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内容
第六章 欧姆定律(全章概述和课时要求)课程标准的要求1．通过实验探究电流、电压和电阻的关系。理解欧姆定律，并能进行简单计算。2．能连接简单的串联电路和并联电路。能说出生活、生产中采用简单串联或并联电路的实例。3．会使用电流表和电压表。4．了解家庭电路和安全用电知识。有安全用电的意识。全章概述在第五章"电流和电路"的基础上，本章将首先给出电压和电阻的概念，并进一步通过探究电流、电压和电阻的关系，得出欧姆定律，这是本章的核心，其中还有"探究串联电路中电压的规律"的内容。由于学生已有"探究串并联电路中电流的规律"的学习经验，因此教学中要善于引导，并且通过比较，明确串并联电路中电流规律与电压规律的区别和联系。在基本测量方面，要让学生在会用电流表的基础上，学会使用电压表和滑动变阻器等，并通过测量小灯泡的电阻对学生进行伏安法测电阻的电学基本技能的训练。在实际应用方面，一是各课节中的"动手动脑学物理"栏目中设计了许多实践性、开放性、应用性很强的问题；二是有关安全用电的知识点的设置也与现行九年义务物理教材有很大的差别，本教材是把安全用电的教学内容分成了三个部分，分别放到"电流和电路"、"欧姆定律"、"电功率"三章之内。这样处理有两个原因：第一，使家庭电路和安全用电的问题多次出现，从不同角度反复学习，意在强调安全用电的重要性。第二，加强对于家庭电路和安全用电知识的理性认识。在学了欧姆定律之后，本章仅从电压的高低和电阻的大小两个方面对用电安全性的影响来考虑，目的是培养学生会用所学的物理知识解释身边发生的实际问题和自然现象的能力。课时建议本章共分六节，建议8课时。第一节 电压 1课时第二节 探究串联电路中电压的规律 1课时第三节 电阻 1课时第四节 欧姆定律 2课时第五节 测量小灯泡的电阻 1课时第六节 欧姆定律和安全用电 1课时复习和总结 1课时第六章 欧姆定律(一、电 压)目 标1．知识与技能·初步认识电压，知道电压的作用，电源是提供电压的装置。知道电压的单位：伏、千伏、毫伏。·会连接电压表，会读电压表。2．过程和方法·通过观察小灯泡亮度的变化，获得电路中电流的强弱的信息。3．情感、态度与价值观·通过对学生正确使用电压表技能的训练，使学生学会阅读说明书，并养成严谨的科学态度和工作作风。说明与建议电压在初中不能揭示电压本质的情况下，课本没有像已往教材那样用水流类比电流和用水压类比电压来引出电压的概念。而是通过生活中学生的感知直接点出电压。这样处理可以降低教学的难度。从学生的生活经验入手，通过几个具体的电压值实例，使学生对电压有比较形象和具体的感性认识。从生活中大多数学生已感知"高压"比"低压"危险，但是还不明白其中的道理。这一点请老师教学时要注意点拨，但不要急于一次到位。想想做做通过实例让学生知道，电压是电源提供的。电源有正负两个极，两极间有一定的电压。把用电器的两端分别与电源的正负极连接，电路中就有电流通过，电压是产生电流的原因。教师可以通过改换电路中串联电池节数的多少引起灯泡明亮程度发生变化的实验，引出不同电源的电压不同，产生的电学效果也不同，从而帮助学生初步认识电压是产生电流的原因。同时，让学生认识到这也是一种很重要的科学方法，即通过可观察到的现象（灯光的明亮程度）来获得不可直接感知的信息。使学生了解电压是保持电路中有电流的条件，决定电流大小的重要条件是电源所提供的电压的大小。关于电压概念本身，对于初中学生的要求不高。书中U是表示电压这个物理量的符号，而V是电压单位名称伏特（Volt）的符号，它是以意大利科学家伏打（AlessandroVolta，1745～1827）的姓氏所命名。这两者对于初中学生来说很容易混淆，教学中应该注意加以区分。电鳐电鳐生活在海洋中，是可以产生电的鳐。电鳐身上有发电器官，能产生电压，用于拒敌和猎食。生活在中国的鳐有五十余种，有关生物电是如何产生的知识不必深究，课本上给出了一幅电鳐的照片，目的是激发兴趣，开阔眼界。相关知识可查阅本章"参考资料"部分的内容，也可以鼓励学生自己查阅有关的科普读物，学生读不太懂也没有关系。小数据让学生关心日常生活中有关用电器的电压值，不仅能引起他们的兴趣，也能对"伏特"、"毫伏"、"微伏"这几个单位的大小，增加一些感性认识。如果能把日常生活与教材有关的联系实际内容结合在教学中，学生的印象将会更加深刻。课本中提供了常见的电压"小数据"栏目，帮助学生对电压的大小有些具体认识。教师可以结合当地的实际情况增加一些数据。怎样连接电压表首先要求学生知道，电路中的电压可以用电压表直接测量。电压表的符号也应该让学生记住，由于学生已有连接电流表的基础，因此本教材以阅读说明书的形式提出要求。对于初中学生来说，通过阅读说明书学会使用仪器的方法是养成科学素养的一项很重要的内容。说明书中的一些术语对学生来说可能比较陌生，重要的是让他们学会从各种信息中筛选出有用的信息。不要强求学生把说明书中的所有内容一下子全部看懂，那样做学生会感到负担很重，同时会抑制学生学习的积极性。课本图6．1－4所示的一种学生用的电压表，可能与学校所用的学生实验电压表型号、规格不同，这段教学应该结合本校实际，着眼于能力训练，要使学生了解电压表的特点和使用的规则。规则1：接线柱的接法要正确（＋、一号，最大测量值）规则2：被测电压不要超过电压表的量程规则3：电压表必须和被测的用电器并联对于未知电压的测量，如果预先不知道被测电压的约值，但能判定被测电压不会超过15V，可以先用最大测量值为15V的量程，如果测出的电压不超过3V，为提高读数的准确性，可以改用最大测量值为3V的量程进行测量。这一点不仅在使用电压表时要遵循，在使用电流表等仪表时也要遵循。希望让学生重视这个问题。怎样在电压表上读数读出电表的读数，是电学实验中必须具备的基本技能，不能只靠简单的重复训练，需要先讲清读数的基本方法，这样训练才有效果。学生已有读取电流表读数的基础，还应该指导学生看清三点：一是看清选用了哪个量程，从而知道满偏度所表示的电压值；二是看清每一大格分成几个小格，以及它们各表示的电压值；三是看清测量时表针停在哪个大格、哪个小格上。教学时，要结合实物讲清并指导学生观察和训练。电流表、电压表都不估读。测量时，表针的位置离哪条刻线近，就按哪条刻线算。想想做做从知识和技能方面来考虑，一是要总结出电池串联后的电压关系，二是要训练学生正确使用电压表进行测量。电池的串联在实际中应用较动手动脑学物理多。电池的倒接和顺接究竟有什么不同呢？通过实验可以比较出来。这样既可以巩固知识，又可以提高学生的学习兴趣。教师可根据实际情况让学生动手操作，获得感性认识后总结出电池串联后的电压关系。动手动脑学物理1．此题的目的是训练学生动手连接闭合电路，学习用电压表测量电压的方法。注意要求学生不仅在纸面上会连接电路、画电路图，而且一定要进行动手操作训练。课本中只给出了连接小灯泡的情况，实际教学中也可改用其他用电器，如小电机、音乐门铃等，换一个新的用电器就是一次新的练习，要多动手练才行。另外，在如何选取量程方面也要得到训练。2．这是一个自制电池的设计制作型练习，又是一个让学生学会连接电压表，并能读取电压表上读数的技能性训练题目。实验时应该指导学生采用"试触"，即在合上开关时要轻轻接触一下就断开，而不是一下子将开关合到底长时间不断开。"试触"在电学实验中很重要，要求学生掌握这种方法。根据电压表上指针的方向变化，就可判断哪个金属片是电池的正极，哪个金属片是电池的负极。本题可以考虑用一定的时间让学生交流（包括让同学们互相演示）。3．这是个电表读数练习题。学生已有电流表读数的基础，注意让学生分清不同量程下1个小格所代表的不同的量值，并要求学生在记录读取的测量数据时，务必将数值和单位一并写出。4．这是一个训练学生正确连接电压表的题目。初学者在连接电路时，容易犯顾头不顾尾的毛病，这里的错误是只想到要将电压表并联使用的原则，而没有注意与电源连接的问题。第六章 欧姆定律(二、探究串联电路中电压的规律)目 标1．知识与技能·探究串联电路中电压的规律；训练连接电路和使用电压表的技能。2．过程和方法·科学探究全过程的亲身体验，领会科学研究的方法。3．情感、态度与价值观·严谨的科学态度与协作精神。说明与建议探究串联电路中各点间的电压有什么关系本节课应达到以下要求：一是学生继续体验科学探究，学习科学探究的方法，对于串联电路中电压的关系，要求学生通过探究活动得出；二是这节课的评价重点要放在对过程的评价上，即学生是否认真经历了各个环节，直至最后写出了科学探究的小报告（填在课本上即可），对于结论的正确与否不作重点评价。本节教学应该在实验室进行。可以要求学生按照课本中的步骤完成。也许有的学生一下子会说出"结论"而自以为得意，但是应该让学生明确：一下说出来的"结论"不是结论，只是猜想，只是探究活动的开始，它还需要论证。探究活动的目的绝不只是让学生说出和记住结论，而是要求学生在探究的过程中学习，科学探究过程的每个环节都有它特有的教育功能。提出问题课本是在"串联电路"、"电压"、"电压表的使用"、"串联电池组的电压关系"等知识学习的基础上，直接提出问题："串联电路中各部分电路的电压与总电压有什么关系？"猜想或假设学生的想像会是丰富多彩的，如：串联电路中的电流是各处相等的，电压是产生电流的原因，是否电压也会与电流有相同的关系呢？串联的两个小灯泡能同时发光，说明各部分电路也一定有电压来维持，它们的电压之和是否与电源的总电压相等？教学中要多鼓励，对于富有想像力的学生要充分肯定，不管这个猜想是否与教师心中的答案相同。不要怕耗费时间而急于得出结论，这个问题的结论不在教学要求之内（课程标准上没有明确要求）。设计实验在做出猜想或假设之后，进入制订计划阶段，这实际上就是让学生设计实验课本中直接给出了探究的具体计划。即要对电路中各个用电器两端的电压进行测量，这样实验器材的名称及数量就可以确定下来。另外，考虑到物理规律的客观性、普遍性和科学性，在实验设计中，引导学生采用更换负载，进行多次测量的方法。这对于学生形成科学思维方法的作用较大。设计实验的训练，能提高学生思维和工作的条理性，养成良好的工作作风，是"过程和方法"、"情感、态度与价值观"教育的重要内容。进行实验这一步是实际操作，要注意仪器使用的规范性。注意让学生养成记录原始数据的习惯。分析和论证这一步是数据处理。学生可自行设计记录数据的表格，并通过实际测量结果回答问题："测量结果说明了什么？""得出了什么结论？"等。本探究的结论："串联电路中的总电压等于各部分电路的电压之和。"评估要求学生对自己的探究活动进行回顾、分析，并思考在探究过程中，哪些问题真正弄懂了，哪些问题还不清楚，实验设计有没有不合理的地方，操作中有没有什么失误，测量结果是不是可靠......初中学生做实验、解题往往做完了不检查，不总结。其实，"评估"是一切工作的重要环节，通过评估可以发现不足，及时弥补，还可以总结经验，有利于将来的学习和工作。交流"交流"在《义务教育物理课程标准》中是单独列出的一个环节，其实它贯穿于整个探究活动之中。教学中，可组织学生以小组为单位进行交流，也可以全班交流。交流一定要包括口头交流。不能只交流结论，要从问题的提出开始，包括猜想、设计实验......同学之间互相比较一下，看看有什么不同，想一想，"我的为什么和别人的不一样？"教师要鼓励不同的想法和做法，能够让学生开展争论就更好了。并联电路中的电压另外，有关"并联电路中电压的规律"的内容，标准中没有要求，学生应该能够自己完成。教学中教师可以点一下，也可以通过实际电路加以验证，但不必花费太多的时间，课程标准上不做要求。关于本节的评价的建议与知识和技能的评价不同，不要把探究的结论作为评价的标准，而要根据学生参与探究活动的全过程所反映出的学习状况，对其学习态度、优缺点和进步情况等作出适当的评价。在对学生交流给予充分重视的同时，注意培养全体学生的参与意识。动手动脑学物理1．这是串联电路中电压规律的应用性题目。有条件的学校可鼓励学生集体动手制作彩灯串儿。2．这仍是一个自制电池的设计制作型练习题。与上节不同的是选用水果代替盐水溶液，实验时仍应指导学生采用"试触"的方法，根据电压表上指针的方向变化，来判断哪个金属片是电池的正极，哪个金属片是电池的负极。通过学生动手操作，选取不同的金属和不同的水果（每个学生自愿选取两种金属和一种水果）进行实验，可以考虑用一定的时间让学生交流（包括让同学们互相演示），这种交流会使学生对不同物质所具有的共性及个性有所认识。STS这部分内容可让学生自己阅读，同时也应该鼓励学生关注环境保护方面的问题，通过网上及各种渠道的资料调查，进一步了解有关废电池对环境的危害，提高环保意识。资料性调查研究能力也是一种十分重要的科学研究能力，也同样是科学研究的基础，因此要求学生要学会查找各种资料。第六章 欧姆定律(三、电 阻)目 标1．知识与技能·知道电阻及其单位。·知道滑动变阻器的构造，会把滑动变阻器连入电路来改变电流。2．过程和方法·通过观察实验、对比等方法，学习利用滑动变阻器改变电流、电压。·3．情感、态度与价值观·通过了解半导体和超导体以及它们在现代科学技术中的应用，开阔视野。说明与建议想想做做把长短、粗细相同的不同导体连入照明电路中，通过观察灯泡明亮程度的变化，来获得不同导体（相同条件下）对电路中电流的阻碍作用的信息。课本图〕。6．3－1只画出了两种不同的金属导体，教学中也可以多选取几种材料进行比较。电阻概念的引出是通过上述实验得出的。实验有两个作用：一是引出电阻的概念，导体对电流有阻碍作用，电阻是导体本身固有的一种属性。二是表明电阻的大小跟导体的种类等因素有关。电阻的概念比较抽象，教学中教师最好不要硬性地将其灌输给学生，而是通过"想想议议"中的实验（课本图6．3－1中也可串联接入一个电流表），让学生观察、比较、分析，确认导体对电流有阻碍作用后得出，即要把电阻概念的教学变得直观、生动、具体，并且使学生明确怎样用实验的方法比较导体电阻的大小。电阻教材以电阻概念的定义、电阻的大小和单位、常见的电阻器为核心展开，直接给出电阻单位的名称、简称、符号。教材没有给出电阻率的概念，而是给出几种"长度为1m、横截面积为lmm金属导线在20℃时的电阻值"。这样处理既满足《义务教育物理课程标准》的要求，又向学生渗透电阻的本质特征是表征物质的一种固有属性，不同导体的导电能力是不同的。换句话说，不同的导体对电流的阻碍作用不同。有关影响金属导体电阻的几个因素的内容，《义务教育物理课程标准》中没有要求，而是以活动建议的形式提出来了。因此，该内容没有在课本上列出，有条件的学校可放手让对此感兴趣的学生开展探究活动，研究电阻大小与材料种类、长度、横截面积的关系。通过课本上的照片和实物可以帮助学生认识各种电阻。通过将电阻器连入电路，让学生观察及测量电路中电流、电压的变化情况，来理解电阻器的作用。另外，利用电阻的知识，进一步说明绝缘体的本质，让学生明白，绝缘体之所以起到绝缘的作用，就是由于其电阻很大的缘故。科学世界半导体和超导体：利用电阻的知识，进一步说明导体与绝缘体的区别，使旧知识有所升华。由于半导体的应用已很广泛，向学生介绍这方面的知识，对启发学生思维，开阔眼界，提高学习兴趣，都大有好处。想想做做通过改变铅笔芯在回路中的长度来改变回路中的电阻的实验，引出导体电阻的大小与导体的长度有关的结论。在相同粗细的条件下，导体的长度越长，电阻越大；导体的长度越短，电阻越小。进而为讲解滑动变阻器的工作原理打下了基础。这个实验，材料简单易得。学生在丰富实际知识时，获得深入的科学道理，会感到有趣。变阻器教学时可通过演示收音机控制音量的旋钮（改变音量的实际需要）、调光台灯的控光旋钮（改变光亮的实际需要）等，激发学生强烈的求知欲，创设良好的学习情景，为变阻器的学习做好铺垫。要求学生结合滑动变阻器实物和照片，了解滑动变阻器的构造。在学习滑动变阻器的构造、工作原理和用法的情况下，进一步理解滑动变阻器的作用。要让学生注意每个变阻器都有规定的最大电阻值和允许通过的最大电流值。尽管这一点在教学上不作要求，但是对于一个电路元器件的学习，这方面的意识培养还是很重要的。探究把改变小灯泡的亮度作为实际需要，让学生运用滑动变阻器来解决实际问题，并且采用科学探究的方式。由于变阻器的学习属技能性训练方面的内容，因此探究的方式也与前面的学习有所不同，以提出思考性问题的方式展开，并且课本中的思考问题只有通过动手操作，才能深刻领会。学生在探究中，一方面熟悉并掌握变阻器的结构和连接方法。另一方面使变阻器知识有的放矢，同时这一活动又是实践性和开放性并存，给学生留有很大的空间。因此在指导上要有张有弛，对技能方面的训练要严格，对学生提出的新问题、新思路、新方法要给予指导和鼓励。动手动脑学物理1．此题的目的是继续训练学生连接闭合电路的能力，同时学会用变阻器控制小灯泡亮度的连接方法。注意不仅要在纸面上会连接电路、画电路图，还一定要进行多次练习。这是上面"探究怎样用变阻器改变灯泡的亮度"的巩固性题目。2．目的同上。将接线柱接错，使变阻器成为一个不变的电阻。