中职物理（高教版）授课教案（全）.pdf

第 一 节 运 动 的 描 述一、参考系在描述一个物体的运动时，选来作为标准的另外的物体（ 认为静止不动的物体） ,叫做参考性二、质点实 际 物 体 （ 如自行车、汽车、火车等）的运动都是非常复杂的，要详尽地描述这些运动，并非易事例如，一列正在行驶的火车，即有火车整体相对于地面的平动，又有车轮的转动，还有车体的振动，等等，因此要全面描述火车的运动是相当困难的为了便于研究，就需要对物体进行简化，突出影响问题的主要因素，忽略次要因素例如：在研究一列从北京开往上海的列车的运动问题时， 由于列车的总长度约为150m ,而从北京开往上海的总里程约为1 500 k m , 火车的长度是总里程的万分之一，因此火车的大小、形状等因素对研究问题的影响很小，可以不考虑，只突出火车的质量及其占据空间的某一位置这两个主要因素在上面这种情况下，我们可以把火车简单地看作一个有质量的点一质点，它是一种理想化的物理模型在下面这种情况下，如在研究这列火车经过一座桥的运动问题时，由于火车的长度可以跟大桥的长度相比拟，它就成了解决问题的主要因素，这时就不能把火车简化为质点三、时刻和时间时刻指的是一个瞬间，时间指的是两个时刻之间的间隔。

例如，我们常说上午第一节课在8时上课，8时45分下课如果用一个数轴来表示时刻和时间， 则时刻应该用点来表示， 时间用线段来表示,如下图所示盲第一节 课 ®7 ： 0 08 : 0 0 9 ： 0 0< - - - - - - - - - - >45 min71 0 ： 0 0这里的“ 8:00” 和“ 8:45” 是这节课开始和结束的两个时刻，而这两个时刻之间的间隔 45 m i n , 则是两个时刻之间的时间在 SI ( 国际单位制) 中，时间的单位是秒( s) , 如下图所示的时间轴上标出了零时刻、第2 s初、第3 s末等时刻和第1 s内、1 s内、3 s内等时间第 1 S 初 第 2零 时 刻 第 111S初 第 3s 末 第 2s 初 第 4s 末 第 3S初S末___________ ___________ ________________ _______________________1 第 1S 内 J第 2 s 内4 --- ----- 4第 3 s 内t1 s iAl ________2 s 内3 s 内__________________ _______ /四、位移和路程一个人从北京去上海， 可以选择不同的交通工具， 既可以乘火车， 也可以乘飞机,还可以坐汽车到天津再换乘轮船。

使用不同的交通工具，运动轨迹是不一样的，但是， 就位置的变动来说， 他总是由北京到达了东南方向直线距离约1 080 k m 的上海在物理学中，用位移来表示质点的位置变化当质点从A 点运动到B 点时，我们从初位置A 到末位置3 作一条有向线段A B ,用这条有向线段表示物体在这次运动中发生的位移，如下图所示有向线段的长度表示位移的大小， 有向线段的方向表示位移的方向 在物理学中,像位移这样既有大小，又有方向的物理量，叫做矢量位移通常用字母s 表示，它 的 SI单 位 是 米 （ m ） 路程是质点运动轨迹的长度在上图中，质点的路程分别是曲线A CB. A DB.AE B的长度像路程这样只有大小，没有方向的物理量，叫做标量路 程 的 SI单位也是米（ m ） 五、速度和速率不同物体的运动，其快慢程度往往不同例如，运动员甲在8 s 内跑过了 6 4 m ；运动员乙在6 s 内跑过了 5 4 m 他俩谁跑得快呢？比较物体运动的快慢有两种方法：一种是在位移相同的情况下，比较所用时间的长短：时间短的，运动得快；另一种是在时间相同的情况下，比较位移的大小：位移大的，运动得快由于第二种方法更接近人们的生活习惯，因此，人们把位移s 与发生这个位移所用时间，的比值叫做物体的速度，通常用y 表示，即v = —641 854- 6m S -8 m Ssms -9m速度不但有大小，而且有方向，是矢量。

速度的大小在数值上等于单位时间内位移的大小，速度的方向跟运动的方向相同速度的SI单位是米/ 秒（m/s） ,常用的单位还有千米/ 时（km/h）1 m/s = 3.6 km/h我们可计算出前例中运动员甲、乙的速度分别为：丫=n =4S'v = - -，2所以说运动员乙跑得比甲快用上面的公式计算出的速度，表示物体在某段时间（ 或位移）内运动的平均快慢程度，叫做平均速度平均速度只能粗略地描述运动的快慢7 月 1 1 日，刘翔在瑞士洛桑国际田径大奖赛男子110米栏比赛中，以12秒88的成绩夺得冠军，并打破世界纪录他在比赛中的平均速度是： v = - = —m s = 8.54m st 12.88为了使描述更加精确，就需要选择物体在较短时间内的位移与时间的比值如果这段时间取得非常非常小， 就可以认为是物体在某一时刻（ 或某一位置） 的速度,这个速度叫做瞬时速度瞬时速度可以精确地描述物体运动的快慢演示实验: 用打点计时器测量瞬时速度， 把打点计时器固定在桌子上， 连接好电路,如下图所示U I安装好纸带启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出了一列小点,B A C如下图所示关闭电源由于每两个点之间的时间都是0.02 s ,因此，选择某一点A ,测量出该点左右两点8、C间的位移大小，除以时间0.04 s ,即可视为纸带经过A点时的瞬时速度。

速度的大小叫做速率，是标量汽车上的速度计只能显示汽车速度的大小，不能显示汽车运动的方向，所以它显示实际上是汽车的瞬时速率练 习1-11 . 地 球的直径约为12 800 k m ,与太阳相距1.5X108 km当我们研究地球的公转时，能不能把它看成质点？研究地球上各处季节变化时，能不能把它看成质点？答案：能；不能2 . 一位运动员在学校里周长为400 m的标准跑道上跑了三圈，他跑过的路程是多少？他的位移是多少？答案：路程是1 200 m ,位移是0o第二节匀变速直线运动一、匀变速直线运动我们日常观察到的运动，速度经常是不断变化的例如，汽车开动时，速度越来越大；刹车时，速度越来越小人们把速度不断变化的直线运动，叫做变速直线运动例如，一辆汽车沿一条直线从静止开始加速，如 果1 s末的速度为2m/s, 2 s末的速度为4m/s, 3 s末的速度为6m/s, 4 s末的速度为8m/s.......那么，每经过1s它的速度就增加2m /s……做变速直线运动的物体， 如果在任意相等的时间内，速度的变化量都相等，这种运动叫做匀变速直线运动匀变速直线运动可分为匀加速直线运动和匀减速直线运动两种二、加速度不同的匀变速直线运动，速度变化的快慢往往是不同的。

