，电流流经听筒，听筒又把它转化成振动， 使人听到声音．振动→变化的电流→振动，这就是电话的基本原理．　　话筒是怎样把声音转化成强弱变化的电流的呢？如图 11—19 所示，话 筒里有一个金属盒，里面装满碳粒，上面盖有一个膜片．碳粒之间的接触 不紧密，它们整体的电阻随膜片压紧的程度而改变．当人对话筒说话时， 声波使膜片振动，膜片忽松忽紧地压挤碳粒，使电阻忽大忽小，在电路中 就产生了强弱按声音振动而变化的电流．■图 11—19 话筒 在电话的听筒里有一个永磁铁，它的两个磁极上套着螺线管，在磁极前面有一个薄铁片，如图 11—20 所示．由于永磁体的吸引，薄铁片有些弯 向磁极．在电话接通时，听筒是和对方的话筒串联在一个电路里的．当从 话筒传来按说话声音的振动而强弱变化的电流时，磁体对铁片的吸引力也 发生强弱变化，使铁片振动起来，发出和对方说话相同的声音．■图 11—20 听筒　　除了听筒和话筒，实际使用的电话机上还有电铃、拨号设备等．随着 科学技术的发展，新型电话机不断出现，有的可以录音，受话人外出时可 以把对方讲的话录下来，受话人回来后放录音就可以知道来过什么电话； 有的可以随身携带，外出时也可以打电话（图 11—21 甲）；有的可以同时 传递图像，打电话的人可以从屏幕上互相看见（图 11—21 乙）．现在，通 话范围可远涉重洋，达到世界各地．电话已成为人类使用最广泛的通信工 具．■图 11—■甲：无线电话机■乙：可视电话机图 11—21阅读材料 我国古代的磁学成就　　远在两千多年前的春秋战国时期，我国已认识磁石了．在公元前 4 世 纪写成的《管子》一书中就有关于磁石的最早记载．关于磁石吸铁，公元前 3 世纪写成的《吕氏春秋》中有“慈石召铁”的记载．古代原来没有“磁” 字，东汉以前的书中都把磁石写作“慈石”．　　指南针是我国古代四大发明之一．它的产生经历了很长的历史过程． 最早的指南仪叫司南．公元 1 世纪东汉学者王充在《论衡》中对司南 做了比较具体的描述．图 11—22 所示的是按古代记载仿制的模型．司南是 用天然磁石琢磨而成的勺子，放在刻有方位的铜盘上，可以转动．当它静止时，勺柄指南．但是，由于摩擦阻力，司南的准确性较差．■图 11—22 司南　　到公元 4 世纪的西晋时代，有了指南鱼．指南鱼是剪成鱼形的薄铁片， 烧热后放在地磁场中磁化而成的，可以浮在水面上，鱼头指南．指南鱼转 动的灵活性比司南好，但磁性较弱，不易保存．　　以后，人们找到了用磁石磨针的方法制作指南针．关于指南针的最早 记载见于公元 11 世纪末北宋学者沈括的著作《梦溪笔谈》．宋代中国的商船经常往返于南洋和印度洋航线上．中国的指南针大约是在公元 12 世纪末传给阿拉伯人，又通过他们传到欧洲人手中．从此， 指南针被许多国家采用，推动了航海事业的发展，促进了世界经济和文化 的交流，对人类的进步作出了贡献．小实验 自制指南针　　1．把两根缝衣针（钢针）并排放在桌上，用条形磁体的一个极沿同一 方向摩擦数十次，使它们磁化，成为磁针．　　2．把这两根磁针平行地穿过子母扣的子扣上的四个孔中（图 11—23 甲）．穿针前先将子扣捏瘪些．　　3．把一根大头针刺过厚纸片，使针竖直立起，针尖向上．将穿好磁针 的子扣顶在针尖上．调整磁针的位置，使磁针能和子扣一起水平地自由转 动（图 11—23 乙）．■图 11—23 自制指南针4．根据磁针静止时的指向确定它们的南、北极． 将自制的指南针保存起来，供以后实验用，并观察它的磁性能保持多久．用电流使铁钉磁化　　拿一根没有磁性的大铁钉，用锤头把它敲弯，成为马蹄形．将一根长 导线在蹄形的两端各绕十几圈（参见图 11—24 中电磁铁导线的绕法），接 通电源，看看铁钉两端能不能吸引铁屑．再根据安培定则判断一下钉尖和 钉头各是什么极，然后用自制的指南针检验你的判断是否正确．■■图 11—241．电磁铁．2．弹簧片．3．螺钉．4．衔铁． 图 11—24 电铃 要想让钉头和钉尖的极性反过来，应该怎么办？试试看．自制电铃　　器材：蹄形电磁铁、弹簧片、衔铁、螺钉、导线、接线柱、开关、电 源、铃和小锤等．　　按照图 11—24 中的布局把电磁铁、弹簧片、衔铁、螺钉及固定它的螺 母安装在木板上．弄懂电铃的原理．然后接通电源，合上开关，看看电铃 响不响．假如不响，不要灰心，仔细检查原因并进行改进．