让学生指出错误之处后，要求学生动手改接。四、欧姆定律目 标1．知识与技能·通过实验探究电流、电压和电阻的关系。理解欧姆定律，并能进行简单计算。·使学生会同时使用电压表和电流表测量一段导体两端的电压和其中的电流。·会用滑动变阻器改变部分电路两端的电压。2．过程和方法·使学生感悟用"控制变量"来研究物理问题的科学方法。3．情感、态度与价值观·重视学生对物理规律的客观性、普遍性和科学性的认识，注意学生科学世界观的形成。说明与建议欧姆定律是电学中的基本定律，它是进一步学习电学知识和分析电路的基础，是本章的重点。欧姆定律是实验定律，要求学生通过探究活动得出，从而更进一步体验科学探究，学习科学探究的方法。这一节综合性较强，从知识上讲，要用到电路、电流、电压和电阻的概念；从技能上讲，要用到电流表、电压表和滑动变阻器等。探究 电阻上的电流跟电压的关系本节教学要在实验室进行。教师也许会担心学生从课本上看到欧姆定律的结论怎么办？应该明确：这并不妨碍探究活动的开展，因为科学的结论是需要论证才能得出的。探究活动的目的绝不只是让学生记住"结论"，而是要求学生在探究的过程中学习。因此，组织好学生的探究活动是得出欧姆定律的关键。提出问题课本是在前面"电流"、"电路"、"电压"、"电阻"等知识学习的基础上，推断出电流与电压、电阻的定性关系。这样处理一是给接下来的实验结果做了铺垫，不致使学生感到突然；二是目的明确，使学生对将要探究的问题产生强烈的愿望，想要证实一下这个推断。有了定性的关系，又知道电流是可以用电流表测量的物理量，电压是可以用电压表测量的物理量，电阻也是可测量的物理量。在此基础上就可以引出"探究电流与电压、电阻会不会有定量关系"的问题。猜想或假设学生的想像会是丰富多彩的，如：·电压越大，电流越大；·电阻越大，电流越小；·也许是其中的两个相乘等于第三个？也许是其中的两个相除等于第三个？*也许......对于富有想像力的学生要充分肯定，在教学中，要多鼓励，多引导。同时逐渐要让学生领悟到：对于物理问题，不能仅靠猜想，还要进行实验研究，通过实验来检验猜想是否正确。设计实验让学生设计实验，课本中没有给出"探究电流与电压、电阻定量关系"的具体计划，而是在实验设计中采用定值电阻，使电阻这个物理量是已知的，换言之，这个量是固定不变的。这样就暗示着把研究三个变量之间的关系问题变成了固定其一研究另外两者关系的问题。即"固定电阻，研究电流与电压的关系"问题。现行九年义务物理教材在这个问题上是直接运用"控制变量法"来处理的。从一定意义上来说是有效的，可以参考。不过，由于《义务教育物理课程标准》中对欧姆定律的要求有所降低，因此本教材只是让学生通过"固定电阻，研究电流与电压的关系"问题，而没有像旧教材那样，又从另一个角度，即"固定电压，研究电流与电阻的关系"问题。本教材这样处理，一方面考虑要降低难度要求，作为初学物理的学生来说，第一次接触三个变量的关系问题是比较难的问题。另一方面，考虑到这样处理比较符合欧姆在研究该问题时的思想方法（见本章参考资料10）。可要求学生在实验设计时，针对某一定值电阻进行设计，其中包括测量仪器的选取和实验电路图的设计。课本中就电压的改变给出了改变电池节数的方法（图6－1），这是最简单的。同时课本在此采用比较开放的方式，让学生自己想办法处理电压的改变问题，也提到可以使用学生电源等方法，不过没有给出具体的操作方案，教师可以根据学校和学生的实际情况进行处理。一般是采用滑动变阻器进行分压（图6－2），由于学生已经有串联电路中电压的规律和滑动变阻器的知识做铺垫，因此应该鼓励学生运用这种方法。可以让学生想一想，为什么电路图6－1的设计不够合理？另外，应该提醒学生注意：要考虑到物理规律的客观性、普遍性和科学性，在实验设计中，要采用更换定值电阻进行反复实验的方法。这种方法对于学习物理是不可忽视的，本章已是第二次出现这种处理方法。进行实验实际操作中，要让学生注意仪器使用的规范性。在一个实验电路中，同时使用电压表和电流表，对学生来说这是第一次。所以在连接电路时，除了复习电压表和电流表的使用方法外，应该给予具体的指导。·要提醒学生注意：在测量过程中，电路闭合时间不能太长，读取数据后要断开电路，以防通电时间过长，电阻发热给测量带来误差。·测量组数的多少可根据时间而定，时间充足就多测量几组，但至少要测量三组以上。·若使用学生电源并通过滑动变阻器来分压的情况下，让学生调节滑动变阻器的滑片，尽量使定值电阻两端的电压成整数倍地变化（如：1V，2V，3V......）。实际操作中，尽可能让学生通过动手的过程自己去感悟，当然这样做对学生的要求是高一些，也许学生一下子想不到，教师最好不要急于告诉学生。分析和论证数据处理时，可引导学生认真思考测量结果说明了什么？得出了什么结论？根据取得的原始数据启发学生讨论，得出结论。结论：通过导体的电流与加在导体两端的电压成正比。有的学生和老师也许愿意用图象进行处理数据。不管学生采用什么方法，只要学生通过测量结果得出：U=RI，或I=U／R，或R=U／I的任意一种形式均可。评估要求学生对自己的探究活动进行回顾、分析，思考在工作中哪些问题真正弄懂了，哪些问题还不清楚，实验设计有没有不合理的地方，操作中有没有什么失误，测量结果是不是可靠......让学生有意识地进行"自我评估"的训练也是一个十分重要的环节，能学会自己发现不足，及时总结，及时调整。交流教学中，可采取各种形式进行交流，不能只交流结论，要从问题的提出开始，包括猜想、设计实验......同学之间互相比较一下，看看有什么不同，想一想，"我的方法、结论为什么和别人的不一样？"鼓励不同的想法和做法，如果学生能够开展争论就更好了。欧姆定律欧姆定律中，电压的单位用伏特，电阻的单位用欧姆，电流的单位用安培。欧姆定律的公式还可写成：I=U／R。但由于伏特、欧姆、安培这三个单位都是单独给出的，因而这里不要求对此作进一步讲解。要提醒学生注意在应用欧姆定律的公式进行计算时，一定要统一国际单位后方可进行计算。通过欧姆定律的应用的例题，学生应学会对数学公式的变形，求未知物理量的问题。为避免学生将物理问题数学化，课本警示学生注意物理量的计算不同于数学上的计算，必须有对应的物理单位才有意义。为此教学中需加以强调。额定电压额定电压的含义达到常识性了解即可。通过稳压器的作用，比较具体、形象地了解额定电压的含义及其界定。让学生知道，用电器两端电压的大小会直接影响流过用电器的电流大小，保证用电器正常工作的电压值就是额定电压，高于或低于额定电压值都有危害。这一点也为本章第五节"测量小灯泡的电阻"以及电功率一章中的第四节"测量小灯泡的电功率"中的相关问题做了铺垫。短路学生虽然知道导线的电阻比较小，但是同灯泡的钨丝相比究竟小多少？课本在"电阻"一节中虽给出了几种长度为lm、横截面积为lmm金属导线在20℃时的电阻值，但没有列出相应钨丝的电阻值。教学时，可以给出相同条件下，两种金属的电阻数值上的差异，即常温下，铜的阻值还不到钨的三分之一。同时，还要指出，随着灯丝的温度逐渐升高，电阻值也会增大。这一点在教学上不做要求，让学生了解即可。教学时，还可以从欧姆定律的知识出发，让学生从理论上理解电源短路时电流过大的原因，即在电源电压一定的情况下，导体的电流与电阻成反比，而导线的电阻过小，从而回路中的电流就会变得很大，因此会造成极大的危险。短路的教学，也可以放在下一节内容后处理。动手动脑学物理1．应用欧姆定律的计算问题。课本中的例题已经有了铺垫，直接将已知的物理量代入公式计算即可。（答案：I=2．27A）2．不能直接将数值代入公式计算，先将已知的物理量的单位统一为国际单位再代入公式进行计算。（答案：U=210V）3．先将已知的物理量的单位统一为国际单位再代入公式进行计算。（答案：R=8．8Ω）4．训练学生会运用欧姆定律分析电路中的短路问题。通过计算并与第1题结果的比较，可明显看出造成短路会给通电回路带来如此大的电流，从而获得短路危险性的进一步认识。五、测量小灯泡的电阻目 标1．知识与技能·应用欧姆定律，学习一种测量电阻的方法。·会同时使用电压表和电流表，了解钨的电阻特性。2．过程和方法·通过测量小灯泡的电阻，了解欧姆定律的应用。3．情感、态度与价值观·实验电路的设计、连接以及测量过程中的兴趣培养。说明与建议本节是欧姆定律内容的延续。教师可首先提问：欧姆定律I=U／R可变形为R=U／I，可不可以说导体的电阻R与U成正比而与I成反比？也就是说，加在导体两端的电压U越高，导体的电阻R就会越大？通过导体的电流越大，导体的电阻R就会越小？然后说明，电阻是物质的属性，是导体本身因素决定的，不会因通电情况的不同而不同。本节内容要求学生自己设计实验电路、自选仪器、设计实验步骤、实验记录表格等，特别是围绕着变阻器在电路中的作用等方面提出了较高的教学要求，教师应给予积极引导和充分重视。想想议议课本中提供了测量一个灯泡中电流和它的两端电压的实验电路图（课本图6．5－1），其电路中加了变阻器，同时提出问题"变阻器有什么作用呢？"教师首先应对前面变阻器等方面的知识进行复习，要真正让学生明白滑动变阻器在电路中的作用。电路中接入滑动变阻器，通过改变接入电路的电阻，就能改变电路中的电流和导体两端的电压。多测量几组不同的电流和电压的数据，就可以得到多个电阻测量值。从而可以通过取平均值的方法，去掉测量的偶然误差，提高物理量的测量精确度。这里变阻器的作用就是起到改变电路中电流的作用。让学生通过物理实验的学习，学习使用这种方法是十分必要的。想想议议第一个问题：从电流表的使用规则来说，被测电流不能超过电流表的量程。同时，要让学生注意每个变阻器都有允许通过的最大电流值。对于一个电路元器件的学习，要注意这方面意识的培养。因此闭合开关之前，应该先调整变阻器的滑片，使它连入电路中的电阻值最大，换言之，使它处于电路中电流最小的位置。第二个问题：用电器（灯泡）两端的额定电压是保证用电器正常工作（灯泡正常发光）的电压值。当高于额定电压值时，根据欧姆定律，流过用电器（灯泡）的电流就会比正常工作条件下的电流值大，这对用电器的使用寿命是有很大影响的，严重时会烧坏用电器。因此从设备安全角度考虑，测量时要使电压逐次降低，而不是升高。动手动脑学物理1．此题的目的是对学生进行电路连接的训练。学会用变阻器控制电路并测量小灯泡电阻的电路连接方法，注意不仅要在纸面上会连接电路，还一定要在实验室进行多次这样的练习。课本图6．5－2中的错误是将变阻器的接线柱接错，短路接入电路，变阻器失去改变电路电阻的作用。应该强调，短路是很危险的（如果电源电压超过小灯泡的额定电压），因此在电路连接过程中要绝对避免。2．该题目是数据处理方面的训练问题。通过数据的处理，使学生进一步巩固欧姆定律知识及测量电阻的一种基本方法。3．该题目具有很强的实践性、开放性，要求学生开展探究活动来回答这个问题。由于课文中已涉及此问题，因此最好是要求学生独立完成。4.该题目同样具有很强的实践性、开放性，《义务教育物理课程标准》和课文中并未提"内接"、"外接"的问题，因此该问题在教学上不作要求。对于有余力的学生来说，最好让其动手连接电路及实际测量，并分析不同测量电路的特点和区别。通过伏安法测电阻中的"内接法"和"外接法"问题的思考，开阔眼界，不要求学生一定得出标准答案（见参考资料中相关知识的介绍）。六、欧姆定律和安全用电目 标1．知识与技能·会用欧姆定律的知识理解安全用电的道理。2．情感、态度与价值观·使学生具有安全用电的意识和社会责任感。能自觉地执行和宣传安全用电。·通过了解避雷针的发明过程，培养学生热爱科学的精神。说明与建议在学了欧姆定律之后，本章是从电压的高低、电阻的大小对用电安全性的影响入手的。关键是让学生会运用已学到的电学知识，一方面增强自我保护的意识；另一方面，在帮助他人时要有讲安全、讲规则、讲科学的意识。这方面的训练，对学生科学素养、价值观的树立是十分重要的。为什么电压越高越危险电压越高越危险。从生活经验中，学生会对此早有感知。这里主要是从两个方面来考虑，一是从电压高低对用电安全性的影响来考虑。二是从安全教育的角度来考虑。通过欧姆定律的学习，学生已经知道通过导体的电流与加在导体两端的电压成正比。在给出对人身体的安全电压值36V的前提下，学生会真正警醒高电压的危险性。教学中可以列举几种高压危险情况的实例，让学生逐一列举并分析产生危险的原因。为什么不能用湿手触摸电器由欧姆定律知道，在电压一定的条件下，电阻越小，产生的电流越大。不能用湿手触摸电器，就是从电阻大小对安全性的影响来考虑的。不纯净的水也是导体。由于不纯净的水中有离子（化学课还没有开，对初中学生来说，离子的概念还没有形成，因此不能给学生解释过多），这样不纯净的水对电流的阻碍作用就比较小。湿的手与干的手比较，电阻值有很大的差异。同时，如果用湿手插（拔）插头、按开关等，极易使水流入插座和开关内，使人体和电源相连，造成危险。因此，千万不要用湿手触摸用电器。注意防雷避雷针的广泛应用是早期电学研究中的一项重要成果。请参阅参考资料中有关"富兰克林的风筝实验与避雷针的发明"的内容，让学生通过物理学史知识的学习理解科学研究的意义以及学习科学家为科学而献身的精神。地球表面的物体由于受到地球表层或其他物体的摩擦，使原子最外层电子脱离原子。由于地球本身是一个极大的电容，因此质量较轻、较易移动的负电粒子便跳至地表积聚于地球表面，而将带正电的粒子留在空气中。因此初步地讲，地表带负电，而天空上方则带正电，正电荷大约分布在距地表50000m处（图6-3）。雷电均发生在积雨层，由于积雨层内空气所含的水蒸气比干燥空气多，而电荷极易吸附于水珠表面，故积雨层可积聚许多电荷。避雷针因在房屋的高处，其尖端曲率半径又极小，分布在其内的负电荷所产生的电场很大，易使其周围的空气电离而造成一条可以导电的通道（图6－4）。并且避雷针是金属做的，是电的良导体，当电荷传至避雷针尖上时极易沿着金属线流入大地。这一电流通道可使云层和建筑物间的正负电荷中和，使云层放出的电荷完全通过避雷针流入大地而不会损坏建筑物等。针对雷电是大气中一种剧烈的放电现象可进行简明扼要的解释，不要求过深。课文中选取的三幅照片，一是让学生认识避雷针；二是通过它来反映科学发现的伟大力量和意义。这一点对学生科学世界观的形成也是十分有意义的。STS雷电灾害的实况报导。学生自己阅读，不需要教师讲解。目的是让学生提高安全意识和防犯意识，同时通过这血的教训警示大家，人类同大自然的抗争，需要科学的头脑和科学的手段。动手动脑学物理1．从安全教育的角度考虑，使学生具有安全用电的意识。2．查找资料能力的训练。第六章 欧姆定律(参考资料)伏 打伏打（1745～1827），意大利物理学家，对电流的早期研究作出了重要贡献。伏打从1765年开始从事静电实验研究。1775年他发明了起电盘（静电起电机），1787年他发明了灵敏的麦秸静电计。他的最大功绩是发现了两种不同金属接触时产生电势差的现象，发明了伏打电池。1780年，博洛尼亚大学的解剖学和生理学教授伽伐尼在解剖青蛙时偶然地发现蛙腿的痉挛，伽伐尼将这一现象归因于"动物电"。伏打注意到伽伐尼的发现，做了许多动物电实验。1793年他全然否定了动物电的存在，提出了闻名的电的接触学说。他以不同金属联成的环接触蛙腿及其背，从而成功地使活青蛙痉挛。他还观察到由两种金属联成的弯杆，一端放到眼睛附近，当另一端与嘴接触的瞬间有光亮感等。伏打由此猜测，这些实验中最根本的是不同金属的接触。并且通过进一步的实验断言，伽伐尼电池产生于两种不同金属的接触。伏打将导体分为第一类导体（金属）和第二类导体（潮湿导体）。他证实，只有通过木同类导体的接触才可能产生"电动势"（指伏打用语）。他又发现产生电循环的本质条件是必须由两种不同的第一类导体和第二类导体组成回路。1799年，他发明了一种直接倍增伽伐尼电的两类导体的组合接触法，这就是一片片潮湿的纸板隔开的一对对锌版和铜板组成的伏打电堆。他还发明了第一个伏打电池组。伏打电堆和伏打电池在此后的一段时间中成为产生电流的唯一手段，它们的发明和运用开拓了电学的研究领域。后人为了纪念伏打在电学上的贡献，将电动势和电势差的单位以他的姓氏命名为伏特。磁电系仪表的一些知识磁电系仪表是电工指示仪表中应用最广泛的一种仪表，它可以直接测量直流电压和电流。学校实验室中用的电流表和电压表大都是磁电系仪表。（l）磁电系仪表的结构原理磁电系仪表的结构如图6-5所示。永久磁铁1两端各有一个半圆形极掌2，构成两个磁极。在两权掌间有圆柱形铁心3，极掌和圆柱形铁心间的空隙中形成均匀辐射状的强磁场。细导线线圈4绕在矩形铝框上，轴5与线圈两端相连，轴尖支撑在轴承里，使线圈可以自由转动。指针6与轴相连。游丝7的内端固定在转轴上，外端固定在仪表内部的支架上。一个仪表中通常有两个游丝，它们的旋绕方向相反。当线圈中通电转动时，两个游丝被扭转，产生反作用力矩，两个游丝还兼作线圈中电流的引入线和引出线。8是零点调节器。9是平衡锤，用来调节可动部分的机械平衡。当线圈4中有电流通过时，线圈受磁场力而转动，转动力矩的大小跟电流的大小有关系。