世界级的短跑运动员可以在2 s内将自身的速度从0提高到10 m/s；迫击炮可以在0.005 s内将炮弹的速度从0提高到250 m/so为了描述匀变速直线运动的速度变化的快慢程度，人们引入了加速度的概念加速度等于速度的变化量跟发生这一变化所用时间的比值如 果 用 «表示加速度，用可表示末速度，用 川 表示初速度，用t表示速度变化所用的时间，贝 Ia = 口t加速度的SI单位是米每二次方秒（m/s2） ,其数值的大小表示速度变化的快慢演示实验用打点计时器测量加速度将长木板的一端垫高，把打点计时器固定在长木板上较高的一端，连接好电路，把纸带穿过打点计时器连接到小车后部，如右图所示启动电源，让小车滑下，打点计时器在纸带上打下一列点，如下图所示断开电源AB|«--------------- 0.1 s--------------->|小车从光滑斜面滑下的运动可视为匀加速直线运动可选择相距0.1 S的两个点A、B ,分别测量并计算出两点的瞬时速度以、v B ,再根据加速度的定义，计算出该过程的加速度在前面的例子中，世界级的短跑运动员可以在2 s内将自身的速度从0提高到10m /s,他的加速度大小为：V,| — V0 | 1 0 — 0 2 < 2a, = - ---- = -------m s = 5m s' /, 2迫击炮可以在0.005 s内将炮弹的速度从0提高到250 m /s,炮弹的加速度大小为： a1-—_ ljo2__Z^P_2m 52=5xl04m s2- t2 0.005由计算结果可知，炮弹的加速度远远大于运动员的加速度。

加速度是矢量在直线运动中，如果速度增加，则加速度是正值，表示其方向与运动方向相同；如果速度减少，则加速度是负值，表示其方向与运动方向相反［ 例 题1］汽车紧急刹车前的速度是10 m /s,刹车后经过2 s车停下来，求汽车的加速度分析 汽车从刹车到停止的过程可被看成是匀减速直线运动题目中“ 停下来” 的含义是末速度等于0 ,因此，我们已经知道了初速度泌、速度变化所用的时间f和末速度vt,可直接用加速度公式来求解解 由 加 速 度 公 式 得a = -V .- -—- -v-o = -0-- —-- 1--0m s2 = -5u m s2t 2为负值， 表示加速度方向跟汽车初速度方向相反， 汽车做匀减速直线运动三、速度公式如果我们已知一个匀变速直线运动的初速度”0、加速度a和时间f ,则可以用速度公式求解末速度vt：匕=% + at[ 例题2] 一辆汽车原来的速度是36 km /h,后来以0.25 m/s2的加速度匀加速行驶求加速40 s时汽车速度的大小解M =36 km/h = 1 0 m /s,由速度公式得=岸 啮 米 牧 ％ m/s=20 m/s四、位移公式如果我们已知一个匀变速直线运动的初速度诩、加速度a和 时 间 则 可 以用位移公式求解位移s：, 1 ,2s — + 5 af[ 例题3] 一列火车在斜坡上匀加速下行，在坡顶端的速度是8 m /s,加速度是0.2m /s2,火车通过斜坡的时间是30 s ,求这段斜坡的长度。

解由匀变速直线运动的位移公式，得S = R + 产= 8.0x30+ —x 0.2 x302m2= 330m2 2还有一个常用的位移公式： 匕一% 一 =2as五、自由落体运动早在十七世纪意大利著名的物理学家伽利略就指出，我们平时之所以看到轻重不同的物体不能同时落地，是由于空气阻力的缘故他的学生选择了形状相同的材料，不同的两个重球，重球的重力远大于空气阻力，让这两个球从比萨斜塔上同时落下，结果同时着地物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动这种运动只有在没有空气的空间里才能发生 在有空气的空间里， 如果空气阻力的作用比较小,可以忽略不计，物体的下落也可以看作是自由落体运动通过实验发现， 自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动， 而且在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫做重力加速度，通 常 用g来表示重力加速度的方向竖直向下，大小随地理位置的改变而略有不同通常计算中，可以把g取 作9.8m/s2；在粗略计算时，可把g取 作10m/s2由于在自由落体运动中，初速度诩 =0 ,加速度a = g ,因此，自由落体运动的规律可表示为： % = gt1 2S = Qg「匕2 = 2gs练 习1-21. 一列做匀变速直线运动的火车， 在50 s内速度由8m /s增 加 到15m /s,求火车的加速度是多少？答 :0.14m/s2o2 .汽车紧急刹车时速度是10 m /s,经 过2 s车停下来，求汽车的加速度是多少？答：—5 m/s2o3 . 一辆汽车原来的速度是36 km /h,后来以0.25 m/s2的加速度匀加速行驶。

求加 速40 s时汽车速度的大小是多少？答：20 m/So4 . 一列火车在斜坡上匀加速下行，在坡顶端的速度是8 m /s,加速度是0.2m/s2,火车通过斜坡的时间是30 s ,求这段斜坡的长度是多少？答：330 m5 .用“ 投石计时” 的方法可粗略测算水井的深度在井口从静止开始释放一石块，经 过2 s听到落水声，若忽略声音传播的时间，求井口到水面的深度是多少？答：19.6 m6 .跳水运动员由静止开始从10 m跳台跳下，求运动员入水时的速度是多少？答：14 m/So第三节 重 力 弹 力 摩 擦 力一、力通过长期实践，人们认识到：物体运动状态的改变或物体形状的改变，都是由于物体间相互作用的结果于是人们归纳出，力是物体间的相互作用我们写字时，手要对笔施力，才能抓牢笔杆随意书写；同时，笔杆对我们的手也施加了力，三个手指都被笔杆挤变了形我们踢足球时，足球受到脚对它施加的力，于是向前滚去；同时，我们的脚也会受到足球对它施加的力，脚指可能会感到疼痛如果一个物体的运动状态或形状发生了改变，我们就可以推断出，该物体受到了力的作用力的大小可以用弹簧秤测量力 的SI单 位 是 牛 （ N ） 力是矢量，它不但有大小，而且有方向。

