义务教育教科书·物理九年级下册.pdf

义务教育教科书物理九年级下册华东地区初中物理教材编写组 编著上海科学技术出版社广 东 教 育 出 版 社义务教育教科书物 理九年级下册华东地区初中物理教材编写组编著上海科学技术出版社广 东 教 育 出 版 社出版（上海市闵行区号景路159弄A座9F-10F邮政编码 201101）新华书店发行合肥义兴印务有限责任公司印刷开本 78710921/16印张 6.25字数 102 0002013年11月第1版2022年1月第24次印刷ISBN 978-7-5478-1995-1/G461定价：6.62元如发现印装质量问题或对内容有意见建议，请与本社联系 电话：021-64848025，邮箱：审批编号：皖费核（2022年春季）第0158号举报电话：12315责任编辑陈慧敏金波艳陈鹏美术编辑赵军3第十六章 电磁铁与自动控制16.1 从永磁体谈起.216.2 奥斯特的发现.9 16.3 探究电磁铁的磁性.13 16.4 电磁继电器与自动控制.17 第十八章 家庭电路与安全用电18.1 家庭电路.3818.2 怎样用电才安全.42 18.3 电能与社会发展.48 目 录第十七章 电动机与发电机17.1 关于电动机转动的猜想.22 17.2 探究电动机转动的原理.26 17.3 发电机为什么能发电.31 142第二十章 能源与能量守恒定律20.1 能源和能源危机.7020.2 开发新能源.74 20.3 能的转化与能量守恒.81 20.4 能源、环境与可持续发展.86 你 怎样学习 学得怎样.92第十九章 电磁波与信息时代19.1 最快的“信使”.52 19.2 广播电视与通信.58 19.3 走进互联网.65 第十六章16.1 从永磁体谈起16.2 奥斯特的发现16.3 探究电磁铁的磁性16.4 电磁继电器与自动控制电磁铁与自动控制奥斯特的小磁针掀开电生磁的神秘面纱千年分离的电与磁拥抱着亲如一家偶然发现、瞬间顿悟蕴藏着科学家的睿智和艰辛科学的魅力激励着人们去攀登1 12信息浏览认识磁体从永磁体谈起16.1早在两千多年前，人类就发现了磁体。用磁体制作的指南针，是我国古代的四大发明之一，它曾为世界航海事业做出了很大的贡献。今天，磁体广泛应用于诸多领域，如电力设备、家用电器、医疗器械、信息及空间技术等，推动着社会的发展和进步。那么，什么是磁体？它有哪些性质？磁体是自然界中的一类物体，它具有吸引铁、钴、镍等物质的性质，这种性质叫做磁性。能够长期保存磁性的磁体叫做永磁体。磁体有天然磁体和人造磁体，图161中是几种常见的人造永磁体。试一试，用磁体能够吸引我们身边的哪些物品？图16-1 人造永磁体为了寻找宇宙中的反物质或暗物质，中国、俄罗斯、美国等十几个国家联合研制了“a 磁谱仪”（图16 2），并于1998年用航天飞机发射到太空中。其核心部件是我国研制的永磁体，它是一个高为80 cm、直径为120 cm的圆柱体，质量达2 t。图16-2 组装中的a 磁谱仪条形磁铁蹄形磁铁磁针3活动1请用图16 3所示的器材进行实验，并研究以下问题：磁体各处的磁性是否一样？哪里最强？磁体有几个磁极？磁极的指向有何特点？磁极间的相互作用有什么规律？你对磁体了解多少通过上述活动，你得出的结论是：（1）磁体的磁性最强，叫做磁极，每一个磁体都有两个磁极。（2）悬挂着的磁体静止时，总是一端指南，一端指北；指南的一端是磁体的极，又叫做S极；另一端是极，又叫做N极。（3）磁极间相互作用的规律是：同名磁极，异名磁极。图16-3 实验器材条形磁铁铁屑细线大头针磁针锯条和钢尺信息浏览一块磁体，无论被分割得多么小，总存在南极和北极。1931年，英国物理学家狄拉克（P.A.M.Dirac，19021984）从理论上推测，存在着只有一个磁极的粒子磁单极子。但是，直到现在，寻找磁单极子的工作仍在进行中。人们发现，一些没有磁性的铁质物体，如铁钉、钢尺等，有时会变得有磁性。这是怎么回事呢？下面，我们通过实验来进行研究。4图16-4 磁化的方法实验表明，用人工的方法可以使物体获得磁性。