电流增大，转动力矩增大，指针转角也增大，当转动力矩与游丝的反作用力矩平衡时，指针停止转动，停留在某一位置上，指示出电流的数值。矩形铝框可对转动产生阻尼力矩。当线圈转动时，铝框因切割磁感线产生感应电流，感应电流与磁场相互作用，产生阻碍线圈转动的阻尼力矩。线圈停止转动，阻尼力矩立刻消失。阻尼力矩的作用是使指针尽快地停到平衡位置上，减少指针由于惯性在平衡位置附近来回摆动的时间。根据磁场对通电导线的作用力公式，可以推导出磁电系仪表指针的偏转角a的公式如下：式中B为磁感应强度，N为线圈匝数，A为线圈的有效面积，D为游丝的反作用系数，I为通电电流。对于已经制成的仪表，B、A、N、D都是固定值。因此偏转角a仅与通电电流I成正比，a与I是线性关系。因而磁电系仪表的刻度盘是均匀的。（2）准确度等级电工指示仪表的准确度等级分为7级，即：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0。准确度等级表示仪表允许的最大绝对误差与仪表满刻度值之比的百分比。中学实验室中的学生用电表都是2.5级的。对于电流表的OA～3A挡，它的示值最大可能绝对误差ΔI=±2.5％×3A=±0.075A。电压表的0V～15V挡，示值的最大可能绝对误差为ΔU=±2.5％×15V=0.375V。（3）磁电系仪表的优缺点优点：①准确度高。磁电系仪表采用永久磁铁，磁场强，受外界磁场影响小。分流电阻和附加电阻都可以做得很准确。因此这种仪表的准确度高，可以达到0.1级，甚至可达到0.05级。②灵敏度高。只需通以很小的电流，线圈就能产生足够大的转动力矩，所以灵敏度很高，可达1μA分格。③仪表消耗的功率小。测量机构内部通过的电流很小，所以消耗的功率小，对被测电路的影响小。④刻度均匀。指针的偏转角a与被测电流I成正比，是线性关系，所以刻度均匀。缺点：①过载能力低。由于电流通过很细的游丝，线圈导线也很细，所以电流超过额定值后易烧坏游丝和线圈。②只能直接测量直流电。③结构较复杂，成本高。磁电系仪表有永久磁铁和活动线圈，比电动系仪表和电磁系仪表结构复杂，成本也高。（4）仪表的选择与使用选择和使用磁电系仪表要注意以下事项：①按被测量的大小选择适当量程的仪表。合理选择适当量程的仪表可以充分发挥仪表准确度的作用，减小测量的相对误差。被测量的值应选在仪表测量的最大值和2/3最大值之间。②按被测量的实际要求合理地选择仪表的准确度级别。仪表的准确度级别应等于或小于被测量允许误差的1/3～1/5,不必追求更高准确度的仪表。③购买仪表时要检查是否有合格证书，合格证书不能超期，否则应进行周期检定。④磁电系仪表只能用在直流电路中，要注意接线的极性，不能接反。⑤应使仪表处在规定的位置，例如水平放置、竖直放置，或按表的规定倾斜角度放置。③调好零点。读数时姿态要端正，视线要平直，避免产生读数误差。直流电源能使电路中形成恒定电流的装置，如干电池、蓄电池、直流发电机等，称为直流电源。直流电源有正负两个电极，正极的电势高，负极的电势低；当两个电极与电路连通后，直流电源能维持两个电极之间的恒定电势差，从而在外电路中形成由正极到负极的恒定电流。要使电源两极间的电势差保持恒定必须使在外电路中由正极流到负极的正电荷，在电源内部逆着电场力的方向，由负极返回到正极去。这个过程不能靠静电力，只能靠某种与静电力方向相反的"非静电力"来实现。因此，电源就是一种提供非静电力的装置，通过非静电力做功，把非电能转化为正负电极之间的电势能。表征电源特征的重要物理量有两个：一个是电源电动势E，另一个是电源的内电阻（简称内阻）r0。直流电源的类型很多，不同类型的直流电源，非静电力的性质不同，能量转换的过程也不同。例如，在化学电池中，非静电力来自与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用，化学电池放电时，化学能转化为电能和电路中的内能。在直流发电机中，非静电力来自电磁感应作用，直流发电机供电时，机械能转化为电能和电路中的内能。电 鳐有些生物细胞，不仅细胞膜内外有电位差，在细胞的不同部位之间也存在电位差。这类细胞称极性细胞。在极性细胞所组成的组织中，如果极性细胞的排列方向不一致，它们所产生的电场相互抵消，该组织就表现不出电位差。如果极性细胞的排列方向一致，该组织的不同部位间就呈现一定的极性与电位差。它的极性与电位大小，取决于细胞偶极子矢量的并联、串联或两者兼有所形成的矢量总和。如在一些生物组织上，极性细胞就是串联排列的。其中电鳗等鱼具有的电器官就是由特化的肌肉所形成的"肌电板"串接而成。如由5000～6000个肌电板单位串联而成的电鳗的电器官，由于每个肌电板可产生0．15V左右的电压，因此这种电器官放电的电压可高达600V～866V。电鳐的"肌电板"数没有电鳗的多，因此产生的电压在200V左右。（选自大百科全书生物卷）电子论对金属导体电阻的解释金属是由自由电子和正离子组成的。正离子构成金属结晶点阵，自由电子不断地作无规则的热运动。大量自由电子的热运动在任一方向上的速度平均值为零，不形成电流。在外加电场作用下（在导体两端加电压），这些自由电子获得了一个逆着场强方向的定向移动速度，形成了电流。电阻就是作定向移动的自由电子跟晶格碰撞所产生的对电流的阻碍作用。不同材料的金属，有不同的结晶点阵结构，因而有不同的电阻。几种常用电器的电阻名 称电阻（Ω） 普通干电池铅蓄电池15～40W日光灯丝冷态直流电阻15～20W日光灯镇流器冷态直流电阻220V 40W白炽灯泡（冷态）220V 40W白炽灯泡（热态） 0.70.05～0.13.5～528～3210001210电阻器的标志方法电阻器的阻值和允许偏差的标志方法有三种。直标法在电阻器表面上直接标出产品的标称电阻值和允许偏差的百分数。如"5.1kΩfl±5％"表示标称阻值是5.1kΩ，实际阻值不偏离此值的5％。这种方法一目了然。文字符号法表示阻值单位的符号有R（表示100Ω）、K（表示103Ω）、M（表示106Ω）、G（表示109Ω）、T（表示1012Ω）。表示允许偏差的符号有：B（表示±0.1％）、C（表示±0.25％）、D（表示±0.5％）、F（表示±1％）、G（表示±2％）、J（表示±5％）、K（表示±10％）、M（表示±20％）、N（表示±30％）。在表示阻值单位文字符号前面的数字表示该电阻器电阻的整数值，在此文字后面的数字表示小数点后面的阻值，末尾是允许偏差。如"5K1J"表示标称阻值5.1kΩ、误差±5％，"10RK"表示标称阻值10Ω、误差上10％。这种方法由于取消了小数点，从而避免了因小数点不清而发生的误识。色标法用四条或五条色带来表示电阻器的阻值和允许偏差。导体质料的标志符号有：T（表示碳膜电阻）、J（表示金属膜电阻）、Y（表示金属氧化膜电阻）、X（表示线绕电阻）。电阻器的工作电压、功率一般是直接标出的。超导现象1911年，荷兰物理学家昂尼斯（1853～1926）发现，水银的电阻率并不像预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到4.15K附近时，水银的电阻突然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度（或临界温度）TC。现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都能在不同条件下显示出超导性。如钨的转变温度为0.012K，锌为0.75K，铝为1.196K，铅为7.193K。经典理论对超导现象产生的原因无法解释，为了从微观上对这一现象进行解释，花费了固体物理学家近半个世纪的心血，直到1957年才由巴丁、库珀和施里弗建立了完整的超导微观理论（BCS理论）。为此，他们荣获1972年诺贝尔物理学奖。我们知道，在大的电磁铁或电机中，通过线圈的电流很强，为了避免产生过多的热量，线圈就必须用较粗的导线绕或采取冷却措施。如果用超导体做线圈，就可以避免这种缺点。现在用超导体制造电机方面的研究工作已取得较大的进展。超导电缆的研究和应用，也有很大进展。超导电缆埋在地下，损耗小，有利于节约能量，保护环境和节约土地。超导现象在高能物理领域也有重要应用。用超导线圈制成的电磁铁能产生强大的磁场，对于核聚变时约束等离子体和粒子加速器实验装置都有很大用处。目前阻碍超导现象大规模应用的主要问题是它要求低温。如果能得到在室温下工作的超导材料，可能会使整个工业的发展发生巨大的变化。对新的超导材料的研究工作，我国走在世界的前列。关于伏安法测电阻的内接法与外接法利用电压表和电流表测电阻R的电路有两种接法。（1）电流表内接法电路：如图6－6。结果：测量值偏大，即R测＞R0定性解释：电流表内接时，电流表的读数与R中的电流相等。但由于电流表的内阻RA≠0，而具有分压作用，使电压表读数大于R两端电压，因此，由R测=U/I算得的电阻值偏大。定量分析：因为电压表所量得的是R和RA的串联电压，所以测得值是R和RA的串联等效电阻，。绝对误差相对误差因此，在待测电阻R>>RA时（这时电流表的分压很小），内接法误差小。（2）电流表外接法电路：如图6-7。结果：测量值偏小，即R测<R0。定性解释：电压表的读数与R两端电压相等。但由于电压表内阻RV≠∝，而具有分流作用，使得电流表的读数大于流过R的电流，因此由R测＝U／I算得的电阻值偏小。定量分析：因为电流表量得的是通过R和的总电流，所以测得值是R和RV的并联等效电阻。绝对误差相对误差因此，在待测电阻R<<Rv（这时电压表分流很小）时，外接法误差小。在实测中，内、外接法的选择并不都是理论上越精确就一定越好。例如：设待测电阻R=5Ω，电流表电阻RA＝0.05Ω，电压表电阻Rv=10kΩ。使用外接法时使用内接法时理论结果似乎说明外接法更好，但实际上我们使用这两种线路所得测量值是会相同的。这是因为任何一种指针式电表，由于制作时磁钢的强弱、动圈电阻的大小、刻度的间距、阻尼的大小等等因素不可能都绝对相同，因此电表本身就具有一定的误差棗误差等级，中学学生实验使用的电流表、电压表一般都是2.5级电表，即测量误差可达最大刻度值的25％。在这种情况下，δ内=1％和δ内=0.5‰。的差别，电表本身已不能反映出来，因此测量结果将相同。但如果待测电阻是0.5Ω，则内接法的误差就会达到10％！这时就应使用外接法了。在实测中，不一定都能事先知道待测电阻的大概值，也不一定很清楚和的大小。为了快速、准确地确定一种较好的接法，可以按以下步骤操作：①将待测电阻R与电流表、电压表如图6-8接好，并将电压表的一根接线K空出。②将K先后触碰电流表的两个接线柱a、b。③比较两次触碰中两个电表的读数变化情况：若电压表读数变化显著，说明电流表分压作用明显，应使用外接法，K接a；若电流表读数变化显著，说明电压表的分流作用明显，应使用内接法，K接b。欧姆定律的建立欧姆定律是在人们还缺乏"电流强度"、"电动势"（或"电势差"）概念，电阻概念还在摸索中，又缺乏电流计的情况下诞生的，作为一名中学教师创立这一重要定律的过程是来之不易的。卡文迪什在研究莱顿瓶放电时已经发现，不同的导体在导电能力上存在差异。电池的发明为研究电路提供了方便的工具。戴维于1821年详尽地研究了不同金属的导电能力，发现导体的导电能力与它的横截面积成正比。与此同时，贝克勒尔（A.C．Becquerel1788～1878）发现，在长度比与横截面积比相等时，同一种金属制成的导线有相同的导电能力。在这些成果的影响下，欧姆开始了这方面的研究工作。1825年5月，他发表第一篇研究论文《金属传导接触电的定律的初步表述》，通过磁针转角的大小来讨论电流电磁力的衰减与导线长度之间的关系即金属的相对传导率。7月，他用不同的金属制成了同样直径的导线，比较它们的电导率。由这项实验他得出，如果以铜的电导率为1000，各种金属的电导率：金为574，银为356，锌为333，黄铜为280，铁为174，铂为171，锡为118，铅为97。在后来复查时，他曾发现在拉制银导线时，其上面覆盖了油层，表面看起来直径是相同的，但实际却细得多，因而出现过银的电导率远比铜小的结果。通过这些实验他同样得出，同一材料制成的导线，当它们的长度与横截面积成正比时，它们的电导率相同。进一步的实验使他在次年得出了重要的有关电路的实验定律。在实验中，他注意到因电池的极化作用，使输出很不稳定。为了克服第一篇论文所反映的实验中的缺点，他听取了著名德国物理学家波根道夫（J．C．Poggendorff，1796～1877）的建议，决定改用温差电池作为电源。好处在于①稳定，易于控制；②内电阻大为减小；③电流较小，减少了热效应的干扰。欧姆的温差电源及整个实验装置如图6－9。铋铸框架abb'a'，两脚分别铆上铜框架abcd和a'b'c'd'。铋铜腿ab与a'b'分别插入盛沸水和冰水混合物的锡杯中形成100℃的温差。脚d与d'分别插入水银杯m与m'中，形成整个温差电源的两极。待试验的长度不同的8条镀钢铁丝两端也分别插入水银杯m与m'中，与框架形成回路，框架旁悬有磁针tt的扭力秤，UU是刻度，VV是玻璃罩，Z是观察刻度的放大镜。插入的导线不会影响铋-铜的接触电动势，影响它的只是温度。在 1826年1月，他在缜密分析五次实验数据后报告说："我们已经得出的数字，可以很满意地用下列方程予以表示：式中X是通电导体对磁作用的强度，X是导体的长度，a和b是恒量，它们的量值按照激动力（后来称之为电动势）和电路其余部分的电阻而决定"。用上式计算得出的结果与用实验得出的结果只有很小的差别。进而，欧姆使温差电池的冷端保持在0℃，而热端保持在室温。这时仍取原先的b值，而把a值做相应的改变，计算所得数值与实验数据"至多只有半分度之差"。从而，他得出结论说，"该方程适用于激动力的任何值"，而a的值"只决定了激动力"，激动力又"恰与电路两端之间的温差成比例"。"b只决定于电路的未变部分"，用今天的术语说，就是温差电池的内阻。关于电路的实验定律就这样建立起来了。两个月后，欧姆在另一篇论文《由伽伐尼电力产生的静电现象的理论尝试》中，将上式简化为X=A/L。X是电流的申磁力即现今的电流强度，A为某一电路上"所有电张力的总和"（即导体两端的电势差），L为该导体的"等效长度"（相当于电阻），这就是欧姆定律，这个公式是欧姆自己经常采用的形式。欧姆又进一步把电与热类比，提出了电量数学计算及关于电路的三条基本原理，建立和推导了电路的运动学方程，求解方程，就可以得出欧姆定律。1827年，他把这些成果以《用数学推导伽伐尼电路》为题发表，以便建立起他的电路理论。这本书的出版，不但没能给他带来应得的荣誉，反而使他陷入窘境，受到德国国内同行的许多非难。但国外的同行对他的工作高度赞扬，英国皇家学会把1841年科普利奖章授给他，以褒奖他引入电动势、电流强度和电阻等概念，褒奖他发现的重要定律。至此，电路的研究已发展到重要阶段，适当的基本量已经选出，且有了确定意义，因而为其后的发展奠定了坚固的基础。富兰克林的风筝实验与避雷针的发明莱顿瓶放电时能够击死小鸟、老鼠等小动物，雷电时可以击死人、畜等。所以，有人推测放电电火花与天空中的闪电可能具有相同的性质。富兰克林对此作了深入的研究。在1749年11月7日的笔记中，他记下了放电与闪电的一致："l.发光；2.光的颜色；3.弯曲的方向；4.快速运动；5.被金属传导；6.在爆发时发出霹雳声或噪声；7.在水中或冰里存在；8.劈裂所通过的物体；9.杀死动物；10.熔化金属；11.使易燃物着火；12.含硫磺气味。"摩擦产生的电与雷电竟然有这么多的特性是相同的！他开始酝酿一个大胆的实验，即制作一根长20英尺~30英尺顶端削尖的铁竿，把云中的电引下来。他认为，这项实验如能成功，那么采用相同的方法，就"可以给人类用于保护房屋、教堂、船舶等等免除闪电的轰击。"但是，这个想法没有得到英国皇家学会的支持。后来，富兰克林想，铁竿的高度总是有限的，怎样才能把铁竿伸入到云层中去呢？他想起了儿童时代玩过的风筝，于是，他用杉木搭成一个十字架，蒙上一块丝绸手帕，做成了一个风筝。它能够经受风吹雨打而不撕裂，他还在风筝上加了一根1英尺长的尖细的金属丝。在系风筝的粗麻钱靠近手的一端，加上了一条丝带（非导体），接头处系上一把钥匙。1752年6月的一个雷雨天，他和儿子一起把这个负有特殊使命的风筝放了出去。麻线被雨淋湿后，纤维挺立起来。当他用手指节靠近钥匙时，打出了电火花，手感到了发麻。而后，他又用这把钥匙为莱顿瓶充了电。发现雷电与摩擦电具有相同的性质。这项实验破除了雷电是"上帝之火"的神话。一系列的实验表明，大多数云层带的是负电，所以雷击时"绝大多数是大地的电穿进云层，而不是云层的电落向大地"。到处都在重复雷电实验，彼得堡科学院院士利赫曼（r．JIi4x，1711～1753）在得知富兰克林的实验后也决心投入征服雷电的研究，他在自己家中建造一座"岗亭"，用其上的金属杆作"检雷器"，来测定云是否带电。他不放过每一次暴风雨，1753年7月26日，他在彼得堡科学院会议上听见一声巨雷后连忙赶回家去，因未检查接地设备是否有效，而献出了生命。