力的作用效果不仅与力的大小、方向有关， 还跟力作用在物体上的作用点有关因此， 要把一个力准确地表达出来,就要表明力的这三个要素二、力的图示人们经常用带箭头的线段表示力线段是按一定标度画出的，它的长短表示力的大小，它的箭头指向表示力的方向，箭尾表示力的作用点这种表示力的方法，叫做力的图示例如，一个大小为100 N ,与水平方向的夹角为30°的拉力的图示，如下图有时只需画出力的示意图，即只画出力的作用点和方向，表示物体在这个方向上受到了力，如下图所示三、重力英国物理学家牛顿发现，宇宙中所有的物体之间都具有相互吸引的力的作用，因此叫做万有引力万有引力的大小跟两个物体的质量成正比，跟两个物体的距离的平方成反比人们通常将地面附近的物体，由于地球的吸引而受到的力叫做重力，用字母G表示物体所受重力G与物体质量机的关系是：G = mg其中g就是重力加速度重力的方向总是竖直向下的， 并可认为是作用在物体的重心上，如右图所示0 ・四、弹力如果发生形变后的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用， 这种力叫做弹力 例如， 弹簧受力后会缩短或伸长,于是会对与它接触的物体产生弹力的作用，如右图所示。

英国物理学家胡克发现, 弹簧发生弹性形变时， 弹力的大 小 b 跟弹簧伸长（ 或缩短）的长度X 成正比，即F = kx上式中的被称为弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米（ N / m ） ,不同弹簧的劲度系数一般是不同的，这个规律叫做胡克定律如果物体的形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后，物体就不能恢复原来的形状，这个限度叫做弹性限度有时物体的形变很小，不易观察例如，一本放在水平桌面上的书与桌面间相互挤压，书和桌面都发生微小的形变由于书的形变，它对桌面产生向下的弹力，这就是书对桌面的压力F1；由于桌面的形变，它对书产生向上的弹力，这就是桌面对书的支持力F 2 ,压力和支持力都是弹力，方向都垂直于物体的接触面，如下左图所示拉力也是一种弹力如上右图所示的水桶受到的绳的拉力沿着绳，指向绳收缩的方向摩擦是一种常见的现象两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，就会产生阻碍相对运动的力，这种力叫做摩擦力例如，用一个较小的力推箱子，箱子没有被推动根据物体平衡条件可知，此时一定有一个力与推力大小相等，方向相反，从而抵消了推力的作用这个力就是地面对箱子的静摩擦力，常 用 M 来表示。

静摩擦力有一个最大限度，这个限度叫做最大静摩擦力当推力大于最大静摩擦力时，箱子就不能再保持静止，而要滑动了当一个物体在另一物体表面滑动时， 总会受到另一物体对它产生的阻碍它运动的力，这种力叫做滑动摩擦力滑动摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动方向相反，如下图所示实验表明：滑动摩擦力M 的大小跟外力无关，只跟接触面间的正压力的大小成正比，可用下式来表示：上式中的〃是比例常数，称为动摩擦因数它的数值与接触面的材料及粗糙程度等因素有关还有一种摩擦力叫做滚动摩擦力滚动物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦时，滚动摩擦力比滑动摩擦力小很多如右摩 擦 力 是 一 个力当压力相同图 所 示 的 是 生产中常见的滚动轴承练 习1-31 .画出下图中所示的几个力的图示：( 1 )马对车的拉力1000 N ；( 2 )铁锤对钉子的打击力300 N； ( 3 )电线对电灯的拉力8N2 .用两根绳子把一个物体挂起来，如下图所示，物体受几个力的作用？请画出物体受力的示意图答：物体受力的示意图如上右图所示3 . 一个物体在斜面上保持静止，如下图所示，物体受几个力的作用？请画出物体受力的示意图答：物体受力的示意图如上右图所示。

4 . 一辆马拉雪撬的货物总质量是5. 0X103 kg ,雪撬与水平冰面间的动摩擦因数是 0. 03, 马要在水平方向上用多大的力才能拉着雪撬匀速前进？答：1. 5X103 No第四节力的 合 成 与 分 解一、合力与分力生活中我们常见这样的情境：一桶水，需要两个小孩才能提得动，而一个大人就可以把它提起来此时我们可以说，两个小孩的力的作用效果与的作用效果相同一 个 大 人 的 力在物理学中，如果有一个力的作用效果与几个力的作用效果相同，我们就把这一个力叫做那几个力的合力，那几个力都叫做分力二、力的合成求几个力的合力的过程，叫做力的合成通过大量实验发现，两个互成角度的力的合成时，遵守这样的法则：可以用表示这两个力的线段为邻边，作平行四边形，则它的对角线就表示合力的大小和方向这就是力的平行四边形定则两个分力的夹角可以在〜180°变化，当两个分力的大小固定不变，只有夹角改变时， 合力随夹角的变化情况如下图所示：I F I-F 2 | MF W F1 + F2三、力的分解已知合力，求分力的过程，叫做力的分解例如，一个人斜拉着木块匀速前进，如左图所示斜向的拉力对木块有两个作用，一个使木块向前进，另一个将木块向上提，拉力在这两个方向上产生的作用力如右图所示。

若已知合力尸及其与水平方向的夹角，则两个分力的大小分别为：F、= F cosa F2= F sin a斜面上的物体都会受到竖直向下的重力，重力产生两个效果：平行于斜面使物体向下滑的分力，垂直于斜面使物体向下压的分力，如下左图所示：平行于斜面使物体向下滑的分力F 1 和垂直于斜面使物体向下压的分力F 2的大小分别如上右图所示如果已知重力G 和斜面的倾角a ,则F} - Gsina F2 = Gcosa练 习 1-41 . 画出下图中分力F1和F2的合力02 . 有两个力，一个是10 N, 一个是2 N ,它们的合力能等于5 N、10 N、15 N吗？答：合力可能等于10 N ,不可能等于5 N、15 N o3 .有两个分力，其中尸1为15 N ,方向水平向右；/=2为2 0 N ,方向竖直向上求它们的合力的大小是多少？方向如何？答：合力的大小为25 N ,方向向上偏右37° ,如右图所示4 .在如下图所示的斜面上，有一 重 力G为100 N的小球问：使小球沿斜面向下滑的力和垂直于斜面向下压的力各是多少？答：使小球沿斜面向下滑的力是50 N ,垂直于斜面向下压的力是87 No第五节牛顿运动定律一、牛顿第一定律长期以来，人们在研究物体运动的原因时，根据直觉认为，要使一个物体运动，必须推或拉它。