在物理学中，把这种使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫做磁化（magnetization）。（2）物体的磁性既能获得，也会失去。不断敲击或放在火焰上加热已被磁化的铁钉，铁钉就会失去磁性，这个过程称为“去磁”。请你试一试。认识磁场（a）将磁铁的一极靠近或接触铁钉（b）将磁铁的一极在铁钉上沿同一方向反复摩擦为什么磁体间不需要直接接触，就能发生相互作用呢？活动2探究“磁化”和“去磁”准备一块条形磁铁、两枚铁钉和一些铁屑。实验前，先用铁钉接触铁屑以证明铁钉无磁性。（1）请按照图16 4（a）、（b）所示的方法，分别用两枚铁钉试一试。5科学研究表明，磁体周围存在着一种看不见的物质，这种物质叫做磁场（magnetic field）。磁体间的相互作用和磁化现象都是通过磁场发生的。将小磁针放在条形磁铁周围，小磁针静止后会有不同的指向（图165），这是由于各处小磁针的磁极受到磁铁的磁场作用力方向不同。磁场是有方向的，人们把小磁针在磁场中静止时N极所指的方向，规定为这一点的磁场方向。磁场看不见，摸不着，怎样来描述它呢？活动3用铁屑显示磁体周围的磁场分布在水平放置的磁体上放一块玻璃板，在玻璃板上均匀地撒一些铁屑，轻敲玻璃板，就可看到铁屑形成如图16 6所示的图形。图16-5 条形磁铁周围小磁针的指向图16-6 各种磁铁周围的铁屑分布铁屑为什么会形成这样的分布呢？因为铁屑在磁场作用下被磁化成一个个小磁针。根据磁极间相互作用的规律，它们就在磁场中形成了如图所示的排列。仔细观察上面的图形，说明同名磁极和异名磁极周围的铁屑分布有什么不同。（a）条形磁铁周围的铁屑分布（b）蹄形磁铁周围的铁屑分布NNSSNN6金钥匙图16-7 磁感线图16-8 地磁场示意图地理北极地理南极地磁南极地磁北极描述磁场磁感线为了帮助人们想象磁场在空间的分布情况，科学家借用磁感线来形象地描绘磁场，磁感线是假想的物理模型，实际上并不存在。（a）条形磁铁的磁感线（b）蹄形磁铁的磁感线为什么指南针总是指向南北呢？原来地球是一个巨大的天然磁体，地球周围的磁场叫做地磁场（geomagnetic field）。地磁场的磁感线分布如图168所示。地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极则在地理的北极附近。为了形象地表示磁场，我们仿照铁屑在磁场中的分布图形，画出一条条带有箭头的曲线，这样的曲线叫做磁感线（magnetic induction line），如图167所示。磁感线上各点的切线方向就是该点的磁场方向。用磁感线可以形象地表示磁场的方向和它的分布情况。磁体外面的磁感线是从它的N极出来，回到它的S极。如图167所示的是条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线。磁感线的疏密可以表示磁场的强弱。67人体磁图技术现代科学发现，生物体的生理活动也会产生磁场。例如，正常人的心脏跳动产生的心磁场约为1010 T*；脑的神经活动产生的脑磁场约为51013 T。它们比地磁场（约为5105 T）弱得多，需要用精密仪器才能测出。当生物体发生病变时，病变部位的磁场强弱会有所变化。医学上可利用这一点，通过人体磁图技术，绘制磁图（心磁图、脑磁图），对相应部位进行病理研究和疾病诊断。人体磁图技术跟人体电图（心电图、脑电图）技术相比，具有不需要与人体接触、测量信息量大、分辨率高等优点。图16-9 脑磁仪和脑磁图STS*T（特斯拉）为表示磁场强弱的物理量磁感应强度的单位。信息浏览地磁的两极跟地理的两极并不重合，因而水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个交角，这个交角就是磁偏角。我国宋代学者沈括（10311095）是世界上最早注意到这一现象的人，比西方早了四百多年。但是，目前磁图技术应用的难度较大，人们正在积极努力，使磁图技术能尽快推广到医学临床诊断上。81一根条形磁铁，你能想出几种办法辨别它的南极和北极？2以下关于磁场和磁感线的说法中，正确的是（）。