他的牺牲提醒电学家人们不能再这样死去。风筝实验的直接结果是避雷针的出现。早在1749年和1750年，富兰克林就提出过避雷针的设想，认为尖导体既能释放或吸收物体上的电，也能释放或吸收云层中的电。他建议将上端尖锐的防锈铁杆装在房屋高处直通地里，或装在船的桅杆须再抛入水中，"在云层将要产生电击的千钧一发之际，静悄悄地把电从云中吸走，因而使我们免受最突然、最骇人的悲剧。"在风筝实验的那年夏天，他在铁棒与建筑物之间用绝缘体隔开，并称这种装置为"避雷针"，试用良好。捷克牧师狄维斯（P．DiviSCh）在1745年首先设计出避雷针。费城一些高大建筑物因装上这种避雷针而安然无恙，在欧洲特别是法国也开始流行。避雷针的广泛应用是早期电学研究中的一项重要成果。第七章 电功率(全章概述和课时要求)课程标准的要求1．从能量转化的角度认识电源和用电器的作用。2.理解电功率和电流、电压之间的关系，并能进行简单计算。能区分用电器的额定功率和实际功率。3．知道在电流一定时，导体消耗的电功率与导体的电阻成正比。4.了解家庭电路和安全用电知识。有安全用电的意识。全章概述这一章的主要目标是让学生了解电能和电功率的概念，知道电流的热效应以及与电功率有关的安全用电方面的问题。通过这一章的学习，应该使学生了解电能可以转换为其他形式的能量，而电功率是量度能量转换快慢的物理量，以及电能和电功率的单位；学生应该会读取电能表的数值，并会用电流表和电压表测量小灯泡的电功率；了解电流的热效应，并知道电能转化成热能时的功率跟导体的电阻成正比；知道家庭用电总电流和总功率的关系。本章教材与现行九年义务教育物理教材的编写思路有较大的不同。从整体来讲，先从生活、生产中的现象使学生对电能有初步的概念，然后通过电能引入电功和电功率的概念，介绍电能表的使用。整章教材结构是围绕电能的概念展开的，如下图所示。相对而言，现行九年义务物理教材是以电功概念为核心展开的。课程标准实验教材的这个编写方式，反映了编写新教材的两个基本理念：1．能量是比功更基本的概念，从更深层次上反映了物质运动和相互作用的本质。现行九年义务物理教材中先讲力学，且力学部分占据较大篇幅，而功是力学中的重要概念，因此形成了以功为核心的教材结构。2．重视学生在学习科学知识时生活经验的作用。学生在日常生活中更多接触"能量"的概念而不是"功"的概念。课时建议本章共分五节，建议6课时。第一节电能1课时第二节电功率1课时第三节测量小灯泡的电功率1课时第四节电和热1课时第五节电功率和安全用电1课时复习和总结1课时一、电 能目 标1．知识与技能·知道电能的单位是焦耳，另一个单位是千瓦时，知道电功率的单位是瓦或千瓦。·会使用家庭电能表。2．过程和方法·体验电能可以转化为其他形式的能量。3．情感、态度与价值观·了解电能在人类社会中的作用。·认识节约用电的重要性。说明与建议本节教材是围绕"电能"这个概念展开的。课文开始即用两幅组合图，从供电和用电两方面展现了电能与我们生活息息相关。实际生活中用到电的例子远不止这些。在教学中可以通过活动引入新课。例如：点亮小灯泡，让学生体验电能可以转化为光能；触摸通电的小灯泡，体会电能可以转化为热；给小电动机通电使其转动，体会电能可以转化为动能，等等。通过这些活动使学生体验电能可以转化为其他形式的能，为以后了解普遍的能量转化做铺垫。然后结合课本图7.1－1和7.1－2，交流生活中还有哪些电能转化的现象，以身边的实例丰满、深化学生对电能的认识。课本图7.2图注中出现了动能和热等词语，而且讲课过程中也不可避免地会出现这类词汇。按照以往的观念，一个新的概念只有在课堂上学过了才能用。但考虑到初中学生在生活中已经或多或少接触过或使用过这些名词，因此在这里一般性地使用也是可以的。电能的单位介绍电能的单位时，可以举出一些实例，使学生对焦耳和千瓦时的大小有具体的感性认识。例如：将一个苹果从地面举到桌面所需要的能量大约为1J；手电筒通电1S，消耗的电能大约也是1J；微波炉工作1min消耗的电能大约为60000J；1kw·h电能大约可以炼钢1．6kg，等等。电能表教材详细介绍了电能表的使用方法，教学中应尽量结合实物讲解。重点是介绍电能表的读数方法。教学中还可以让学生观察电能表并读出它的示数，再假定一个月后它的另一个示数，请学生说出这个月内家中共用了多少电。还可以让学生根据每消耗1kw·h电能表盘的转数，计算用电器在较短时间（如1min）所消耗的电能。根据具体情况的木同，电能表的参数并不完全一样。例如，有的电能表的额定电流为5A，每消耗1kw·h的电能转盘转过1500转。建议学生观察自家的电能表，结合实际情况了解这一点，不要机械记忆这些数据。目前有的地方出现了新式电能表。课本举出两例，意在开阔学生视野。电功课程标准对电功概念的要求不高。这里，学生只需要知道"电能转化为其他形式能的过程是做功的过程"。学生应可以举出生活中电流做功的实例，并知道功的单位和能量的单位是一样的。动手动脑学物理1．本书的练习侧重与生活实际相联系。最后一问的结论是开放的。电费的变化可能是由于费率调整，或用电量有变化。2．这也是一个开放性问题，让学生自己去计算一下，意在学习处理实际问题。3．2000年我国的总发电量（1239亿千瓦时），这可以让学生自己去查，培养学生查找资料的能力。二、电功率目 标1．知识与技能·知道电功率表示消耗电能快慢，知道电功率的单位是瓦或千瓦。·会用功率的计算公式P=W/t进行简单的计算。2．过程和方法·观察体验电能表表盘转动快慢跟用电器电功率的关系。3．情感、态度与价值观·培养实事求是的科学态度。说明与建议什么是电功率现行九年义务教育物理教材对电功率的定义为"电流在单位时间内所做的功"，因此教学中可以通过比较在相同时间内不同用电器所做的功引入电功率的概念。但本教材在此之前还没有讲述机械功，因此不能这样引入新课。演示新教材是通过比较电能表表盘转动快慢引入电功率概念的。首先设置疑问，引起学生思考的兴趣："表上铝盘的转动，有时慢悠悠，有时急匆匆。这是为什么？"进而通过演示实验，观察不同瓦数电灯泡的使用与电能表铝盘转动快慢不同。此时教师进行讲解：电能表是计量所消耗的电能多少的工具，因此电能表表盘转动快慢不同就表示用电器消耗电能的快慢不一样。在物理学中用电功率表示消耗电能的快慢。注意演示时尽量选用转数大的电能表，如3000revs／kw·h，效果会很明显。为了加深对"功率表示能量转化快慢"的理解，课堂上还可以增加用手摇发电机进行演示。把手摇发电机与小灯泡连接，先以适当速度转动发电机使灯泡正常发光，告诉学生发电机是把动能转化为电能的装置。然后分别加快及减慢转速，使灯泡亮度变强和变弱。请学生描述并解释观察到的现象，期望学生用功率把观察到的现象联系起来。手摇速度快→能量转化快→功率大→灯泡较亮手摇速度慢→能量转化慢→功率小→灯泡较暗教材指出了电功率的单位是瓦特，应结合电功率的定义式向学生说明1W的含义：用电器在1S消耗1J的电能，其功率就是1W，即1W＝1J／s。千瓦时的来历结合下面例题后的问题，指出日常生产和生活中计量的是较大的电能，如果用焦耳表示较麻烦，因此引入了千瓦时这个单位。课本图7.2－2是一种洗衣机的铭牌，其中有三种功率值：洗涤功率，甩干功率和水加热功率，这意味着洗衣机在处于不同的工作状态时消耗电能的快慢是不同的。对说明书上的"防触电保护类别"和"自来水压力"，不要求理解，但鼓励学生查阅相关知识。想想议议本栏目举了一个在电视中曾出现的错误使用物理概念的例子。这个记者把电功率和电能混淆了，教学中要引导学生注意区别这两个概念以及它们的单位。还可以请同学举出类似报刊和电视出现科学性错误的例子。学生通常会认为报刊或电视中的内容以及家长、老师的话都是正确的。举这个例子的目的，是为了使学生具有判断大众传媒是否符合科学事实的初步意识，鼓励学生对事物持健康的怀疑态度，从而培养实事求是的科学精神。怎样测量电功率教学中可以把公式P=IU和P=W/t结合起来，稍做拓展，指出后者是电功率的定义式，它同时也适合其他的能量转化过程，而前者只适用于电功率的测量。动手动脑学物理1．0．0045A。2．略。3．要用电能表测量某用电器的电功率，需关闭其他所有的用电器，然后数出它工作时电能表在一段时间（如lmin）内转过的圈数，根据电能表的参数换算成电能，利用公P=W/t即可算出。可以补充以下问题：把你的计算结果与用电器铭牌上标识的额定功率相比较，计算结果准确吗？如果结果不同，原因可能是什么？估计你家中还能安装多大功率的电器？如果随手关掉不用的用电器（如电灯、电风扇等），估算一下每月可以节约多少电能？节约的电费是多少？三、测量小灯泡的电功率目 标1．知识与技能·加深对电功率概念的理解。·巩固电流表和电压表的操作技能。2.过程和方法·通过测量，体验额定功率和实际功率的区别。·锻炼学生根据测量公式（P=UI）设计实验方法的能力；3．情感、态度与价值观·通过讨论和交流，培养合作学习的意识和态度。说明与建议想想议议教材先通过"想想议议"栏目提出问题，引导学生思考：为了测定小灯泡的电功率，必须测出哪些有关的物理量？测这些物理量需要哪些实验器材？学生通过回忆电功率的测量公式，可以想出应测量电流和电压，进而得出应该用电流表和电压表进行测量。本实验的目的之一是让学生体会到用电器的实际功率并不一定等于额定功率，而是取决于加在用电器两端的实际电压。因此，安排了在三个不同电压下（额定电压、1．2倍额定电压和低于额定电压）测量小灯泡的电功率。教师在指导学生按教材安排的次序进行实验时，要学生注意观察小灯泡在什么情况下正常发光，在什么情况下小灯泡比正常情况更亮，什么情况下小灯泡比正常情况下暗。要提醒学生，在做第（2）个实验时，需小心调节滑动变阻器，以免因实际电压超过额定电压，导致电压过大而烧毁灯泡。测量结束后，应让学生自己根据计算结果得出"小灯泡实际消耗的电功率不一定等于额定功率"的结论。在"评估"和"交流"环节中，要求学生对实验过程进行回顾和分析，思考在实验过程中还有没有不合理的地方，操作中有没有什么失误，测量结果有哪些误差，等等。最后还要写出实验报告，包括实验目的、所依据的原理、主要操作步骤、所得的结论以及实验中发现的新问题。动手动脑学物理1．这个电路图中，滑动变阻器的接法错误。2．略。四、电和热目 标1．知识与技能·知道在电流相同的条件下，电能转化成热能时的功率跟导体的电阻成正比。·知道利用和防止电热的场合和方法。2．过程和方法·通过实验探究电流的热效应跟电阻大小的关系。3．情感、态度与价值观·通过电热的利用和防止知识的学习，认识科学是有用的。说明与建议想想做做这个实验应安排学生分组进行，而不应由教师演示。所用的镍铬合金丝可以从废电炉丝上取一段代替。课程标准的基本要求是"知道导体消耗的电功率与导体的电阻成正比"。根据实际教学情况，可以安排探究"电能转化成热能时的功率跟通过导体的电流的关系"，使教学内容更丰富一些。教学时还可以补充一个活动棗电热切割。具体做法如下：取电阻丝、铜丝各一段，在自制的木架上串联后接到调压变压器的次级接线柱上（或4V～6V蓄电池组上），如图7－1所示。演示时，将调压器手柄旋至零伏后，接入交流电源。旋动手柄，逐渐调高输出电压，同时将一块泡沫塑料与电阻丝接触，可观察到塑料被烧熔切开；将塑料移到铜丝上，塑料不会被烧熔切开。电热的利用和防止作为电热的利用，教学中应对电热器做概括的介绍，指出电热器的主要工作部分是发热体，启发学生认识需要用电阻大、熔点高的金属导线作为发热体。应向学生展示一些电热器的基本结构，增加学生的实际应用知识。讲电热的防止时，应结合报刊上一些电热造成危害的实际例子，加深学生对这个问题的认识，可以综合前面学过的知识，分析电热危害的产生原因，找出防止危害的方法。动手动脑学物理1．除了课本中所举的例子外，电暖气、电烙铁、电热毯、冷暖空调在供暖时都利用电流的热效应。防止电热的方法多种多样，如电动机利用翼状散热片增大散热面积，电冰箱在放置时后背要与墙壁保持一定距离使热量通过空气散失，或者如计算机内的小风扇那样主动把热空气驱走。对学生提出的各种改进意见，都应给予肯定和鼓励。2．导线相互连接的位置接触电阻比较大，因而电能转化为热的功率也较大，造成此处比别处更容易发热，加速老化甚至引起火灾。第七章 电功率(五、电功率和安全用电)目 标1．知识与技能·知道电功率越大，电路中的电流就越大。2．过程和方法·通过观察体验，知道保险丝怎样"保险"。3．情感、态度与价值观·具有安全用电的意识。说明与建议在本教材中，把安全用电的知识分散到不同的章节中，从不同的角度讲：第五章在讲解"电路"的知识后，从"形成闭合回路"的角度讲"两种类型的触电"及"触电的急救"；第六章最后安排了"欧姆定律和安全用电"一节，从电压、电流和电阻的关系的角度讲安全用电的知识；而这一节从电功率的角度讲。这样安排，更体现了对安全用电知识的重视。教师应在本节结束时对以上知识进行归纳总结。为了增加学生对"用电功率P越大，电路中的电流I就越大"的感性认识，教学中可安排下面的演示实验：如图7－2连接电路，用电流表测定干路中电流。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，说明电路中的电流由于用电器的功率过大而超载。保险丝教师应在课前选好适当的电源和保险丝（额定电流要合适）做实验，要保证实验时保险丝能熔断。演示不同粗细的保险丝有不同的额定电流。要使学生明白这一点，可以先出示不同额定电流的保险管实物引发学生猜想：到底哪一个的额定电流高？进而引导学生推测：粗保险丝的电阻小，在流过相同电流时温度比细保险丝的低。而同种材料的保险丝熔点相同，因此使粗保险丝熔化的电流要高于使细保险丝熔化的电流。最后再观察保险管标示的额定电流数值，验证方才的结论。关于"过粗的保险丝不能起到有效的保险作用"以及"不能用铜丝、铁丝代替保险丝"的结论，也应该引导学生分析得出，而不是直接给结论。通过这部分的学习，要让学生体会到：保险丝实际上是利用电热的一个例子。想想议议售货员是从微波炉消耗电能多少的角度来说的，而顾客是从功率大小的角度说的。动手动脑学物理1．略。2．可以用类似的题目，对教室或实验室所有用电器进行统计和计算。3．略。4.保险丝电阻比较大，使得电能转化为热的功率比较大，保险丝温度易升高，达到熔点后就自动熔断。5.这是一道紧密联系实际的题目，可以扩展为写一篇关于安全用电的调查报告。第七章 电功率(参考资料)电能表电能表的型号虽然有不同，但结构、原理是一样的，一般都采用电磁感应原理制成。电能表的内部结构如图7－3所示，由五个基本部件组成：电流线圈1（跟负载串联着）、电压线圈2（跟负载并联着）、铝盘3、永久磁铁4和计数机构5（图中只画出了传动齿轮）。把电能表接入交流电路后，电流线圈和电压线圈中的交流电分别在它们的铁心中产生交变的磁场。交变磁场穿过铝盘，在铝盘上感应出涡流，涡流又受到磁场力的作用，使铝盘得到转动力矩而转动。铝盘的转速跟电流和电压的乘积成正比，即跟电功率成正比。铝盘转动时带动计数机构，永久磁铁是用来阻尼铝盘转动的。使用电能表时要注意，负载的用电量要在电能表额定数值的10％以上，否则计量不准，甚至有时根本带不动铝盘。保险丝的额定电流和熔断电流我国的标准规定：保险丝的熔断电流是额定电流的2倍。通过保险丝的电流超过额定电流时，保险丝不一定立即熔断，而是超过得越多，熔断得越快。当通过保险丝的电流为额定电流的1．45倍时，熔断的时间不超过5分钟；当通过保险丝的电流为额定电流的2倍（即等于熔断电流）时，熔断的时间不应超过1分钟。常用保险丝规格下表所列保险丝的化学成份为：铅≥98%，锑0.3%～1.5%，其它杂质≤1.5%。截面直径/mm（近似数）额定电流/A熔断电流/A近似英制SWG线号0.200.751.5360.250.901.8330.281.002.0320.291.052.1310.321.102.2300.351.252.5290.361.352.7280.401.503.0270.461.853.7260.522.004.0250.542.254.5240.602.505.0230.713.006.0220.813.757.5210.985.0010.0201.026.0012.0191.257.5015.0181.5110.0020.0171.6711.0022.0161.7512.5025.0151.9815.0030.0142.4020.0040.0132.7825.0050.0122.9527.5055.0113.1430.0060.010第八章 电与磁(全章概述和课时要求）课程标准的要求1．能用实验证实电磁相互作用。2．探究通电螺线管外部磁场的方向。3．通过观察，了解通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向与电流及磁场的方向都有关系。4.探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。全章概述这一章主要讲述磁现象、电流的磁场、电磁铁及其应用、电动机、电磁感应及其应用。