当不再推或拉时，运动的物体便会停下根据这类经验，在公元前4世纪，古希腊的哲学家亚里士多德得出结论：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就保持静止由于这一论断符合人们的常识，以至在其后的两千年里，大家都奉为经典直 到16世纪末，意大利的伽利略对亚里士多德的论断表示了怀疑他注意到，当一个球沿斜面向下滚动时，它的速度增大， 而向上滚动时， 它的速度减小他由此猜想：当球沿水平面滚动时，它的速度应该不增不减实际上伽利略发现，当球在水平面上滚动时，球的速度越来越慢，最后停下来 伽利略认为，这是由于摩擦阻力的缘故，因为他还观察到，水平表面越光滑,球便会滚得越远于是，他推断：若没有摩擦阻力，球将永远滚下去英国的物理学家牛顿在伽利略等人研究的基础上，并根据自己的研究，系统地总结了力学的知识，提出了三条运动定律，其中第一条定律的内容是：一切物体总保持静止或匀速直线运动状态， 直到有外力迫使它改变这种状态为止这就是牛顿第一定律由于我们把物体总保持原来运动状态的性质叫做惯性因此，牛顿第一定律又叫做惯性定律正在行驶的汽车急刹车时，车上乘客的下半身由于受到力的作用随车停止，而上半身由于惯性还要以原来的速度前进，于是乘客就会向前面倾倒。

如果汽车在高速运行时突然停止，汽车里的人就会由于惯性继续向前冲，直至撞到方向盘或挡风玻璃上， 造成严重的伤害 因此， 汽车的前排座位上通常都要配置安全带,高级汽车中还有安全气囊以保证乘车者的安全二、牛顿第二定律牛顿第一定律告诉我们，物体如果不受外力，它将保持原来的运动状态由此可以知道，如果物体受到外力作用，物体的运动状态必将改变列车出站时， 在机车牵引力的作用下，由静止开始运动， 并且速度不断增大;列车进站时，由于受到阻力的作用，速度不断减小，最后停止下来； 抛出的铅球、射出的炮弹，由于受到重力的作用，速度的大小和方向都不断发生改变，做曲线运动可见，物体运动状态的改变，是由于受到了力的作用，力是物体运动状态改变的原因物体运动状态发生改变时，物体具有加速度，所以，力是使物体产生加速度的原因在匀变速直线运动中，加速度的大小与哪些因素有关呢？通过实验，我们可以得出如下结论：物体的加速度跟所受的外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟外力的方向相同这就是牛顿第二定律用数学公式表示为 F = m a由牛顿第二定律可以看出， 质量不同的物体， 运动状态改变的难易程度不同，或者说它们的惯性大小不同。

在外力相同的情况下，质量大的物体获得的加速度小，它的运动状态难改变，即惯性大；质量小的物体获得的加速度大，它的运动状态容易改变，即惯性小因此，质量是物体惯性的大小的量度由于火车的质量巨大，要将高速火车停下来是很困难的，需要很长的时间和路程来减速，我国的高速列车甚至需要2 km 以上的距离来停止，所以，在列车经过的路口采取提前禁行的措施是非常必要的［ 例 题 1］ 吊车要在10 s 内将地面上的货物吊到10 m 高处，货物的质量是2.0X103 k g ,假设货物被匀加速吊起，问吊车缆绳对货物的拉力是多少？分析 以货物为研究对象货物匀加速向上运动，可判断货物受到的合力向上由货物的运动状态和匀变速直线运动的规律，我们可以求出它的加速度再对货物进行受力分析，如右图所示，货物受到两个力的作用：竖直向上的拉力下和竖直向下的重力G , 应用牛顿第二定律即可解出拉力的大小解 由 匀 变 速直线运动的位移公 式 s = vnt + ^ a r2s 2x10 2 C” 2ci — f = -［ 弓 -m s~ = 0.20m s-由货物的受力分析，可知F 合= 尸一G = maF=G + ma = mg + ma = (2.0 X 103 X 9.8 + 2.0 X 103 X 0.20) N = 2.0X 104 N三、牛顿第三定律初中我们学过，力是物体间的相互作用。

两个物体之间的作用总是相互的，一个物体对另一个物体有力的作用， 后一个物体一定同时对前一个物体有力的作用物体间相互作用的这一对力，通常叫做作用力和反作用力我们把其中的一个力叫做作用力，另一个力就叫做反作用力大量实验证明： 两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等， 方向相反,作用在同一条直线上这就是牛顿第三定律用公式可表示为：上式中，尺 尸 ' 分别表示作用力和反作用力，负号表示它们的方向相反作用力和反作用力总是成对出现，同时产生，同时消失作用力与反作用力总是同种性质的力如：作用力是吸引力，反作用力也一定是吸引力；作用力是弹力，反作用力也是弹力；作用力是摩擦力，反作用力也是摩擦力作用力和反作用力总是分别作用在两个物体上，各自产生各自的作用效果，不能平衡，不能抵消人走路时，脚总是不断地向后蹬地，地面受到了向后的摩擦力，同时，脚也受到了向前的摩擦力，从而使人向前运动；骑自行车时，人用力地蹬踏使后轮转动， 对地面产生向后的摩擦力， 地面对后轮产生向前的摩擦力， 推动自行车前进;喷气式飞机的引擎与火箭动力系统的工作原理相似， 都是燃烧燃料并高速排放气体练 习1-51 .现代高级轿车中不但有安全带，还有安全气囊，请查阅资料，了解它们的作用。