你终究会把它 弄响的．习 题　　1．有两根外形完全相同的钢棒，一根有磁性，另一根没有磁性．如果 没有任何其他用具，怎样才能知道哪一根有磁性，哪一根没有磁性？2．标出图 11—25 中的磁感线方向和小磁针的 N、S 极．■■图 11—25■图 11—263．标出图 11—26 中磁体的极性．4．在一个圆纸盒里有一个条形磁体，圆纸盒外放着一些小磁针，各磁针 N 极的指向如图 11—27 所示．你能画出圆纸盒里的磁体并标明它的 N、S 极吗？■图 11—27■图 11—28　　5．在图 11—28 的装置中，有两个薄铁片（舌簧片）ab 和 cd，它们的 外端固定在一块木板上，里端相互交叠但相隔一个很小的距离．舌簧片连 接在一个有小灯泡的电路中．如果拿一根条形磁体平行地靠近舌簧片，小 灯泡就亮起来．如果让磁铁在上面的水平面内转动，小灯泡就一闪一闪地 发光．为什么？■图 11—28　　6．用磁铁的一极在一根钢棒上沿同一方向摩擦几次（图 11—29）， 钢棒就被磁化了，用它可以吸起铁屑、大头针等．钢铁做的小东西，如钢 锯条、钢尺、小刀、缝衣针等，都可以用这种方法来磁化．试用上述方法 将身边的小形钢制物体磁化，并用它来吸引别的轻小钢铁制品．■图 11—297．在图 11—30 中，标出通电螺线管的 N 极和 S 极．■图 11—308．在图 11—31 中，标出通电螺线管的电流方向．■图 11—31　　9．如果想用一个继电器控制两台电动机，使甲电动机工作时乙电动机 停止，乙电动机工作时甲电动机停止，应该怎么办？10．图 11—32 是一种 防汛报警器的原理图．K 是触点开关，B 是一个漏斗形的竹片圆筒，里面有 个浮子 A．试说明这种报警器的工作原理．■图 11—32 防汛报警器11．图 11—33 是一种水位自动报警器的原理图．水位没有到达金属块B 时，绿灯亮；水位到达金属块 B 时，红灯亮．试说明它的工作原理．注 意：纯净的水不导电，但一般的水都是导电的．■图 11—33 水位自动报警器　　12．图 11—34 是一种温度自动报警器的原理图．在水银温度计里封入 一段金属丝．当温度达到金属丝下端所指的温度时，电铃就响起来，发出 报警信号．试说明它的工作原理．■图 11—34 温度自动报警器学 到 了 什 么　　1．什么叫磁性？什么叫磁体和磁体的磁极？磁极间的相互作用是怎样 的？什么叫磁化？什么叫地磁场？磁针为什么指南北？　　2．从什么事实可以知道磁体的周围存在着磁场？磁场的方向是怎样规 定的？条形磁体和蹄形磁体周围的磁感线分布是怎样的？3．从什么实验知道通电导体周围存在着磁场？　　4．通电螺线管周围的磁感线分布是怎样的？用什么办法来判断通电螺 线管的哪一端是 N 极，哪一端是 S 极？　　5．电磁铁有哪些优点？怎样控制它的磁性有无和磁性强弱？举出几个 应用电磁铁的实例．6．电磁继电器的构造、工作原理是怎样的？有什么应用？7．简述电话的原理以及听筒和话筒的工作原理．第十二章 电和磁（二）1．什么是电磁感应现象？发电机的原理是什么？2．远距离输电为什么要用高压电？3．电动机的原理是什么？4．电能有什么优越性？一、电磁感应　　人们先发明了电池，由电池提供电能．后来又发明了发电机，由发电 机提供电能．现在我们所用的电能，从生活用电到交通运输、工厂企业用 电，主要来自发电站（参见彩图 7）里的发电机．发电机的发明，实现了 电能的大规模生产，开辟了电的时代．　　发电机是利用电磁感应现象制成的．什么是电磁感应，它是怎样发现 的呢？　　奥斯特发现了电流的磁场之后，人们受到了启发：既然电流能够产生 磁场，那么，反过来利用磁场能不能获得电流？英国物理学家法拉第，经 过十年坚持不懈的努力，终于在 1831 年发现了这个现象．法拉第的发现进 一步揭示了电和磁的联系，导致了发电机的发明，实现了机械能转化为电 能．　　实验 1 如图 12—1 所示，在磁场中悬挂一根导体 ab，把它的两端跟 电流表连接起来．■图 12—1 研究电磁感应现象的装置 电流能够产生磁场，把导体放在磁场中也许会产生电流，让我们试试看．保持导体 ab 不动，合上开关，电流表的指针并不偏转，表明导体中没有电流．我们的推断落空了．　　可能是磁场不够强，换用强磁体试试看，保持 ab 不动，合上开关，电 流表的指针仍不偏转．实在令人失望．