这些内容是后面学习信息传递常识和有关电能知识的重要基础。与传统教材相比，本章教材内容更加注重学生的亲自体验与感悟，更加注重知识的实际应用。本章内容大多与生产、生活实际密切相关，电流的磁场、继电器、电动机、发电机等内容要尽量引导学生动手动脑去学、去做，使学生认识物理是很有用的。本章应注重指导学生学习、应用自然现象之间是相互联系的科学思想，训练以实验为手段，探索自然奥秘的科学方法。其目的有两个，一是对学生进行科学的世界观教育；二是培养学生以实验事实为依据，归纳、概括、想象能力，同时培养学生创造发明的意识。同时也告诉学生，任何创造发明都是科学探索的成果这一基本道理。课时建议本章共分五节，建议7课时。第一节 磁场 1课时第二节 电生磁 1课时第三节 电磁继电器节 扬声器 1课时第四节 电动机 1．5课时第五节 磁生电 1．5课时复习和总结 1课时第八章 电与磁(一、磁 场)目 标1．知识与技能·知道磁体周围存在磁场。·知道磁感线可用来形象地描述磁场，知道磁感线的方向是怎样规定的。·知道地球周围有磁场以及地磁场的南、北极。2．过程和方法·观察磁体之间的相互作用，感知磁场的存在。3．情感、态度与价值观·通过了解我国古代对磁的研究方面取得的成就，进一步提高学习物理的兴趣。说明与建议可以通过讲故事的形式引入新课，让学生了解在磁的发现和利用上，我们的祖先曾作出杰出贡献，向学生进行中华民族文化与爱国主义教育。磁现象学生在小学阶段已学过永磁体的磁现象，让学生回忆：平日摆弄磁铁看到过哪些磁现象，磁铁有哪些特征。支起一根小磁针或用一根线把条形磁铁平挂在空中，使它自由转动，演示小磁针的指向，介绍磁体的南、北极。同时介绍课本图8.1－1的罗盘和图8．1-2的司南。司南形如勺子，放在刻有方位的铜盘上，静止时，勺柄指南，是我国最早（战国时期）的指南针，也是世界上最早的指南工具（出示司南的挂图或幻灯片）。想想议议用实验演示课本图8.1－4表示的磁现象，让学生观察、解释这些现象，并在图下面的空栏中填上关键的字（两、吸引、排斥）。磁铁能吸住一大堆铁屑，在端点附近吸引的铁屑最多，而磁铁的中部没有吸附着铁屑。说明磁铁两端的磁极附近磁性最强。把两个同名磁极放在一起，它们互相排斥；两个异名磁极放在一起，它们互相吸引。磁场磁场看木见，摸不着，很抽象。"场"是物理学中很重要的一个概念，也是教学中的难点。教学过程中要紧扣磁场的基本性质棗磁场对放入其中的磁体产生力的作用。采用类比的方法，比如空气流动成风、电流使灯丝发光和磁场对磁体有力的作用，说明看不见、摸不着的东西也是可以认识的，渗透科学的思维方法，使学生认识磁场的存在。想想做做小磁针在磁铁附近，其磁极的指向发生了改变棗不指南北了；拿开磁体，小磁针静止后又恢复原来的指向。这反映磁铁周围对小磁外有磁力作用，磁性贯穿空间。磁力的作用空间就是磁场。根据同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引，利用小磁针就可以探测出未知磁体的N极。把几只小磁针放在磁体周围不同地方，小磁针的N极指示不同的方向，磁场是具有方向性的。实验之后，可以指出：人们规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向。磁场的存在是由它对放入其中的磁体产生磁力作用来体现的。磁体间的相互作用就是通过磁场而发生的。启发思考："如果放在磁铁周围的不是几个小磁针，而是许许多多小磁针，情况又是怎样呢？"演示在条形磁铁周围随意放上一些小磁针，小磁针的指向各不相同。如果先在靠近N极的地方放一小磁针，然后放第二个小磁针，使它的S极指向第一个小磁针的N极，首尾相连，以此类推，排列小磁针（课本图8．1－6）。这说明，在条形磁铁周围，小磁针在磁场中受到磁力作用，按一定的方向排列。沿小磁针N极所指方向画出一条带箭头的曲线，这样的曲线叫做磁感线。移动小磁针，就能排列出另一些磁感线。利用磁廓线可以方便、形象地描述磁场。用同样的方法，描述蹄形磁铁附近的磁场。如果条件允许，也可以让学生自己动手做这个实验。这个演示也可以改用在玻璃片上撒铁屑演示：条形磁铁上放一块平板玻璃，并在玻璃上均匀地撒些铁屑，轻敲玻璃片，使铁屑转动，铁屑就有规则地排成一条条曲线（课本图8．1－6黑色部分）。这里要强调：①磁感线只是帮助我们描述磁场而假想的一条条曲线。磁场是客观存在的，而磁感线是假想的物理模型，实际并不存在；②磁感线布满磁体周围整个空间，并不只在一个平面上。想想议议磁场方向是小磁针N极所指的方向，它总是从磁体N极出发，回到磁体S极。这个问题的目的是让学生加深对磁场方向的理解。地磁场可通过提问题讨论的方式，引导学生认识地磁场的存在。从实验知道，一根支起的磁针，如果附近没有磁体或铁器的影响，磁针静止后是恒指南北方向的。用手把磁针拨到指东西，问"放手后它会怎样？"（磁针仍要转向指南北）；"放手后磁针为什么会转动呢？"（可能的回答是，受到磁场的作用）；"但是在磁针附近并未放置磁体，为什么又有磁场存在呢？"这表明地球本身就是一个大磁体，地球周围存在磁场。从而引出地磁场。由于磁感线是由磁体的N极发出，进入S极，可以得出地磁N极在地理的南极附近（位于南纬66．5°、东经140°处）；地磁S极在地理的北极附近（位于北纬75°西经99°处）。教学中应指出，实际上地磁的南北极跟地理的南北极并不重合，磁针不是指向正南正北，而有一些偏离，这一现象最早由我国宋代学者沈括发现的。简要说明地磁的本质还没有研究清楚。只是发现大气上层和地壳中流动着的各种电流都能影响地磁场的变化。一些人造卫星和宇宙空间实验站在飞行期间都十分注意对地球磁场的结构、性质进行研究。动手动脑学物理1．磁感线总是从N极出发回到S极。因此，磁体的名称以及小磁针的指向如图8－1所示。2．根据磁体北极的定义，指南针N极总是指向北方。而指南针N极所指方向与磁感线方向相同，因此课本图8.1-9的上端是地理的北极，下端是地理的南极。磁场总是从N极出发回到S极，因此图8．1-9的下端是磁北极，它应该位于地理南极附近。3．可以让学生按照课本上介绍的方法去做，难点是按扣在针尖上的平衡问题。也可以把经过磁化的铁钉（或缝衣针等物体）放在小块塑料泡沫（或小纸船）里，让它浮在水面上，铁钉一定是指向南北方向。4.磁体的应用有很多，如铅笔盒、磁性门吸、擦外层玻璃用的刷子等等。科学世界这部分内容可以让学生自己阅读，有兴趣的学生可以结合生物学知识做进一步的调查，作为一个课题研究。第八章 电与磁(二、电生磁)目 标1．知识与技能·认识电流的磁效应。·知道通电导体周围存在着磁场；通电螺线管的磁场与条形铁相似。·理解电磁铁的特性和工作原理。2.过程和方法·观察和体验通电导体与磁体之间的相互作用，初步了解电和磁之间有某种联系。·探究通电螺线管外部磁场的方向。3．情感、态度与价值观·通过认识电与磁之间的相互联系，使学生乐于探索自然界的奥秘。说明与建议电流的磁效应是学习电磁现象的重要基础，要尽可能采用适当的直观教具演示这一现象，使学生确信电流及其周围的磁场是同时存在而不可分的。课本重做奥斯特实验正是确认这个事实，讨论通电螺线管的磁场及其应用是本节教学的重点。演示带电体和磁体有一些相似的性质，这些相似是一种巧合，还是它们之间存在着某些联系呢？科学家们基于这种想法，一次又一次地寻找电与磁的联系。1820年丹麦物理学家奥斯特终于用实验证实通电导体的周围存在着磁场。这一重大发现轰动了科学界，使电磁学进入一个新的发展时期。现在我们亲自动手重做这个实验。①指导实验进行的方法、步骤，要求把磁针放在导线的上方和下方，观察通电时小磁针N极的指向有什么变化。②改变电流方向，重做实验再观察小磁针N极的指向有什么变化？引导学生自己归纳实验结果，得出：第一、通电导线周围存在着磁场；第二、电流磁场的方向与导线上电流的方向有关。③指出奥斯特实验的物理意义在于，揭示了电现象与磁现象不是各自孤立的，而是有密切联系的，这一发现激发了各国科学家探索电磁本质的热情，有力推动了电磁学的深入研究。通电螺线管的磁场可从实际出发引出问题。也可以从实验入手，引出问题，例如将一根细导线绕在圆筒上，定型后取下来，我们把导线弯成这样的螺线管，给它通电，它周围也会有磁场存在吗？磁场会是什么样的呢？探究 通电螺线管的磁场是什么样的这个探究的目的是让学生通过探究知道通电螺线管外部的磁场与条形磁铁相似，探究出通电螺线管两端磁场的极性与螺线管中电流的方向关系。观察通电螺线管两端对小磁针的作用。仿照上一节研究条形磁铁磁场的方法，在通电螺线管周围放一些小磁针，让学生自己去比较通电螺线管的磁场与什么磁场相似。改变电流方向，观察小磁针的指向，这表明通电螺线管两端的极性与电流方向有关。让学生自己去探究并总结、表述出通电螺线管磁场的极性与电流方向之间的关系，培养学生的空间想像力和表达叙述能力。老师在探究结束之后，可以给出安培定则，并与学生们得出的结论进行比较。指出安培定则中的这些规定不过是人为的，便于人们判断和记忆。也可以不给出安培定则，让学生用自己的表述方式去理解，以免增加学习负担。电磁铁电磁铁是通电螺线管的实际应用，首先用实验直接说明电磁铁就是一个带铁心的螺线管，铁心的作用只是增强了螺线管的磁性。至于铁心为什么会增强螺线管的磁性，这里就不必介绍了。探究 研究电磁铁这个探究让学生去研究电磁铁磁性的强弱与哪些因素有关。实验器材比较简单，铁钉要用普通的软铁铁钉，不要用钢制的水泥钉（否则断电时铁钉依旧保持较强的磁性），磁性的强弱、有无，用吸起大头针数量多少表示就可以了，要全过程让学生自己动手动脑去做。在设计电路的过程中，可以复习一下有关电路的知识。在学生们探究结束以后，教师可以再做一遍演示，同时给出结论：1．电磁铁在通电时有磁性，断电时磁性消失。2.通入电磁铁的电流越大，它的磁性越强。3．在电流一定时，外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强。插入铁心的通电螺线管就构成一个电磁铁，它在生产中有广泛的应用。指出电磁铁的磁性有无可以由通、断电来控制，磁性强弱可以调节，这是它的优点，因而被广泛应用于工业生产中，电磁起重机、自动控制系统中的电磁阀门，都是由电磁铁控制的，还可以让学生试着举出其他一些应用电磁铁的例子。动手动脑学物理1．这是一个开放性的问题，自然界中很多现象与物理知识是相通的。可以让学生自己去调查，初步领略自然现象中的美妙与和谐，不一定要得出结论。2．把通电螺线管悬挂起来后，就像指南针一样，一定指向南北。3．全自动洗衣机的进、排水阀门，汽车上的遥控门锁等都要用到电磁铁。科学世界 磁悬浮列车这部分内容编写的目的是让学生了解新科技，可以让学生自己阅读，不必占用课上时间。第八章 电与磁(三、电磁继电器扬声器)目 标1．知识与技能·了解电磁继电器和扬声器的结构和工作原理。·初步认识物理知识的实际应用。2．过程和方法·通过阅读说明书，知道如何使用电磁继电器。3．情感、态度与价值观·通过了解物理知识的实际应用，提高学习物理知识的兴趣。说明与建议电磁继电器通电导体的周围存在磁场，电流越强，磁场也就越强。人体如果靠近强电流的输电导线，有可能被导线吸引，这是非常危险的。这里可以进一步讲解一些用电安全常识。但是，工厂里很多机器都是由强电流驱动的，那么工人师傅不是很危险吗？由此可以引入电磁继电器的课题，利用电磁继电器就可以实现用低电压、弱电流来控制高电压、强电流。电磁继电器是电铃、电话和自控电路装置中的重要部件，其实质是由电磁铁控制的开关，在电路中起着类似于开关的作用，这是理解电磁铁在生产技术上应用的关键。电磁铁、电磁继电器都是人们认识电流的磁效应后发明创造的，这说明了理论知识在指导生产中的重要作用。观察实验用的电磁继电器，配合挂图，认识它的各个部件和作用，特别是通电和断电时，触点的闭合和断开的情况，理解电磁继电器实质是由电磁铁控制的开关。从原理上分析控制电路棗由电磁铁、低压电源和开关组成；工作电路棗由电动机（或电灯）、高压电源和电磁继电器的触点部分（相当于活动开关）组成，并说明它们是怎样接线的。想想做做1．让学生仔细阅读电磁继电器说明书，并回答课本中提出的问题。2．观察电磁继电器，搞清楚各个触点是怎样接通的，各个接线柱应当与电路的哪一部分相连。3．通过开关把继电器线圈连接到低压直流电源上，组成控制电路。先观察控制电路通电、断电时触点闭合、断开的情况，注意通电时是哪两个触点相连，断电时又是哪两个触点相连。用另一个电源和小灯泡与继电器的触点相连，组成工作电路，使继电器通电时小灯泡亮，断电时小灯泡灭。上述实验是模拟用低电压、弱电流控制高电压、强电流的工作电路，配合教学，可以放映有关的教学录像带。扬声器是怎样发生的扬声器学生们很熟悉了，所有音响设备中都有扬声器。它是把电信号（强弱变化的电流）转换成声信号（机械振动）的一种装置。结合课本图8．3－4介绍扬声器的结构，教学时要在复习声音的产生基础上讲清它的工作原理。也可以直接用扬声器来演示它的工作原理，方法如下：把一节5号电池通过开关直接连到扬声器的输入端，电路通电和断电时，观察扬声器锥形纸盆的运动情况；改变电源的极性（改变电流方向），再观察扬声器锥形纸盆的运动情况。实验中可以看到，扬声器通电时，线圈受磁体吸引带动锥形纸盆向里（或向外）运动并发出声响；改变电流方向，通电时，线圈受磁体排斥带动锥形纸盆向外（或向里）运动并发出声响。当通过扬声器的电流方向和大小连续变化时，线圈就带动纸盆来回振动，扬声器就能发出连续的声音。如果有废旧扬声器，可以拆开一个，让学生观察扬声器的内部结构。（注意：扬声器一旦拆开，就很难再还原了。）动手动脑学物理1．水位没有到达金属块A时，继电器线圈没有电流通过，它的上面两个触点接触，工作电路中绿灯与电源构成回路，绿灯亮；当水位到达金属块A时，继电器线圈有电流通过，它的下面两个触点接触，工作电路中红灯与电源构成回路，红灯亮。2．温度升高时，水银面上升，当水银面上升到与金属丝接触时，电磁铁线圈就有电流流过，产生磁性吸引触点开关使之闭合，这时工作电路就形成了一个回路，电铃就响起来了。3．接通电源后，电磁铁吸引衔铁，敲击铃碗发声，但同时铃碗与螺钉分离，通过线圈的电路断开，电磁铁失去磁性，衔铁由于弹性回到初始位置，这时铃碗与螺钉又接触，线圈的电路闭合，电磁铁又吸引衔铁，敲击铃碗发声......，如此往复，电铃就不断发出声音。蜂鸣器的连接如图8－2所示。第八章 电与磁(四、电动机)目 标1．知识与技能·了解磁场对通电导线的作用。·初步认识科学与技术之间的关系。2．过程和方法·经历制作模拟电动机的过蹋私庵绷鞯缍慕峁购凸ぷ髟怼?3．情感、态度与价值观·通过了解物理知识如何转化成实际技术应用，进一步提高学习科学技术知识的兴趣。说明与建议磁场对通电的导线作用绝大多数用电作动力的机器，都要用到电动机。演示电动机的工作过程，提出问题，即教材开头的问题引入新课。可再次演示奥斯特实验，或者是让学生表述奥斯特实验结果，启发学生逆向思考，电流对磁体有力的作用，反过来，磁体对电流有无力的作用呢？演示本节课的教学，首先要做好演示实验，要对演示实验的观察进行引导，教学时应针对实验现象编制好启发性的问题。因此，有以下几点建议供参考：1．实验研究的引导和指导。实验研究，总是离不开视察，操作和思考。首先思考的是怎样安排实验，当然是从所要研究的问题出发，再介绍实验装置，学生会觉得合情合理。在这情理之中已经渗透了与实验设计方法有关的因素了。其次是要让学生明确实验研究的对象是通电导线和通电方框线圈。因此，集中注意力观察的目标也就明确了，观察目标的变化便容易发现。2.再思考观察目标发生变化的原因，并归纳、概括变化的某些规律性，从而得出结论。显然，本节课的教学用演示直观为主的综合启发方式进行比较好。其目的是不仅让学生主动获取知识，而且让学生学习获取知识的方法。3．在教学环节的处理上，应在课本两个演示实验事实的归纳、概括，并得出结论的基础上，启发学生思考，提出问题。即把一个通电的线圈放在磁场里，线圈会怎样运动？指导学生做好"小小电动机"。探究 让线圈转起来这一探究的提出有两个目的。一是检查学生对刚刚学到的知识用于解决实际问题的能力；二是用实验来验证学生的判断，从而让学生明白，一个正确的判断，不仅要有理论依据，而且还要有实验事实来证明。这样处理，能收到寓思想、观点、方法于引导学生探索物理知识的教学之中。线圈的制作比较简单：用漆包线在火柴盒等模子上绕3－4圈，不必绕得太多。把两个引出端固定在线圈上，使两端引线在一条直线上（课本图8.4-3）。用小刀刮去两端引线的漆皮时，注意一端全部刮掉（可以用砂纸打），另一端只刮去半周。这样线圈就做成了。支架的制作要点是：剪两段直径约lmm，长度约100mm的相同的铜丝，上端弯成Z字型，下端与导线相连并用图钉固定在硬纸板（或木板）上，与线圈相连的端点要大致保持在同一水平面上（课本图8．4-4）。如果时间太紧，可以让学生只制作线圈部分，把线圈放在老师制作的支架上转动。把线圈放在支架上，磁铁放在线圈下方。调整磁铁位置，使磁铁与线圈尽量靠近，但又不能相互接触。