安全带的作用，是在发生碰撞时将人牢牢地固定在座位上，从而有效避免或减轻巨大的惯性和冲力对驾乘者带来的伤害 安全气囊在碰撞前迅速在车与人之间打开一个充满气体的气垫，缓和驾乘者受到的冲击并吸收碰撞能量，进一步减轻对驾乘者的伤害安全气囊必须与安全带配合使用如果碰撞之前没有系好安全带，瞬间充气的安全气囊将与具有巨大向前惯性的驾乘者正面相撞， 气囊快速膨胀所发出的巨大冲击力，将重重地撞击驾乘者的头部及胸部，会对驾乘者造成很大的伤害2 . “ 长征二号” 捆帮式运载火箭是为了适应我国航天事业发展，由我国的航天科学家自主研制成功的它有4个助推器，起飞时有8台发动机点火工作，推力达到5.92X106 N ,火箭起飞质量为4.6X105 k g ,则它的起飞加速度最大是多少？答：3.1 m/s2o3 . 4月1 8日我国铁路实施第六次大面积提速后，“ 和谐号”CRH系列国产化动车组列车最高速度可达250 km/ho某动车组列车采用四节动车和四节拖车固定编组形式，总质量3X105 k g ,启动牵引力为2X 105N ,受到的空气阻力为8X104N,假设在启动过程中牵引力、 阻力都不变， 问它启动时的加速度是多少？答：0.4 m/s2o4 . 9月2 5日晚9时10分许，中国自行研制的第三艘载人飞船神舟七号，在酒泉卫星发射中心载人航天发射场由“ 长征二号F”运载火箭发射升空。

点火第12 s时， 火箭到达了距地面高度约为216 m处 假设其中一位航天员的质量为80 kg,火箭升空时做匀变速直线运动，那么在此过程中，该航天员受到的支持力为多少？答：1.0 X103 N o5 .马向前拉车时，车也向后拉马，这两个力大小相等，方向相反，彼此平衡，合力为零，所以马无论如何也拉不动车这种说法错在哪里？答：马向前拉车时，车也向后拉马，这两个力大小相等，方向相反但由于马拉车的力作用在车上，车拉马的力作用在马上，因此不能平衡，不能抵消，而是各自产生各自的效果马向后蹬地，地向前推马，这就是马前进的动力FK F 1大于车拉马的力F,因此马能前进；车受到马的拉力户和地面的摩擦力F2 ,由于尸大于F2 ,因此车也能前进受力图如下所示6 .分别用左右手的两根手指捏住一张平整的纸片的两端，慢慢用力，你能将它同时撕成三块吗？如果在中间先撕开两个缺口呢？答：不能；也不能第一节功功率一、功在初中，我们已经学过有关功的初步知识一个物体受到力的作用，如果在力的方向上发生了一段位移， 我们就说这个力对物体做了功 例如， 人拉车前进,车在人的拉力作用下发生了一段位移，就说人的拉力对车做了功如果物体在恒力F作用下，沿 力F的方向发生的位移是s ,如下图所示，那么，力尸对物体做的功为 M F s。

功是标量功 的SI单位是J1 F --------------------- F力和物体在力的方向上发生的位移，是做功的两个不可缺少的因素例如，一个物体在光滑的水平面上匀速直线运动，因为物体在位移方向上没有受力，所以，没有力对小球做功；某人举着一个物体向前匀速运动，虽然用了力，但在力的方向上没有位移，所以，他也没有做功在实际生活和生产中，物体的运动方向并不总是跟力的方向相同，当力的方向跟运动方向成某一角度 时，如下所示，怎样来计算这个力做的功呢？我们可以把力尸分解成与位移方向平行的分力F1和与位移方向垂直的分力F 2 ,如下所示在物体发生位移s的过程中，由于物体在皮的方向上没有发生位移，因此，F2对物体做的功等于零；尸对物体做的功W就等于F 1s,而尸1=Fcos所以W=Fscos a这就是说，力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力和位移间夹角的余弦这三者的乘积讨论：当a = o时，cos <7=1, W = F s ,力和位移方向相同，力对物体做正功当0< a < 9 0 °时，cosa>0, 1 4/ 为正值，力对物体做正功当a = 9 0 °时，C O S <7=0, W = 0 ,力和位移方向垂直，力对物体不做功。

当90° < 6/<180°时，COsaVO, W为负值，力对物体做负功当a = 1 80 °时，cosa= - 1, W = - F s ,力和位移方向相反，力对物体做负功一个力对物体做负功，表示这个力阻碍物体的运动因此，当力对物体做负功时，常说物体克服这个力做功例如，当摩擦力对物体做负功时，也可以说物体克服摩擦力做功如果公式 M Fscosa中的尸是几个力的合力，那么式中的 是合力方向与物体位移方向间的夹角，W就是合力做的功可以证明，合力做的功等于各个分力做功的代数和[ 例题1] 一个质量为150 kg的小车， 受到与水平方向成3 7 °角斜向上方的拉力500 N ,在水平地面上移动的距离为5 m物体与地面间的滑动摩擦力为100 N ,求合力对物体做的功3一G分析小车在水平地面上移动时，受到重力G、支持力小 、拉力尸和摩擦力H四个力的作用，如图所示由于重力G、支持力小的方向与小车的位移方向垂直，不做功，因此合力做的功就是拉力尸和摩擦力H做功的代数和解拉力做的功：W F =Fscos «= 500 X 5X cos37° J=2 000 J摩擦力做的功：l^F f= -H s= -10 0X 5 J = -500 J合力做的功：lV^=kVF+kVFf=2000-500 J = 1 500 J二、功率不同物体做相同的功，所用的时间往往不同，也就是说，做功的快慢不相同。

一台起重机能在1 min内 把1 t货物提到楼顶，另一台起重机只用30 s就可以做相同的功第二台起重机比第一台做功快一倍在物理学中，用功率来表示做功的快慢程度，功W跟完成这些功所用时间t的比值，叫做功率用P表示功率，则有 P = -t功率是标量功率的SI单位是W电动机、内燃机等动力机械都标有额定功率，这是在正常条件下可以长时间工作的功率实际输出功率往往小于这个数值例如，某汽车内燃机的额定功率是100 k W ,但在平直公路上中速行驶时，发动机实际输出的功率只有20 kW左右在特殊情况下，例如在穿越障碍时，司机通过增大供油量可以使实际输出的功率大于额定功率，但这对发动机有害，只能工作很短的时间，而且要尽量避免把w= Fs代入功率的公式，可得尸= 尸7即功率等于力和物体运动速度的乘积从公式可以看出，汽车、火车等交通工具，当发动机的功率「一定时，牵 引 力尸和速度V成反比汽车发动机的转动通过变速箱中的齿轮传递到车轮，转速比可以通过变速杆来改变发动机的最大输出功率是一定的，所以汽车在上坡时，司机要用“ 换挡”的方法减小速度，来得到较大的牵引力在平直公路上，汽车受到的阻力较小，需要的牵引力也较小，这时就可以使用高速挡，使汽车获得较高的速度。