A磁体周围存在着磁场B磁场中实际存在着磁感线C磁体周围，画有磁感线的地方有磁场，没有画磁感线的地方则没有磁场D磁感线上某一点的磁场方向是放在该点处的小磁针南极所指的方向3把一根钢条靠近磁针的一个磁极时，发现该磁极被排斥，则这根钢条（）。A一定具有磁性B一定没有磁性C可能有磁性，也可能没有磁性D条件不足，无法判断4信鸽（图16 10）能从几百千米甚至2 000 km外的地方飞回自己的窝。有人做过实验，如果在信鸽的身上绑一小块磁体，那么它们就会迷失方向。这是什么原因呢？你还知道哪些生物是利用地磁场帮助定向的？5如图16 11所示，两根条形磁铁同极相对放置，请画出两极之间磁感线分布的大致情况。6如图16 12所示，磁体在日常生活中有着广泛的应用。请你再列举一些生活中应用磁体的事例。图16-10图16-12 我们身边的磁体磁性起子小磁片冰箱门磁封扬声器磁钢文具盒磁封自我评价与作业（a）（b）图16-119历史上，曾有不少科学家认为电和磁之间是没有联系的，而丹麦物理学家奥斯特（H.C.Oersted，17771851）则认为电、热、光、磁之间是有联系的。他经过多年的实验研究，于1820年4月首先发现了电流的磁效应，打开了通向电与磁联系的大门。下面我们来做奥斯特做过的实验。奥斯特的发现16.2图16-13奥斯特和他的助手在做电流的磁效应实验电流的磁场活动1观察通电直导线周围的磁场把小磁针放在桌面上，将一根直导线平行架在小磁针的上方（图16 14），然后把导线的两端接入电路中。闭合开关，导线中有电流通过时，磁针就会转到一个新的位置；断开开关，导线中无电流时，小磁针又回到原来的位置。再把接入电路的导线两端对调一下，观察小磁针的转向是否改变。在这个活动中，导线中有电流通过时，小磁针发生转动的现象说明了什么？小磁针转动的方向跟电流的方向有关吗？图16-14研究通电直导线周围的磁场导线10必做实验通电螺线管的磁场正是电流的磁场使磁针发生了偏转，而且磁场的方向跟电流的方向有关。奥斯特实验说明：通电导体跟磁体一样，周围也存在着 。z活动2A.观察通电螺线管周围的铁屑分布在嵌有螺线管的有机玻璃板上均匀地撒上铁屑，给螺线管通电，并轻敲有机玻璃板，观察螺线管周围的铁屑分布情况（图16 15）。实验表明，通电螺线管周围存在着磁场。你能说出通电螺线管外部的磁场分布与哪种磁体的磁场相似吗？B.探究通电螺线管的极性与电流方向的关系用导线把如图16 16所示的器材连接起来，在螺线管接入电路后，把小磁针放在螺线管两端，闭合开关，观察螺线管两端的小磁针的指向。然后，改变电流方向，记下螺线管中的电流方向和小磁针静止时N极的指向。请想一想：通电螺线管的极性跟电流方向间有什么关系？图16-15 通电螺线管周围的铁屑我们把用导线在圆柱形空心筒上绕成的螺纹状线圈，叫做螺线管。这是一种重要的电磁器件。通电螺线管的磁场是怎样分布的？它的极性与电流方向的关系是怎样的？下面，我们通过实验来进行研究。探究通电螺线管外部磁场的方向11通电螺线管的极性跟管中电流方向间的关系，可以用右手螺旋定则（right-handed screw rule）来判定。如图1617所示，用右手握住螺线管，让四指弯曲且跟螺线管中电流的方向一致，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。图16-17 右手螺旋定则通过以上活动，你能得出什么结论？通电螺线管外部的磁场与条形磁铁周围的磁场很 ，其磁场的极性与螺线管中 的方向有关。应当注意，右手螺旋定则中所说的“电流的方向”，是指螺线管中“电流的环绕方向”，右手四指的弯曲方向应跟电流的环绕方向一致。右手SNII图16-16 探究通电螺线管的极性12图16-202标出图16 19中通电螺线管的电流方向。图16-19（a）（b）NSNS3如图16 20所示，当开关闭合后，小磁针A、B静止在图示位置。请根据磁场方向标示出小磁针A、B的N极和S极。4关于通电螺线管磁场的方向，甲、乙、丙三位同学通过实验得出的结论分别是：甲同学：通电螺线管的极性跟电流从哪一端流入线圈有关。乙同学：通电螺线管的极性跟导线的环绕方向有关。丙同学：通电螺线管的极