给线圈通电并用手轻推，线圈就会不停地转下去。改变电流的方向或改变磁铁极性，线圈的转动方向就会改变。电动机的基本构造观察直流电动机，可以看到它由两部分组成：能够转动的线圈和固定不动的磁体，相当于前面所做的"小小电动机"的线圈和磁铁。直流电动机的教学，重点应放在电能转化成机械能的实际利用以及换向器上。在"小小电动机"中，为什么通电线圈在磁场中能不停地转动，从而实现电能转化成机械能的实际利用呢？让学生明白，从实践到理论，需要走一段艰难而又曲折的路，同样，从理论到实践，仍然需要付出艰苦的劳动，这种劳动包含了人类的创造与发明。演示如果把"小小电动机"线圈两端引线的漆皮全都刮掉，线圈又会怎样运动呢？我们看到，接通电源，线圈在磁场里发生转动，但转动不能持续下去，摆几下便停在课本图8.4-5乙的位置上。怎样解释这个现象呢？可以利用直观（模型）方式，结合图示，引导学生分析线圈达到平衡位置和由于惯性转过平衡位置时的受力情况。当学生弄清三个瞬时位置的线圈受力情况之后，再让学生想办法解决这一问题，那么，及时改变电流方向或者是及时改变磁场方向等想法，均有可能被学生提出来。于是，换向器的出现，便合乎清理地进入学生的认识结构中。这里要联系"小小电动机"，结合图示方法向学生解释清楚为什么"小小电动机"会不停地转动。在"小小电动机"中，我们只利用了一半的电力。实际的直流电动机是利用换向器使它连续转动的。直流电动机的结构，可以通过挂图说明，也可以通过拆卸实物说明，还可以制作电脑课件模拟换向器是怎样改变电流方向的，进行辅助说明。生活中的电动机随着科技的发展，电动机的应用已越来越广泛。除了我们已经学过的直流电动机外，生活中还经常用到交流电动机，交流电动机也是利用通电导体在磁场中受力来运转的。可以让学生举例说明生活中哪些地方用到了电动机，并引导学生总结电动机的优点。动手动脑学物理1．这个问题对初中学生来说可能比较难，只要能说出改变电流方向使电动机反转就可以了。电路如图8-3所示。2．按课本要求，让学生自己课后调查家庭及社会中电动机的使用情况。第八章 电与磁(五、磁生电)目 标1．知识和技能·知道电磁感应现象；知道产生感应电流的条件。·知道发电机的原理：能说出发电机为什么能发电；知道什么是交流电；知道发电机发电过程是能量转化的过程。·知道我国供生产和生活用的交流电的频率是50HZ的意思；能把交流电和直流电区分开来。2．过程和方法·探究磁生电的条件，进一步了解电和磁之间的相互联系。·观察和体验发电机是怎样发电的。3．情感、态度与价值观·认识自然现象之间是相互联系的，进一步了解探索自然奥秘的科学方法。·认识任何创造发明的基础是科学探索的成果，初步具有创造发明的意识。说明与建议什么情况下磁能生电本节教学，可以用以下三种方法引入新课：（1）实验棗问题启发。即重新演示奥斯特实验，引导学生逆向思考。奥斯特实验表明电能生磁，那么，反过来，磁能否生电呢？怎样才能使磁生电呢？（2）表象一问题启发。即让学生回忆奥斯特实验，说明实验事实表明了什么？再引导学生逆向思考......（3）物理趣味史料简介。即介绍奥斯特发现电流的磁场之后，安培，科拉顿等不少科学家沿着逆向思路，进行实验探索的趣味小史料。如"安培坐失良机"、"科拉顿跑失良机"小故事。这些小故事虽属传说，但它们合乎人类认知的逻辑。探究什么情况下磁可以生电教师在引导学生探究时，如果时间充裕，应让学生按照探究步骤独立完成探究过程。为了节省时间，教师可以给学生交待实验的设计思想，使学生明白实验的目的性；同时编制如实验条件变化、观察对象变化的记录表。记录表格可参考下表：次号实验条件电流表指针反应1置闭合电路的部分导体于磁场中,且保持导体与磁场相对静止2更换强磁体,增强磁场,仍保持导体与磁场相对静止3把单根导线换成匝数很多的线圈,但仍保持导体与磁场相对静止4维持上述实验器材不变,使导线在磁场中沿不同方向运动 最后要引导学生通过实验事实，归纳、概括出规律：闭合电路中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。发电机发电机是电磁感应现象最直接的应用。发电机的发明，实现了电能的大规模生产。这里应告诉学生，任何创造发明的基础是科学探索的成果这一基本道理，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。同时，通过这部分内容的学习，巩固电磁感应知识。在课本图8．5－2的实验中，当导线在磁场中左右不断往复运动时，闭合回路中就产生连续的电流。那么，怎样才能使导线在磁场中不断地运动呢？这里就可以引导学生提出转动的概念。利用转动，就可以很方便地使导线在磁场中不断地运动。同时，为了增强电流，用多匝线圈代替单根导线，这就是手摇发电机的模型。手摇发电机的教学，关键是抓住实验启发、问题启发和原理图示启发三种方式展开。1．实验演示：应达到两个目的，一是验证目的。演示前，让学生判断当摇动转柄带动磁场中的线圈转动后，接在电路中的电流表指针会怎样运动？当学生判断取得基本一致的意见后，作演示验证。二是思考通过电流表中的电流与过去在实验室里使用干电池、蓄电油输出的电流有哪些不同点，引入交流电的概念，不仅有感知基础，而且通过表象，还有参照对比的依据。2．问题启发：要注意结合模型与图示，启发学生分析判断，方框线圈在磁场中转动会产生什么现象？这一现象具有哪些特征？这里应注意培养训练学生把型（模型）、图（图示）结合起来，应用学到的知识分析问题的能力。3．发电机的原理图示说明。图示说明应明确两个目的：一是进一步巩固所学的知识；二是引出一些用来描述交流电的特征量，如周期、频率等概念。通过教学使学生知道我国供生产、生活用的交流电，其频率为50HZ是什么意思。教学中，还可以放映有关的教学录像带，使学生对发电机的原理有进一步的了解。想想做做这里要让学生亲自参与活动，回答课本中提出的问题。也可以把小型直流电动机的两个接线端与额定电压为1．5V的小灯泡相连，作为发电机使用。利用机械方法快速转动电动机，可以看见小灯泡发光。动手动脑学物理1．人用手摇动发电机，把手运动的机械能通过发电机转化成电能，电流流过小灯泡使电能转化成光能。人手的机械能（发电机）→电能（灯泡）→光能2．振动；振动；电流。3．汽车、拖拉机等设备中都有发电机，它们是靠发动机带动的。发动机把汽油、柴油等的化学能转化成机械能，发电机把机械能转化成电能。STS这部分内容可以让学生自己阅读，并回答课本中提出的问题。教师可以适当讲解一下磁记录原理，指导学生调查声音纪录的历史（参考本书上册第一章参考资料9），写出小论文。第八章 电与磁(参考资料)磁的发展简史我国是用文字记载磁现象最早的国家之一。公元前4世纪战国时期成书的《管子》中已有"上有慈石者下有铜金"的描述。这是有关磁石和磁性矿的最早记载。公元前3世纪的《吕氏春秋》中所写的"慈石召铁，或引之也"，描述了磁石吸铁现象。磁现象的应用，在我国古代后魏的《水经注》等书中，就提到秦始皇为了防备刺客行刺，曾用磁石建造阿房宫的北阀门，以阻止身带刀剑的刺客入内。医书上还谈到用磁石吸铁的作用，来治疗吞针。但磁现象早期应用方面，最光辉的成就是指南针的发明和应用，这也是我国对人类所做出的巨大贡献。我国战国时期就发现了磁体的指南性。最早指南的磁石是一种勺状的，叫司南，它的灵敏度虽很低，但却给人以启示：有一种地磁存在，磁石可以指向。到北宋时期，制成新的指向仪器棗指南鱼。在曾公亮的《武经总要》中详细记载了指南鱼的制造过程。这里有个重大突破，就是采用了磁化的方法，使鱼形铁磁化后，成一个指向仪器。此后，指南针的制造和安装方法在北宋沈括的《梦溪笔谈》中已有明确记载。不久指南针与方位盘结合起来成了罗盘，为航海提供了方便而可靠的指向仪器。后来，我国指南针传入欧洲。到16世纪，欧洲出现了航海罗盘。指南针的发明，推动了航海事业的发展，也为研究地磁三要素创造了条件。英国人吉尔伯特在磁的研究方面做出了突出贡献。他的著作《论磁》是人们对磁现象系统研究开始的标志，书是1600年出版的。书中记录了吉尔伯特研究磁现象时所做的各种仪器，及实验过程，也记录了他从实验中所得到的结论。他从磁性"小地球"实验中，根据磁针的排列与指向，提出地球本身是一个大磁体，两极位于地理的北、南两极附近；提出了磁子午线概念；吉尔伯特还说明了磁偏角及地磁倾角的测定方法；铁的磁化及去磁概念；定性的研究磁石的吸引与推斥。这都为磁的进一步研究开拓了道路。到18世纪，在磁的研究方面有了新进展。法国物理学家库仑在磁的研究方面也做出突出贡献。他参加了法国科学院为设计指向力强、抗干扰性能好的指南针而举行的竞赛活动，并提出丝是指南针的设想，得到磁学奖，在此基础上制成了库仑扭秤。在建立了电荷相互作用的库仑定律同时，得到了磁力的相互作用定律，可以说库仑是静电、静磁学的第一位奠基人。此后，法国数学家、物理学家泊松，在库仑的基础上，提出了磁体间的相互作用的势函数积分方程，把磁的研究发展到定量阶段，但这时电与磁还是分别平行、独立地进行着研究。丹麦物理学家奥斯特1820年发现了电流的磁效应，在当时的科学界引起巨大的反响和重视，科学家纷纷转向在这方面的讨论和研究，推动了整个电磁学的发展。安培由电流磁效应想到：既然磁体之间有相互作用，电流与磁体间也有作用，那么两个载流导体之间也一定存在着相互作用。他通过一系列实验，找到了电流间相互作用的实验根据，进行了定量研究，于1820年12月4日向科学院提交了一篇论文，提出计算两个电流线元间作用力的公式--安培定律表达式。到1821年初，安培又进一步提出磁性起源的假说，这就是历史上有名的分子电流假说。安培发现的载流导体间的相互作用，仅在奥斯特发现电流磁效应后的第7天。新的发现的浪潮冲击着整个欧洲。法拉第在新的发现面前，重做了已有的实验，并提出新的研究课题--既然电可以产生磁，为什么磁不可以产生电呢？他开始了磁生电的研究。经过10年的艰苦努力，在大量实验的基础上，发现了电磁感应现象及其所遵循的规律。电磁感应现象的发现是具有划时代意义的，法拉第把电与磁长期分立的两种现象最后联结在一起，揭露出电与磁的本质的联系，找到了机械能与电能之间的转化方法。在理论上，为建立电磁场的理论体系打下了基础；在实践上，开创了电气化时代的新纪元。法拉第发现电磁感应现象之后，解释了法国科学家阿拉果所做的被称之为"神密的实验--悬挂着的磁体下方放一个可自由转动的圆铜盘，当盘转动时，磁体会转动；反之，磁体转动时铜盘也会转动。法拉第提出磁感线（磁力线）的概念，并第一次绘制了磁感线图。他认为磁感线是代表实在的物质实体；每根磁感线都对应一对磁极。后来又把有磁感线的空间称为"场"。麦克斯韦是英国著名的物理学家，他发展了法拉第的"力线--场"的思想，并把它数学化，提出了描述电磁场运动规律的方程组，预言了电磁波的存在。德国物理学家赫兹通过实验，令人信服地证明了电磁波的存在。这不仅验证了麦克斯韦电磁场理论的正确，也为无线电技术的建立与发展奠定了基础。爱因斯坦1905年建立的狭义相对论，第一次把两种自然力--电力与磁力统一起来。近代随着电子计算机的发明，新的磁性材料不断涌现出来。人类的科学技术及物质生产活动与电与磁已密不可分。随着新的磁现象的发现，磁的更深刻的本质的揭露，磁的应用也将展现出新的局面。为什么钢能变成永磁体而铁不能？永磁体是在外加磁场去掉后，仍能保留一定剩余磁化强度的物体。要使这样的物体剩余磁化强度为零，磁性完全消除，必须加反向磁场。使铁磁质完全退磁所需要的反向磁场的大小，叫铁磁质的矫顽力。钢与铁都是铁磁质，但它们的矫顽力不同，钢具有较大的矫顽力，而铁的矫顽力较小。这是因为在炼钢过程中，在铁中加了碳、钨、铬等元素，炼成了碳钢、钨钢、铬钢等。碳、钨、铬多元素的加入，使钢在常温条件下，内部存在各种不均匀性，如晶体结构的不均匀、内应力的不均匀、磁性强弱的不均匀等。这些物理性质的不均匀，都使钢的矫顽力增加。而且在一定范围内不均匀程度愈大，矫顽力愈大。但这些不均匀性并不是钢在任何情形下都具有的或已达到的最好状态，为使钢的内部不均匀性达到最佳状态，必须要进行恰当的热处理或机械加工。例如，碳钢在熔炼状态下，磁性和普通铁差不多；它从高温淬炼后，不均匀才迅速增长，才能成为永磁材料。若把钢从高温度慢慢冷却下来，或把已淬炼的钢在六、七百摄氏度熔炼一下，其内部原子有充分时间排列成一种稳定的结构，各种不均匀性减小，于是矫顽力就随之减小，它就不再成为永磁材料了。钢或其他材料能成为永磁体，就是因为它们经过恰当地处理、加工后，内部存在的不均匀性处于最佳状态，矫顽力最大。铁的晶体结构、内应力等不均匀性很小，矫顽力自然很小，使它磁化或去磁都不需要很强的磁场，因此，它就不能变成永磁体。通常把磁化和去磁都很容易的材料，称为"软"磁性材料。"软"磁性材料不能作永磁体，铁就属于这种材料。地磁场的三要素地球是个大磁体，在地球周围空间存在着磁场，即地磁场。实验证明，地磁极和地理的南北极并不完全相合，而且地磁场磁感线的两个汇集点并不在地面上，而是在地面下。它们间的距离比地球直径短，而且两个磁极的连线不经过地心。由于地球的磁极与地理两极并不相合，所以磁针所指的南北方向仅仅是近似的。磁针静止时所指的方向跟实际南北方向之间的夹角叫磁偏角，用φ表示，如图8－4所示。各地的φ值不同。地磁场的磁感线一般不与地面平行，而与水平面交成一定的角度，这个角叫磁倾角，用θ表示，它可以用磁倾测量仪测出来。各地磁倾角不同，在地磁极处，θ=90°。磁偏角和磁倾角只能确定地磁场的方向，而不能表明地磁场强弱。磁场的强弱是用磁感应强度表示的，它的方向就是磁感线的切线方向。某一点处磁感应强度的水平分量很容易测量，通常就用水平强度来表示某处地磁场的强弱。知道了某地的磁偏角、磁倾角和水平强度，该点的地磁场就完全了解了。所以这三个量叫做地磁场的三要素。论磁场的研究在生产和科学上都有重大意义。例如地磁异常现象可以帮助找矿，因为地磁异常往往是因为地下埋藏着大量的磁铁矿引起的。又如地震也往往伴随着地磁异常现象。因此测量地磁的变化是预测地震的一个重要手段。铁氧体铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物。就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有较高的介电性能。铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率。因而，铁氧体已成为高频弱电领域用途广泛的非金属磁性材料。由于铁氧体单位体积中储存的磁能较低，饱含磁化强度也较低（通常只有纯铁的1／3～1／5），因而限制了它在要求较高磁能密度的低频强电和大功率领域的应用。铁氧体磁性材料按磁化性质和用途可分为如下几类：（1）铁氧体软磁材料。这类材料在较弱的磁场下，易磁化也易退磁，如锌铬铁氧体和镍锌铁氧体等。软磁铁氧体是目前用途广，品种多，数量大，产值高的一种铁氧体材料。它主要用作各种电感元件，如滤波器磁芯、变压器磁芯、无线电磁芯，以及磁带录音和录像磁头等，也是磁记录元件的关键材料。（2）铁氧体硬磁材料。铁氧体硬磁材料磁化后不易退磁，因此，也称为永磁材料或恒磁材料。如钡铁氧体、锶铁氧体等。它主要用于电信器件中的录音器、拾音器、扬声器、各种仪表的磁芯等。（3）铁氧体旋磁材料。磁性材料的旋磁性是指在两个互相垂直的稳恒磁场和电磁波磁场的作用下，平面偏振的电磁波在材料内部虽然按一定的方向传播，但其偏振面会不断地绕传播方向旋转的现象。金属、合金材料虽然也具有一定的旋磁性，但由于电阻率低、涡流损耗太大，电磁波不能深入其内部，所以无法利用。因此，铁氧体旋磁材料旋磁性的应用，就成为铁氧体独有的领域。旋磁材料大都与输送微波的波导管或传输线等组成各种微波器件。主要用于雷达、通信、导航、遥测等电子设备中。（4）铁氧体矩磁材料。这是指具有矩形磁滞回线的铁氧体材料。它的特点是，当有较小的外磁场作用时，就能使之磁化，并达到饱和，去掉外磁场后，磁性仍然保持与饱和时一样。如镁锰铁氧体，银锰铁氧体等就是这样。这种铁氧体材料主要用于各种电子计算机的存储器磁芯等方面。（5）铁氧体压磁材料。这类材料是指磁化时在磁场方向作机械伸长或缩短的铁氧体材料，如镍锌铁氧体，镍铜铁氧体和镍铬铁氧体等。压磁材料主要用作电磁能与机械能相互转化的换能器，作磁致伸缩元件用于超声。磁性材料的应用磁性材料的应用很广泛，可用于电声、电信、电表、电机中，还可作记忆元件、微波元件等。可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带，计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。下面着重谈磁带上所用的磁性材料和作用原理。我们知道，硬磁性材料被磁化以后，还留有剩磁，剩磁的强弱和方向随磁化时磁性的强弱和方向而定。录音磁带是由带基、粘合剂和磁粉层组成。带基一般采用聚碳酸脂或氯乙烯等制成。磁粉是用剩磁强的yFe。O。或CrO。细粉。