然而，在发动机功率一定时，通过减小速度提高牵引力或通过减小牵引力而提高速度，效果都是有限的所以，要提高速度和增大牵引力，必须提高发动机的额定功率，这就是高速火车、汽车和大型舰船需要大功率发动机的原因[ 例题2] 某汽车发动机的额定功率是6.0X104 W ,在水平路面上行驶时受到的阻力是1.8X103 N ,求发动机在额定功率时汽车匀速行驶的速度在同样的阻力下，如果行驶速度只有54 km /h,发动机输出的实际功率是多少？分析汽车匀速行驶时，牵引力和阻力相等由发动机的额定功率和牵引力，利用公 式 尸 =R /即可求出速度当汽车牵引力不变，而速度减小时，发动机的实际输出功率也可由公式P = Fv求出解当发动机的额定功率户1=6.0X104 W ,牵引力尸=1.8义103 N时，由于P1=Fi/1所以Pi 6.0 X 104%1 = —F = -1-.-8-X-1-O-3 m/7 s = 33 m/'s = 120 km/h当牵引力F不变，速 度0=54km/h = 15m/s时，有P2 = Fv2=1.8X103X15 W=2.7X104 W练习2-12 . 某人从一楼走到四楼，第一次用了 30s、第二次用了 40s。

他前后两次克服重力做的（） A . 功相同，功 率 相 同 B . 功不同，功率不同C . 功相同，功 率 不 同 D .功不同，功率相同答案：C3 . 一位质量m=60 kg的滑雪运动员从高万 =10 m 的斜坡顶端自由下滑，如右图所示如果运动员在下滑过程中受到的阻力尸=50 N ,斜坡的倾角6=30° ,运动员滑至坡底的过程中， 所受的几个力做的功各是多少？合力做的功是多少？答案：重力做的功是2940 J；支持力不做功；阻力做的功是- 500 J；合力做的功是2 440 J受力图如下所示4. 一台电动机的额定功率是10 k W ,要用这台电动机匀速提升重力为2.5X104N的钢板，提升的速度是多少？答 案 :0.4 m/So第二节动能动能定理一、动能如果一个物体能够对外界做功， 我们就说这个物体具有能 我们在初中学过,物体由于运动而具有的能量叫做动能水车利用的就是河水的动能那么，动能的大小跟哪些因素有关呢？让滑块A从光滑的导轨上滑下，撞到一个静止的木块B上，推动木块做功让同一个滑块从不同的高度滑下，可以看到，高度越高，滑块滑下的速度越大,把木块推得越远，对木块做功越多；让质量不同的滑块从同一高度滑下，滑块滑下的速度相同， 可以看到， 质量越大的滑块把木块推得越远， 对木块做的功越多。

实验表明，物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大那么，怎样定量地表示动能的大小呢？通过大量精确的实验，人们发现：一个质量为m ,速 度 为v的物体，它的动能等于物体的质量与速度二次方乘积的一半用Ek表示动能，1则有Ek = —m v22动能是标量，它 的SI单位是J[ 例题1] 一个质量为60 kg的人以10 m/s的速度奔跑；一颗质量为0.010 kg的子弹以800 m/s的速度射出；人和子弹相比，哪一个的动能大？解：根据动能的定义式，人的动能是11= -m ^yl = - X 60 X IO2 J = 3000 J22子弹的动 能是1 1Ek2 = ~Tn2V2 = — X 0.010 X 8002 J = 3200 J通过比较可知，子弹比人的动能大二、动能定理如果一个质量为m ,初速度为力的物体，受到外力尸的作用，并在力的方向上产生了一个位移s ,而物体的末速度变为0从功和能的角度看此过程，外力对物体做了功IV ,物体的动能发生了变化它们之间的关系为W = — m v j----mv^2 2 2 1即合力做的功等于物体动能的变化，这个结论叫做动能定理例如，一辆汽车启动时，在牵引力和阻力的共同作用下开始加速，动能越来越大。

牵引力和阻力的合力做正功，汽车的动能增加；当汽车刹车时，在阻力的作用下开始减速， 动能越来越小 阻力的做了负功， 汽车的动能增加了一个负值,即动能减少了[ 例 题2] 汽车的制动性能，是衡量汽车性能的重要指标在一次汽车制动性能的测试中，司机踩下刹车，使汽车在阻力作用下逐渐停止运动下表中记录的是汽车在不同速度行驶时，制动后所经过的距离汽车速率W(km/h)制动距离s/m101204401660?请根据表中的数据，分析以下问题：1 .为什么汽车的速率越大，制动的距离也越大？2 .让汽车载上3名乘客，再做同样的测试，结果发现制动距离加长了试分析原因3 .设汽车在以60 km/h的匀速率行驶的时候( 没有乘客) 制动，在表中填上制动距离的近似值试说明你分析的依据和过程解：1 .以汽车为研究对象在制动过程中，刹车产生的阻力对汽车做负功,汽车制动后的末速度是零假设汽车制动时的阻力不变，由动能定理可知：1 ,—Fs = 0 -- mv.T2 1汽车制动前的速率越大，初动能就越大，制动时阻力做的负功也越多，因而制动过程中经过的距离也越长2 .载 上3名乘客的汽车，质量增加了，在速率相同的情况下，初动能也增加了。