我们不能固守一种办法，不妨换一个办法试试看．保持电路闭合，让导体 ab 在磁场中上下运动．但还是没有电流． 要像法拉第一样坚持实验．保持电路闭合，让导体 ab 在磁场中左右运动．电流表的指针这次偏转了！■图 12—1 研究电磁感应现象的装置 科学家探索自然界的秘密，要付出艰辛的努力，经过反复曲折，才能打开真理之门．我们这里遇到的曲折，不过是历史上科学家进行探索的一个缩影而已． 磁能生电，这种现象我们是看到了．在什么条件下才能产生这种现象呢？导体要在磁场中运动．但只是运动并不够，图 12—1 中导体 ab 上下运动时并不产生电流．原来导体 ab 左右运动时切割磁感线，所以产生电流， 上下运动时不切割磁感线，所以不产生电流．如果导体斜着运动，也切割 磁感线，会不会产生电流呢？事实上的确会产生电流．那么，结论是什么 呢？　　闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生 电流．这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流．　　实验 2 在上述实验中，导体 ab 向左运动时，电流表的指针向一个方 向偏转，使导线运动方向反向时，即向右运动时，电流表的指针向相反的 方向偏转，表示这两种情况下感应电流的方向相反．保持导体 ab 向某个方 向做切割磁感线运动，把两个磁极对调，使磁感线的方向反向，感应电流 也变成相反的方向．这说明导体中感应电流的方向，跟导体运动方向和磁感线方向有关． 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，外力移动导体做了功，同时产生了感应电流，这样，一方面得到了电能，同时消耗了机 械能．由此可见，在上述电磁感应现象中，机械能转化为电能．练 习　　1．图 12—2 中的 a 表示垂直于纸面的一根导体，它是闭合电路的一部 分，它在磁场中如图中所示的方向运动时在哪种情况下会产生感应电流？■图 12—2　　2．图 12—3 甲表示闭合电路的一部分导体 a 在磁场中沿箭头所示的方 向运动时，导体中的感应电流的方向垂直于纸面向里（图甲）．改变导体 的运动方向（图乙）感应电流的方向如何？再对调两磁极的位置（图丙）， 感应电流的方向又如何？在物理学中用?表示电流的方向垂直于纸面向 里，⊙表示电流的方向垂直于纸面向外．试按此规定在图上画出电流的方 向．■图 12—3二、发电机　　实验 如图 12—4 所示，把手摇发电机和演示电流表连接起来，组成 闭合电路．缓慢摇转大轮，带动线圈在磁场里转动，可以看到演示电流表 的指针左右摆动起来．演示电流表的指针发生偏转，表示电路中有了电 流．指针左右摆动，又表示什么呢？■图 12—4 发电机的电路　　交流电 图 12—5 是发电机的原理图，放在磁场里的线圈，两端各连 一个铜环 K 和 L，它们分别跟电刷 A 和 B 接触，并跟电流表组成闭合电路． 让线圈在磁场中转动，由于 ab 边和 cd 边做切割磁感线的运动，线圈 和外部电路中就有了电流．仔细研究图 12—5，可以看出：在线圈转动的 前半周（甲→乙→丙），线圈都从一个方向切割磁感线，因此外部电路中 的电流方向不改变，都是由 A 流向 B；在后半周（丙→丁→甲），线圈又从另一方向切割磁感线，因此外部电路中的电流改变了方向，由 B 流向A．线 圈继续转动，电流方向将周期地重复上述变化．这可以从电流表指针的左 右摆动看出来．设想每秒钟线圈转一周，电流变化周期就是 1 秒．这种周 期性地改变方向的电流，叫做交流电．■图 12—5 交流电的产生　　甲：线圈开始转动时，ab 边向左运动，cd 边向右运动，导线不切割磁 感线，电路中没有电流．■乙：线圈转动的前半周中，ab 边向下运动，cd 边向上运动，导线切割磁感线，电路中有电流，这时外部电路中的电流由 A 到 B．　　■丙：线圈转到 1■2 周时，ab 边向右运动，cd 边向左运动，导线不 切割磁感线，电路中没有电流．■丁：线圈转动的后半周中，ab 边向上运动，cd 边向下运动，导线切割磁感线，电路中有 c 电流，这时外部电路中的电流由 B 到 A．
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