录音时，是把与声音变化相对应的电流，经过放大后，送到录音磁头的线圈内，使磁头铁芯的缝隙中产生集中的磁场。随着线圈电流的变化，磁场的方向和强度也作相应的变化。当磁带匀速地通过磁头缝隙时，磁场就穿过磁带并使它磁化。由于磁带离开磁头后留有相应的剩磁，其极性和强度与原来的声音相对应。磁带不断移动，声音也就不断地被记录在磁带上。放音时、将已录音的磁带以录音时同样的速度紧贴着放音磁头缝隙前进。磁头铁芯是用高导磁率铁氧体软磁材料制成的，它对磁通阻力很小。因此，磁带上所录的音频剩磁通，容易通过磁头铁芯而形成回路。磁带上的剩磁通在放音磁头线圈上感应出一个与剩磁通变化规律相同的感应电动势。再经过放音放大器放大后，送去推动扬声器，磁带上所录下的音频信号使还原成原来的声音。录像磁带与录音磁带所用的材料及作用原理基本相同，不过录音记录的是代表声音的电信号，而录像记录的是代表景物的电视信号。电视信号中不但有声音信号还有图像信号。录像磁带与录音磁带相比，录像磁带记录的密度很高，因为录像磁带记录波长是微米数量级，为在这波长范围能有充分的灵敏度和信噪比，磁性体粒度必须小，磁性层表面必须平滑。而且磁性层表面的耐磨性必须好，才能在同磁头的高速摩擦以及同磁带的输送系统的固定部分摩擦条件下使用。为此，所使用的粘合剂必须耐热、耐摩。应用于计算机磁性存储设备和作为乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡所用的磁性材料及作用原理，同磁带所用的磁性材料及作用原理基本相同，只是用处不同而已。在磁性卡上有一窄条磁带，当你乘地铁从甲站到乙站时，在甲站向仪器中投入从甲站到乙站的票钱（硬币），之后投出一张磁性卡，在投出这张磁性卡的过程中已录上了到乙站下车的磁记录，拿这张磁性卡乘车到乙站后投入到仪器中，门开，出站。如果没在乙站下车，而是在比乙站远的丙站下车，投入的硬币不够，出站门不开。要拿磁性卡补票后才能出站。在乙站或丙站投入磁性卡的过程，就是磁记录经过磁头变成电信号的过程。再用电信号控制站门开关。电机的铁芯所用的磁性材料一般用硬磁铁氧体，这些材料的特点是磁化后不易退磁。对磁通的阻力小。超导磁悬浮高速列车目前，世界上最快的列车速度为210km/h，为进一步提高时速，必须采取车辆与地面轨道脱离接触的途径。为了使车辆悬浮起来，可以采用超导磁体或常规磁体的磁场悬浮。但后者在实际应用时存在着克服不了的困难，只有耗能少，体积小，重量轻的超导磁体才能达到目的。超导磁悬浮是在车辆底部安装超导磁体，在轨道上埋设一些闭合的铝环，整个列车由埋在地下的直线电机来驱动。当列车开始运行后，超导磁体产生的磁场将在铝环内产生感应电流。由于铝环不是超导的，所以，感生电流要衰减。但是，当列车的运动速度足够快（大于120km／h），使磁体所在的位置处铝环内电流还来不及明显的衰减，由于磁场和电流之间的相互作用，产生一个向上的"浮力"，当"浮力"大于列车的自重时，列车就被悬浮起来（离开轨道10cm）。列车停止时，环内无感应电流，故在开车和停车时仍需车轮。当超导列车悬浮前进时，只受空气阻力，时速可达550km／h。奥斯特奥斯特（1777～1851）是丹麦物理学家。1777年生于丹麦兰格兰岛的罗得考宾市。受父亲的影响，奥斯特很早就对药物学、化学实验、物理学有浓厚的兴趣。1794年，他考入哥本哈根大学，攻读医学、哲学和自然科学。1806年，奥斯特应聘任哥本哈根大学物理、自然哲学教授。1819年冬，奥斯特在哥本哈根为一些科学工作者讲授电磁学方面的问题，当时他正在研究电流对磁针是否有作用的课题，但一直没有什么成效。1820年的一天，他突然想到以前的实验总是把电流的磁力想成是纵向力，是否这就是失败的原因呢？他猜测电流对磁针的作用力可能是横向的。一天他在讲课快结束时突然来了"灵感"，对听众说："让我把导线与磁针平行放置来试试看！"于是在课堂上进行了这样一个实验：讲桌上放置一个伏打电难，用金属丝把它的两极连起来，并将一个小磁针与导线平行地放置在导线的下方，在接通电源一瞬间，小磁针出人意料地转动了，并在垂直于导线的方向停了下来。教室的听众对此无动于衷，而奥斯特却激动万分。课后他留在教室里，进一步核对他刚刚发现的这个不寻常的现象。起初他想磁针的运动也许是因为电流使导线变热而产生的空气流动所引起的。为检验这一点，他把一块硬纸板放在导线与磁针之间以阻挡气流，但是毫无变化，现象仍与先前一样。然后他把伏打电堆转了180°，使导线中的电流反向，结果磁针也转了180°，磁针的北极指向了原来南极所指的方向。奥斯特抓住了小磁针的这一动，接着进行了3个月的连续实验，终于在1820年7月21日在法国杂志《化学与物理学年鉴》上发表了他的论文。该杂志不仅破例给以全文发表，还加上了这样不同寻常的按语："年鉴的读者都知道，本刊从不轻易支持宣称有惊人发现的报告，至今我们都因为能够坚持这一方针而自诩。但是，至于说到奥斯特先生的文章，则其所得结果无论显得多么奇特，都有极详细的记录为证，以至无任何怀疑其谬误的余地。"这说明电流的磁效应的发现，在当时的科学界中，引起多么大的震惊和重视。奥斯特的这一伟大发现，被作为划时代的一页载入了史册。为了纪念他，从1934年起，磁场强度单位命名为奥斯特。法拉第法拉第（1791～1867）是英国物理学家。他在1791年生于伦敦附近一个铁匠的家里。由于家里太穷，只念了很短时间的小学，13岁就开始干活谋生，在一家书店里当了7年装订工。在这7年中，他抓紧点滴时间，充分利用书店的条件，阅读了大量科学书籍，特别是对化学和电学产生了浓厚的兴趣。学徒生活尽管贫困，但他每周总要花上几个便士，买些材料，做一些花费得起的电学实验。他发现了电解现象。书店的学徒期满时，他的最大愿望是去著名化学家戴维那里工作。法拉第在当学徒时，曾多次听过戴维的学术讲演，并作了非常详细的笔记。在他学徒期满之际，给戴维寄去了一封信，希望能去他那里找到一份工作，同时随信附上了整理好的装订成册的听课笔记以及精美的插图。戴维为他的真诚深深打动。戴维向大英皇家学会的总监建议雇用这个年轻人。总监说："让他涮瓶子吧！要是他不干，就说明他毫无用处。"法拉第答应了这个条件。在他以后的45年中，一直留在皇家学会工作。先是当戴维的助手，后来成为他的合作者。戴维去世后，他成了继任者。1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，这件电磁学发展史上的大事，震动了法拉第。法拉第确信客观事物本身应该是对称的，既然电能产生磁，反过来，磁也应该能产生电。1821～1831年间，他做了大量实验，终于发现了电磁感应现象。法拉第从开始实验到发现电磁感应现象，并找出其中的规律，经历了失败、试验，再失败、再试验，相当艰苦的过程，断断续续地研究了将近10年，才在1831年8月29日的日记中写下了成功的记录。最初，法拉第试图从一根邻近通电导体或一块静止的磁铁的导线中获得电流，结果却接连遭到失败。他从失败中不断吸取教训，总结经验，不断改进实验装置和实验条件。后来，法拉第在实验中，为了加强电流间的作用，把两根直导线绕成螺旋线；为了加强电流的磁场，把两根螺旋导线绕在一个铁环上。在实验中，法拉第偶然发现，每当接通或断开通电线圈的电源时，另一个线圈会产生瞬间电流。法拉第对他最初的实验在日记中是这样记载的："用7／8英寸的软铁棒，制成一个外径为6英寸的圆环，在环的一边（A边）用三段纱包铜线缠绕在环上，它们可以接成一根，也可以三根单独使用，这三根导线彼此是绝缘的，隔开一定距离。在另一半（B边）绕有两根导线，绕线情况与上述相同。"他用一根长导线把B边线圈的两端连接起来，并把长导线的一段架于离线圈3英尺远的一个磁针的正上方。他发现，当电池与A边线圈接通时，小磁针立即产生明显摆动，最后又稳定在原来位置上。当切断A边与电池的连接时，小磁针再次出现摆动。法拉第在1831年8月29目的日记中详细地记录了第一次成功地观察到的电磁感应现象。在此基础上，他还记录了用这个绕有铜线的铁环所做的其他实验和新的发现。法拉第并未满足已发现的现象，他进一步提出新的问题：铁环是必需的吗？线圈A是必需的吗？电流的磁效应是一种稳定效应，电磁感应似乎也应当是一种稳定效应。那么，用什么方法能产生持续电流呢？法拉第又花了将近一年时间，作了各种实验，把产生电磁感应的条件概括为：（1）变化的电流；（2）变化的磁场；（3）运动的稳恒电流；（4）运动的磁铁；（5）在磁场中运动的导体。在此基础上，找到了产生电磁感应现象的基本条件，就是二次电路棗B线圈中磁感线数量的变化。这个结论，被称为法拉第电磁感应定律。电磁感应现象的发现，具有划时代的意义。它把电与磁两种现象最后联结起来了。在实际方面，找到了机械能转化为电能的方法，开创了电气化时代的新纪元；在理论上，为建立电磁场的理论体系打下了基础。像法拉第这样出身清苦，没有受到过正规教育的人，经过自己的顽强努力，登上了当时科学的高峰，为科学作出了巨大的贡献,这在历史上是罕见的。第九章 信息的传递(全章概述和课时要求）课程标准的要求1．知道光是电磁波。知道电磁波的传播速度。2．了解电磁波的应用及其对人类社会和社会发展的影响。全章概述这一章主要讲述了电磁波及信息的传递。首先用组合图的方式对通信发展进行回顾，使同学们对现代通信的快捷和方便有一个感性的认识。通过讲述电话的工作方式，使学生理解如何用电流把信息传递到远方。数字通信是一种既现代又古老的通信方式，数字通信在现代通信中发挥着越来越重要的作用。本章简要地介绍了模拟通信和数字通信，并说明了数字通信的优势。在我们周围存在着各种频率的电磁波，但由于电磁波看不见摸不着，教材通过演示实验说明电磁波是如何产生和如何传播的。并给出了电磁波频率、波长和波速的关系。我们的生活中已经离不开广播和电视了，教材通过方框图的形式讲述了广播和电视的大致工作过程，介绍了微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信，为学生展示了现代通信的发展方向。课时建议本章共分四节，建议6课时。第一节 现代顺风耳棗电话 1．5课时第二节 电磁波的海洋 1课时第三节 广播、电视和移动通信 1．5课时第四节 越来越宽的信息之路 1课时复习和总结 1课时说明与建议章首图及配文本章的章首图是雄伟的万里长城，配文通过烽火传递信息，引起同学们对信息传递的兴趣。老师也可以通过历史故事"烽火戏诸侯"说明古代人们是如何进行远距离信息传递的。想想议议通过这个栏目让同学们了解信息传递的历史。可以让同学们在课堂上尽情地交流，先让每个人说出自己知道的通信方式，然后再通过书上组合图的提示，教师带领同学们得出通信发展的历史脉络。一、现代顺风耳──电话1．知识与技能·了解电话是怎样把信息传递到远方的。·了解电话交换机的用处。·了解模拟通信和数字通信的基本区别。2．过程与方法·通过看录像、老师讲解，了解电话是如何传递信息的。·通过学生讨论，说明电话交换机的作用。·通过学生活动展示什么是数字通信。3．情感、态度与价值观·通过讲述贝尔发明电话的过程，激发学生不怕困难，积极探索的精神，了解技术改革对人类社会发展的作用。·通过学生讨论和学生活动，培养学生的学习主动性及合作的意识。说明与建议电流把信息传到远方电话在我们的生活中已非常普及了，同学们也经常使用电话，教师可通过电话的发明过程让学生体会怎么会想到用电来传声的。现代电话的种类很多，我们通过对老式电话话筒和听筒的原理分析，让学生了解声信号和电信号是如何相互转化的。通过课本图9．l－2表现各种类型电话的听筒和话筒的基本作用。电话交换机通过课堂讨论让学生理解电话交换机的作用。而且通过交换机技术的发展，使学生对科学技术的发展给人们生活带来的便利有一个切身的体验。关于程控电话的各种功能不需要学生都知道，老师也可以不讲，可以通过布置学生课后调查了解这些功能，调动学生主动学习的兴趣。要培养学生不仅仅通过课堂，还可以通过其他途径学习的能力。想想议议要让学生充分讨论，发表意见，不怕学生说错，主要是鼓励学生学会自己想办法解决问题。一个地区有5部电话，如果一部话机只能固定地同另一部话机接通，要使这5部话机中的任意两部都能互相通话，要架设10对电话线，如图9．1甲所示，如果能把它们都连到一个交换机上，只需要5对电话线，如图9．1乙。模拟通信和数字通信数字通信是未来通信的发展方向，我们不要求学生了解太多的技术问题。可以通过游戏，在轻松愉快的气氛中，让学生了解数字通信的基本道理，使他们感觉到数字通信并不神秘。想想做做学生们可以用一面小镜子通过阳光传递数字信号，每组同学相ダ氲迷兑恍缓笞【底邮顾瓷溲艄猓湎蚨悦娴耐АＳ糜泄獯怼?"，无光代表"0"，通过"0"、"1"的不同排列传递信息。也可以用一面小旗，旗向上代表"0''，旗向下代表"1"。教师尽量调动学生参与这个游戏，可以让学生想出更多的办法。通过这段教学，使学生了解数字通信并不神秘，信息的传递是人类社会活动中非常需要的。动手动脑学物理1．电话的种类很多，学生能举出两三种就可以了。录音电话机是一种和录音机结合在一起的电话机。这种电话机具有自动应答和录音功能。当录音电话机接收到呼叫时，若振铃数次而无人摘机应答，它就向对方发送主人留言，并启动录音装置，记录对方讲话。投币电话机，是一种具有投币控制和通话计费功能的电话机。另外，还有移动电话机，无绳电话机，这在本章第三节中都有介绍。2.略。3．通过此题锻炼学生学以致用的能力。不要求他们记忆这些功能，只要通过各种途径知道一两项功能就行。最好学生能试一试这些功能。"程控电话有很多功能，如来电显示，是指接到电话的一方，可以通过电话的显示屏看到打来电话的电话号码。三方通话就是办理了此项业务的用户，当与甲通话时，如需第三者加入，可在不中断与甲方通话的情况下，拨叫第三者，实现三方共同通话或分别与两方通话。遇忙回叫，是当用户拨叫对方电话遇到忙音时，使用此业务，可不再拨号，等待对方电话空闲时，即能自动回叫接通。缩位拨号，是利用较短的缩位号码来代替原来的电话号码，进行拨号。这样既可以节省时间，又可以减少拨号错误。4.这项活动非常有趣，鼓励学生们做做。二、电磁波的海洋目 标1．知识与技能·了解电磁波的产生和传播。·知道光是电磁波，电磁波在真空中的传播速度。·知道波长、频率和波速的关系。2.过程与方法·通过演示了解电磁波的产生，电磁波在真空中的传播。说明与建议电磁波是怎样产生的电磁波是非常抽象的，人们看不见摸不到它。教材通过演示实验，让学生感知电磁波的真实存在。然后通过与水波、声波的类比，使其形象化、更容易接受。电磁波的产生很复杂，只要让学生知道迅速变化的电流能产生电磁波就行了。项目振动源波的形成水波木棍的上下振动通过水使振动向外传播，形成水波声波发音体的往复振动通过空气使振动向外传播，形成声波电磁波导体中有方向、大小变化很快的电流可以在真空中或介质中通过变化的电场所和变化的磁场相互激发，形成电磁波演示当打开收音机的开关，旋至没有电台的位置时，要让学生注意此时收音机没有接收到信号，所以听不到声音。取一节干电池和一根导线，拿到收音机附近。先将导线的一端与电池的正极相连，再将导线的另一端与负极摩擦，使它们时断时续地接触。在收音机里能听到"喀喀"的杂音。这是因为在导线与电池组成的电路中产生了迅速变化的电流，变化的电流产生了电磁波，收音机接收了这一电磁波，并把它放大转换成声音，这就是我们听到的"喀喀"声。电磁波是怎样的传播的通过声波的传递需要介质，引出问题棗电磁波传递是否需要介质。演示把无线寻呼机放在真空罩中，打电话请寻呼台呼叫。教师在演示前要解释寻呼台可以发出电磁波，而寻呼机可以接收电磁波，如果电磁波传播必须依靠介质，真空罩里的寻呼机就无法接收到这一信号，如果电磁波的传播不需要介质，就可以接收到这个信号。通过演示实验可以证明在真空中也可以传递电磁波。电磁波的波长和频率可以类比水波的波长、频率来讲解。（1）当水向上升起时，就形成像山峰似的浪尖，叫做波峰；当水下降时，形成的凹谷，叫做波谷。振源每上下振动一次就形成一个波峰和一个波谷。邻近的两个波峰（或波谷）的距离是一定的，这个距离叫做波长（图9－2）。一秒内振动的次数，叫做频率。一秒内波的传播距离定义为波速，所以有：波速=波长×频率。（2）电磁波是由方向来回迅速变化的电流（振荡电流）产生的。电磁波的频率等于一秒内电流振荡的次数。电流每振荡一次电磁波向前传播的距离就是电磁波的波长。对于电磁波来说，同样有：波速=波长×频率。在给出电磁波在真空中的传播速度时，应提示学生与光速比较，因此产生光与电磁波的联系，对光也是电磁波有一个最初的认识。教材利用电磁波波谱图给出了电磁波各波段的名称、波长范围及其应用，这样很直观。波长范围都是大概值，只要学生有个大致的了解就行了。科学世界 微波炉这一段让学生自己阅读就可以，不必占用课上时间。动手动脑学物理1．此题要求学生知道波长、频率和速度的关系，根据C=λf得出此立体声广播的波长是3.08m。2．学生通过此题可以认识收音机选台指示盘上的数字、单位，了解其物理意义。可以使学生把所学的电磁波的频率和波长的知识与实际联系起来，具体化。同时加深对电磁波的速度等于光速的印象。