假设汽车制动时的阻力不变，由动能定理可知，制动距离也会随着增加3 .由于不知道汽车的质量及其制动过程中的阻力大小，所以不能直接求解但是我们通过分析动能定理和表中的数据发现， 制动距离与汽车速率的平方成正比，因此可以得出当汽车速率为60 km/h时的制动距离是36 m当公路上行驶的车辆意外发生碰撞时， 它们的损坏程度和事故的严重性跟碰撞前车辆的动能大小有关，而车辆的动能则取决于车辆的质量和速度的平方因此在公路上，尤其是在高速公路上，都有限制车速的标志货车、客车的质量较大，对它们速度大小的限制值要比轿车小一些例如，高速公路对中、重型车辆和客车的车速限制一般是100 km /h,对轿车一般是120 km/h机在开车时要时刻注意与前面的车辆保持一定的距离，防止发生追尾事故要知道汽车速度提高1倍, 制动距离要增加3倍 当你以50 km/h的速度行驶时,需要与前车保持大约50 m的制动距离；当你以100 km/h的速度行驶时，则需要与前车保持200 m的制动距离练习2-21 . 把一辆汽车的速度从0 加速到10 m /s,和从10 m/s加速到20 m /s,哪种情况做的功多？答案：把汽车的速度从10 m/s加速到20 m/s做的功多。

2 . 质量为2.0 kg的小车在光滑的水平路面上行进了 2.5 m ,速度从0 增大到 5 m/s小车所受的水平推力为多少？答案：10N3 . 一足球运动员把一个质量为0.5 kg的球踢出去， 脚对球的冲力是700 N,球离脚时的速度为10 m /s,球沿地面滚动了 25 m 后停止求：( 1 ) 该运动员踢球所做的功为多少？( 2 ) 球滚动过程中克服阻力做的功为多少？球所受的平均阻力为多少？答案：(1) 25 J； (2) 25 J , 1 N»第三节势能机械能守恒定律一、势能初中我们已经学过，被举高的物体具有做功的本领，因此它具有能量我们把地球表面附近的物体由于与地球之间存在一定的高度关系而具有的能量叫做重力势能高处的物体究竟具有多少能量呢？设一个质量为m的物体，从 高 度 为 处 ，竖直向下落到地面，如右图所示这个过程中重力做的功为W=mgh____T mg因此可知，物体在高度处的重力势能h\Ep= mgh重力势能是标量，它 的SI单位跟动能一样也是J由重力势能公式可知，物体距地面越高，重力势能越大；反之，就越小处于地平面以下的物体，公 式 中 的h应为负值，其重力势能也为负值。

在这里，负号只是表示它的重力势能比在地面处的重力势能小以上是把物体在地面处的重力势能当作零， 当然也可选择另一水平面作为零势能面，这时上式中的h应是从该面算起的高度在计算重力势能时，应同时说明零势能面的位置一般情况下，常选地面为零势能面卷紧的发条、拉伸或压缩的弹簧、拉开的弓、正在击球的球拍、撑芋跳运动员手中弯曲的芋等，这些物体由于发生了弹性形变，而具有了做功的本领，我们把这种能量叫做弹性势能二、机械能守恒定律我们在初中学过，重力势能和动能之间可以发生相互转化实验表明，小球在摆动的过程中，重力势能和动能发生了转化，而它们的总量保持不变一个质量为m自由下落的物体，从高度为用 的A点下落到高度为h 2的B点，速 度 从 力 增 加 到v 2 ,如右图所示在此过程中，物体的重力势能减少了，而动能增加了可以证明，物体的重力势能减少的量等于动能增加的量，动能与重力势能之和保持不变用公式可表示为：_______9.A.1 1 | 叫1 1- m诏 + mg % = + m g h ^ h一h2 1 丫2在自由落体运动中，只有重力做功，动能与重力势能可以互相转化，而总的机械能保持不变在各种抛体运动中，如果忽略空气阻力, 物体的总机械能也保持不变。

再如，物体在光滑斜面上运动，如右图所示，虽然物体受重力和支持力的作用，但支持力对物体不做功，只有重力做功可以证明，在此过程中物体的机械能也保持不变在只有弹力做功的过程中，动能和弹性势能可以互相转化，总的机械能也保持不变在只有重力（ 或弹力） 做功的情况下， 物体的动能和重力势能发生相互转化,机械能的总量保持不变这个结论叫机械能守恒定律，它是力学中的一条重要规律，也是能量守恒定律的一种形式［ 例题］ 物体从I m高、2 m长的光滑斜面顶端, 由静止开始无摩擦地滑下，到达斜面底端时的速度多大？（ 不计空气阻力）分析 斜面是光滑的，没有摩擦，又不计空气阻匕=0 FN力，斜面对物体的支持力与物体的运动方向垂直，对物体不做功，如右图所示因此，物体在下滑过程中〃 7g只有重力做功，机械能是守恒的根据机械能守恒定律即可求得末速度解有设物体的质量为m ,根据机械能守恒定律，并选取地面为零势能面,1 1—mvj + mgh2 = — rnff + mgh1* 2-m vi2 2+ 0 = 0 + mgh]v2 — y/2gh[ = V2 X 9.8 X 1 m/s 弋 4.4 m/s练习2-31. 一个重50 N 的物体，从距地面12 m 高的地方自由下落，当下落4 m 时的重力势能是J；落地时的重力势能是J；在整个下落过程，重力势能变化了 J?答案：400； 0； 600 o2. 一个重力为10 N 的物体，从 4 m 高处由静止自由落下， 落到Im 高处的机械能是 J?答案：40 o3 . 上海轻轨“ 明珠线” 某车站的结构如下图所示， 与站台连接的轨道左右两侧都有一个长长的斜坡， 你知道这种设计的好处吗？假设站台比轨道高2 m, 一辆以36km/h的速度在轨道上行驶的列车关掉动力后，还能否冲上站台？答案：列车进站时，上坡可以使列车的部分动能转化为重力势能，从而帮助列车刹车。