3．雷达是利用无线电波测定物体位置的无线电设备。电磁波如果遇到尺寸明显大于波长的障碍物就要发生反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的。波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，因此雷达用的是微波。雷达的天线可以转动，它向一定的方向发射不连续的无线电波（叫做脉冲），每次发射的时间不超过lμs，两次发射的时间间隔约为这个时间的100倍，这样，发射出去的无线电波遇到障碍物后返回时，可以在这个时间间隔内被天线接收，测出从发射无线电波到收到反射波的时间，就可以求得障碍物的距离，再根据发射电波的方向和仰角，便能确定障碍物的位置了。实际上，障碍物的距离等情况是由雷达的指示器直接显示出来的。当雷达向目标发射无线电波时，在指示器的荧光屏上呈现一个尖形脉冲；在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现第二个尖形脉冲（图9-3）。根据两个脉冲的间隔可以直接从荧光屏上的刻度读出障碍物的距离。现代雷达往往和计算机相连，直接对数据进行处理。利用雷达可以探测飞机、舰艇、导弹等军事目标，还可以用来为飞机、船只导航。"隐形飞机"是一种先进的军用飞机，可以防止被雷达发现。隐行飞机用的主要是吸波材料，它的功能是通过吸收、散射和干涉等多种方式使材料表面的电磁波能量转换成其他形式的能量，从而减少飞机对电磁波的反射，使雷达很难发现它。4．略。第九章 信息的传递(三、广播、电视和移动通信)目 标1．知识与技能·了解无线电广播的大致工作过程。·大致了解电视的工作过程。·了解移动电话是怎样工作的。2．情感、态度与价值观·通过了解广播、电视和移动电话的工作过程，初步认识科技对现代生活的影响。说明与建议无线电广播信号的发射和接收发射电磁波是利用它作为传递信号的载体。教师可以利用课本图9．3－1讲解这个问题。这个图勾勒出了电磁波发射和接收过程的轮廓，可以帮助学生理解全过程。具体的技术细节如器件的结构、原理不用涉及。只要讲清下面几个问题：信号的发射1．话筒的作用是把声音信号转换成音频电信号，但音频电信号不能用来直接发射电磁波。2．载波发生器可以产生高频电磁波，通过调制器把音频电信号加载到高频电磁波上。3．通过天线把载有音频电信号的电磁波发射出去。信号的接收1．利用放在电磁波传播空间中的天线，可以接收电磁波。2．由于天线可以接收很多频率的电磁波，如果把它们都转变成声音，那只是一片嘈杂声，什么也听不清楚。利用收音机调谐器可以选出我们所需的某一频率的电磁波。3．如果把调谐器选出来的频率很高的电信号直接送到耳机，不能使耳机发出声音。需要从高频电信号中取出音频信号，放大后，送到扬声器里。4．扬声器把音频电信号转换成声音。电视的发射和接收教师可利用课本图9．3－3讲解电视信号的发射和接收的大致过程，不必讲得太细，让学生对此有个粗略的了解即可。移动电话现在，移动电话的使用已经十分普遍，随身携带一个手机，就可以在城市的任何一个角落进行通话。学生们也一定有兴趣了解移动电话的工作过程，在学过固定电话和收音机后，就比较容易理解这个问题了。教师可以通过课本图9．3－4来说明移动电话的工作方式。公用移动电话系统是城市电话网的一部分。每一个移动电话都是一个无线电台，它将用户的声音转变为高频电信号发射到空中；同时它又相当于一个收音机，捕捉空中的电磁波，使用户接收到通话对方送来的信息。另外要说明为什么要设立基地台。移动电话的体积很小，发射功率不大；它的天线也很简单，灵敏度不高。因此，它和其他用户的通话要靠较大的固定无线电台转接，这种固定的电台叫做基地台。科学世界这一部分扩展了学生的知识面，可以通过学生自己阅读来完成。使学生通过自学对生活中常听到的音频、视频、射频和频道这样的名词有一个了解。通过对电视频道划分的了解，粗略知道不同电视频道的区别。STS可以先让学生阅读，了解电视的发展，以及人们对电视的两种不同的意见，然后让大家讨论发表自己的见解。通过这样的活动锻炼学生分析问题、阐述自己观点的能力。教师不要给出定论，要鼓励大家各抒己见。动手动脑学物理1．略。2．如果电视机没有A、V字样的插孔，可以把VCD机或录像机送来的信号加到电视机后面的射频输入上。3．"audioin"指音频输入，"audioout"指音频输出，"videoin"指视频输入，"videoout"指视频输出。4．68频道的频道范围是950MHZ～958MHZ，根据C=λf，可以计算出其波长范围是0.32m～0.31m，是分米数量级，所以68频道属于"分米波"。四、越来越宽的信息之路目 标1．知识与技能·常识性了解卫星通信、光纤通信、网络通信。2．情感、态度与价值观·通过学习现代通信知识，了解科技为人类带来的便利，提高学科学的兴趣。说明与建议微波通信微波通信已走入我们的生活。为什么要用微波通信？学生可能不清楚，如何实现微波通信？学生也不了解。为此教师首先要说明为什么要利用微波通信，因为微波比中波和短波的频率更高，可以传递更多的信息。另外要说明为什么需要建立微波中继站，它起到什么作用。课本图9．4-1生动形象地说明了中继站的作用。微波大致沿直线传播，中继站可以把上一站传来的微波信号经过处理后，再发射到下一站去，这就像接力赛跑一样，一站传一站，经过很多中继站可以把信息传递到远方。课本图9．4-2可以激发学生展开丰富的想象力，大家讨论能否用地球的卫星--月亮进行微波中继通信。这样也能使学生对下面讲的卫星通信更容易理解。卫星通信卫星通信系统由通信卫星、地面站和传输系统组成，通信卫星就像一个无人值班的空中微波中继站，它从一个地面站接收发射来的电信号，经过放大变频后，再发送回另一个或几个地面站。课本图9．4-5说明了用三颗通信卫星就可以实现全球通信。现在我们看到的很多电视节目是通过卫星传送的，可以让学生自己说说家里收到的电视节目，哪些是通过卫星传送的，这样可以使他们切身感受到卫星通信带来的好处。光纤通信人类自从用了电磁波这一宇宙中最快的速度进行通信以后，不断地向前发展。现代信息社会中，我们需要交流越来越多的信息；这就需要把这一信息之路修得越来越宽。我们知道，光也是一种电磁波，而且它们的频率很高，频率间隔很宽。如果用光来通信，其容量要高出短波、微波百万倍、千万倍。但如何实现这一目的呢？普通的光源夹杂了许多不同波长（频率）的光，方向性差。如果用它作载波，就像收音机同时接收到了许多频率的节目，各种声音重叠在一起，让人无法分辨清楚。直到1960年美国科学家梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器，它能产生单一频率，方向高度集中的光棗激光，才使光作为载波得以实现。演示通过这个演示实验，使学生知道光不但能够沿直线传播，也可以沿着弯曲的水流传播。进而使学生理解光也能沿着玻璃丝传播。不管玻璃丝怎样弯曲，从它一端射入的光都会顺着它传播，再从另一端射出。为了减少传输损耗，我们现在用高纯度的石英玻璃技制成光导纤维，来传递光信号。光纤也可以像电缆一样做成多芯的光缆。光纤通信与有线电通信相似，拿电话来说，在发送端，说话的声音通过电话机变成强弱变化的电信号，电信号进入激光发射机，经能量转换后，辐射出相应的强弱变化的光信号；光信号沿着光导纤维传输到光接收机，把光信号再转化成相应的电信号，受话机又把电信号复原成声音，我们就可以听到对方讲话了。光在光导纤维中传输损耗小，可长距离传输。光纤通信通信容量极大，不怕雷击，不受电磁干扰，通信质量高，保密性好。STS 我国光缆通信的发展光纤通信发展非常快，一些发达国家已经建立了跨越海底的光缆通信网络。我们国家也在大力发展光纤通信，已经建立了纵横大城市间的光缆通信系统。通过STS让学生为我国的光纤通信事业的发展而自豪，并且从中了解光缆在通信中的重要作用，使学生自觉爱护光缆。网络通信电子计算机的发明和应用给人们的工作、学习、生活带来了巨大的变化。计算机与通信的结合将成为21世纪信息社会的基础。全球信息网的建立，使人们通过一台联网的电脑，只要轻轻点击鼠标，就可以做到"秀才不出门，便知天下事"。人们可以通过网络通信系统查阅资料、看新闻、购物，进行视频点播。可以通过网络收发电子邮件，还可以上网和朋友聊天。另外可以通过网络进行远程教育、远程医疗，等等。课本图9．4-8说明了电子邮件的传送方式，对于有计算机的地方，教师可以通过讲座的形式教会学生使用互联网收发电子邮件，上网查找资料。动手动脑学物理1．延迟时间是0.24s。由于电磁波传播的速度太快，市内电话相互之间的距离近，电磁波传播造成的延迟时间太短，人们根本感觉不到。2．波长最短的红外线的频率大约相当于电视广播第二频道频率的1×107倍。3．略。第九章 信息的传递(参考资料)电磁波的发现1862年，英国物理学家麦克斯韦在总结前人研究成果的基础上，进行了一些大胆假设，用几个公式概括了他对于电磁现象的认识。从这些公式出发，经过数学运算，他发现变化的电磁场将以波的形式向空间传播，这就是我们今天所说的电磁波。他还推导出了电磁波的速度。令人惊奇的是，电磁波的速度与光速相等。于是他断定，光也是一种电磁波！1886年，德国杰出的青年物理学家赫兹用实验探测到了电磁波。接着他又通过实验证明了电磁波同光波一样具有反射，折射等特性，电磁波的传播速度也与光速相同。赫兹的实验证实了麦克斯韦的伟大预言，麦克斯韦包含假设的学说也就成了关于电磁场的科学理论。电 视1884年，德国发明家尼普科夫发明了扫描图像的尼普科夫圆盘，使用电传递画面的想法得以实现。尼普科夫圆盘上有一圈沿螺旋线排列的小孔，当图像投影到旋转圆盘上时，旋转圆盘上的小孔会以一系列平行线扫描图像，这样通过小孔的光落到光电池上，产生的光电流就会相应地显示出图像沿扫描线呈现的明暗变化。接受端的尼普科夫圆盘与发射端的同步旋转，安装在光源前面，而光源的强度受光电池电流的调制，这样，原来的图像就会重现在接受端的圆盘上。1927年，英国发明家贝尔德对尼普科夫圆盘作了一番改进，它应用了电子管放大器。他在伦敦作了一次公开的电视传输表演，虽然图像小而暗淡，并且摇晃不定，但这是人类第一次看到从远处传来的活动的景象，它标志着电视的诞生。现代的电视在电视发射端，由摄像管（图9－5）摄取景物并将景物反射的光转换为电信号。摄像镜头把被摄景物的像投射在摄像管的屏上，电子枪发出的电子束对屏上的图像进行扫描。扫描的路线如图9－6所示，从a开始，逐行进行，直到b。电子束把一幅图像按照各点的明暗情况，逐点变为强弱不同的信号电流。天线则把带有图像信号的电磁波发射出去。在电视接收端，天线收到电磁波后产生感应电流，经过调谐、解调等处理，将得到的图像信号送到显像管（图9－7），还原成景物的像。显像管里的电子枪发射的电子束也在荧光屏上扫描，扫描的方式和步调与摄像管的扫描同步。同时，显像管电子枪发射电子束的强弱受图像信号的控制，这样在荧光屏上便出现了与摄像屏上相同的像。摄像机在一秒内传送25张画面，电视接收机也以相同的速率在荧光屏上显现这些画面。由于画面更换迅速，眼睛又有视觉暂留现象，所以我们感觉到的是连续的活动景像。电视机天线接收到的电磁波除了载有图像信号外，还有伴音信号，伴音信号经解调取出后送到扬声器。无线电波无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波。无线电波的波长从几毫米到几十千米。通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段，包括长波、中波、短波、超短波、微波等。各个波段的无线电波有各自的传播方式和用途，如下表所示。波段波长频率传播方式主要用途长波30000m～3000m10kHz～100kHz地波超远程无线电通信和导航中波3000m～200m100kHz～1500kHz地波和天波调幅（AM）无线电广播、电报中短波200m～50m1500kHz～6000kHz短波50m～10m6MHz～30MHz天波微波米波（VHF）10m～1m30MHz～300MHz近似直线传播调频（FM）无线电广播、电视、导航分米波（UHF）10dm～1dm300MHz～3000MHz直线传播移动通信、电视、雷达、导航厘米波10cm～1cm3000MHz～30000MHz毫米波10mm～1mm30000MHz～300000MHz无线电波的发射和接收在广播电台、电视台和各种无线电通信设备的发射机中，都有叫做振荡器的重要部件，它能产生频率很高的交变电流，高频交变电流流经天线时在空间产生同样频率的电磁场。因为这样产生的电磁场也在不断变化，在周围产生新的电磁场，于是，电磁波就发射出去了。电磁波在传播过程中如果遇到导体，由于电磁感应，就会在导体中产生感应电流，收音机、电视机和各种无线电通信设备的接收天线就是这样的导体。天线收到的高频电流经过放大和处理后就能得到所需的信息了。调制和解调无线电广播传递的是声音，电视广播传递的不仅有声音，还有图像。这就要求发射的电磁波随信号而改变。使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制。一种调制方式是使高频电流或电压的振幅随信号改变，这种调制叫做调幅，用AM表示（图9－8乙）。调幅广播一般使用中波和短波波段。使高频电流或电压的频率随信号改变的调制方式叫做调频，用FM表示（图9－8丙）。在一些城市开播的调频广播和电视广播的伴音，采用的都是调频的方法。这些广播通常使用微波中的甚高频（VHF）和超高频（UHF）波段。许许多多无线电台、电视台以及无线电通信设备，它们不断地向空中发射各种频率的电磁波。接收机首先要从诸多的电磁波中把我们需要的选出来，这叫做调谐。拨动收音机的旋或选择电台时，实际上就是在改变可变电容器的电容进行调谐。经过调谐，接收机收到的是带有信息标记的高频电流，还不能使我们直接感受到所需要的信号。例如在收音机中，这种高频振荡电流不能使耳机或扬声器的振动片振动发声。要听到声音，必须从高频振荡电流中"检"出所携带的信号，这叫做检波。检波是调制的逆过程，因此也叫解调。解调之后得到的信号还要经过放大。如果传递的是声音信息，则由扬声器发出声音；传递的是图像信息，则由显像管显示出图像。图9－9是无线电广播的示意图。无线电波的传播通常，无线电波有三种传播方式：地波、天波和沿直线传播的波。地波沿地球表面附近的空间传播的无线电波叫地波（图9－10）。地面上有高低不平的山坡和房屋等障碍物，根据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，波才能明显地绕到障碍物的后面。地面上的障碍物一般不太大，长波可以很好地绕过它们。中波和中短波也能较好地绕过，短波和微波由于波长过短，绕过障碍物的本领就很差了。地球是个良导体，地球表面会因地波的传播引起感应电流，因而地波在传播过程中有能量损失。频率越高，损失的能量越多。所以无论从衍射的角度看还是从能量损失的角度看，长波、中波和中短波沿地球表面可以传播较远的距离，而短波和微波则不能。地波的传播比较稳定，不受昼夜变化的影响，而且能够沿着弯曲的地球表面达到地平线以外的地方，所以长波、中波和中短波用来进行无线电广播。天波地球被厚厚的大气层包围着，在地面上空50km到几百km的范围内，大气中一部分气体分子由于受到太阳光的照射而丢失电子，即发生电离，产生带正电的离子和自由电子，这层大气就叫做电离层。依靠电离层的反射来传播的无线电波叫做天波（图9－11）。电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特性。实验证明，波长短于10m的微波能穿过电离层，波长超过3000km的长波，几乎会被电离层全部吸收。对于中波、中短波、短波，波长越短，电离层对它吸收得越少而反射得越多。因此，短波最适宜以免波的形式传播，它可以被电离层反射到几千千米以外。但是，电离层是不稳定的，白天受阳光照射时电离程度高，夜晚电离程度低。因此夜间它对中波和中短波的吸收减弱，这时中波和中短波也能以天波的形式传播。收音机在夜晚能够收听到许多远地的中波或中短波电台，就是这个缘故。沿直线传播的电磁波微波和超短波既不能以地波的形式传播，又不能依靠电离层的反射以天波的形式传播。它们跟可见光一样，是沿直线传播的。这种沿直线传播的电磁波叫空间波或视波。地球表面是球形的，微波沿直线传播，为了增大传播距离，发射无线和接收天线都建得很高，但也只能达到几十千米。在进行远距离通信时，要设立中继站。由某地发射出去的微波，被中继站接收，进行放大，再传向下一站。这就像接力赛跑一样，一站传一站，把电信号传到远方。直线传播方式受大气的干扰小，能量损耗少，所以收到的信号较强而且比较稳定。另外，微波的频率高，相同的时间内比中波、短波传递的信息更多，所以，电视、雷达采用的都是微波。用同步通信卫星做中继站传送微波，可以使无线电信号跨越大陆和海洋。只要用三颗通信卫星就可以实现全球通信。