列车出站时，下坡又可以使列车的部分重力势能转化为动能，帮助列车加速；能第一节分子动理论一、分子动理论所有物体都是由分子构成的一般物质分子的直径，都 是以纳米(1 nm = 1X W -9m )为数量级的如氢分子的直径为0.23 n m ,水分子的直径为0.4 nm,蛋白质分子的直径最大，也只有几纳米近几十年来，人们已经能够用放大200万倍的离子显微镜直接观察分子的大小， 甚至能够用放大3亿倍的扫描隧道显微镜实现“ 操纵原子” 的梦想，在一间封闭的房间里，打开香水瓶盖，不一会儿在房间的每一个角落都能闻到香味；在一杯静止放置的清水中，轻轻滴入一滴红墨水，不久就会发现杯中的水全变红了；长期堆放在墙脚的煤会渗进地面和墙面中……这就是扩散现象扩散现象可以说明分子不停地做无规则的运动分子的无规则运动与温度有关，温度越高，分子运动越激烈因此，我们把大量分子的这种运动叫做分子的热运动从微观的角度看，在固体中，分子只能处于确定的 升温、- - - - - >• 降温••••••••••••••••固体■ l1 <升 温 :.， • 一当含茎咨 , 降温, , 0液体 气体位置上做微小的振动如果给固体加热，固体会熔化为液体。

在液体中，分子与临近分子拥挤在一起，可以发生位置的交换如果继续给液体加热，液体会汽化为气体在气体中，分子可以自由地运动，如下图所示气体很容易被压缩，水和酒精混合后总体积减小，高压下的油透过钢壁渗出……这类事实告诉人们，不论是气体、液体，还是固体，组成它们的分子之间是存在间隙的在生产技术上，为了增强钢表面的硬度和耐磨性能而进行的渗碳处理、为了改变半导体材料的物理性能而掺入杂质等等，都是对分子间隙的一种利用从水龙头里慢慢渗出的水总是一滴一滴地往下滴， 荷叶上的露水也总是呈现出一个近似的球形， 洗衣服时也总会形成一个个的肥皂泡……这些现象都说明液体分子间存在着引力；而液压千斤顶利用的则是液体的不易压缩性，这说明液体分子间又存在着斥力固体一般都具有固定的形状，它既不易被拉伸也不易被压缩的性质说明它的分子间既存在着引力，也存在着斥力综上所述，宏观物体是由大量分子组成的；分子永不停息地做无规则的热运动；分子间有空隙；分子之间存在着相互作用的引力和斥力这就是分子动理论的基本观点二、温度温度是表示物体冷热程度的物理量温度数值的表示方法，叫做温标常用的温标有：摄氏温标、华氏温标和热力学温标（ 也叫绝对温标） 。

世界上大多数地区使用摄氏温标，美国通常使用华氏温标摄氏温标是瑞典天文学家摄尔西乌斯（ 1701-1744）创立的，单位是摄氏度（ °C） ；华氏温标是荷兰物理学家华伦海特（ 1686—1736）创立的，单位是华氏度（ °F）这两种温标都是以水的冰点和沸点作为特征温度的: 在摄氏温标中这两个温度被定为0 ℃和100 °C；在华氏温标中这两个温度被定为3 2下 和212 °F这两种我们平常使用的温度计上往往都有这两种温标，热力学温标（ 或绝对温标）是由英国物理学家开尔文（ 右图）创立的，热力学温标的单位是开（ K）热力学温标的每一度的大小与摄氏温标相同， 因此热力学温标中水的沸点比冰点的温度也高100 K热力学温标把宇宙中的最低温度定义为0 K ,这个温度叫做绝对零度国际上公认的绝对零度为一273.15 °C热力学温度是国际单位制中七个基本量之一，用 符 号T表示热力学温度和摄氏温度在数值上有如下关系：T = t+273例如，水的冰点用热力学温度表示为273 K ,水的沸点用热力学温度表示为373 Ko科学家们发明了多种形式的新型温度计 在工业和科学研究中使用的电阻温度计，它的测温范围为一190〜650 °C；在低温物理、航空技术和宇宙航行研究中采用的半导体温度计；在600 °C以上的高温测量中，要使用热电温度计和光学高温计；测 量10 000 ℃以上的温度都是用原子光谱的谱线与温度的关系来计算；测量遥远星球的表面温度要用一种叫做光度计的仪器。

三、气体的压强气体分子之间有很大的空隙，气体分子间的相互作用力十分微弱，气体分子可以自由地运动， 常温下多数气体分子的速率都可达到数百米每秒——相当于子弹的速率单个分子的撞击力很小，而且不连续，但大量分子对器壁的撞击却可以产生大而连续的压力气体的压强是气体垂直作用在器壁单位面积上的压力气体在各个方向上产生的压强都相等压强用p表示，压强的SI单 位 是 帕（Pa）测量大气压的仪器叫做气压计 气压计的种类很多，实验室常用的是动槽式（ 福廷式）气压计，其如右图所示它是用一支长90 cm的玻璃管封闭上端，管中装满水银， 开口端插入下部汞槽中， 管中的汞由于重力作用而下降， 因而在封闭的玻璃管上部出现一段真空， 汞槽与大气相通 盛汞的玻璃管装在黄铜管中，黄铜管上部刻有主标尺并在相对两边开有长方形小窗，在窗内装一可上下滑动的游标尺，以便较准确地读出水银柱的高度，即大气压值在工业上用来测量气体压强的仪表通常叫做压力表 压力表中的弹性敏感元件随着压力的变化而产生弹性形变，通过齿轮传动机构放大，就会在表盘上显示出气体压强值四、热力学能物体由固体转化为液体与由液体转化为气体的过程中，需要吸收能量对同一种物质来说，液体分子的能量比固体分子的能量多，气体分子的能量比液体分子的能量多。

我们把物体中的分子由于运动和相互作用而拥有的这种能量叫做物体的热力学能所有物体均含有热力学能物体的热力学能与物体的温度和体积都有关系传统的温度计，应用了水银或者酒精的特性水银一类的物质在温度升高时，它的分子的运动就变得越激烈，体积就会膨胀，在管子中水银液面会升高因此，管子中水银体积的大小可以作为温度的指示古人钻木取火，就是通过对木头不断做功的方法，使木头的温度不断升高，最后达到燃点这是做功可以改变物体的热力学能的最早的例证现代工厂中，工人用砂轮磨制工件或切割型材时，火星飞溅这些现象也说明，做功可以改变物体的热力学能日常生活中，使用的火柴、打火机，利用的也是这个道理拖拉机和大卡车上使用的柴油机， 就是利用这个道理工作的， 它首先通过活塞做功,压缩柴油和空气的混合气体，使之温度升高，达到燃点而发生燃烧的夏天，手持杀虫气雾剂喷洒时，总会感觉到喷洒后罐体的温度比喷洒前下降了许多 这是因为内部的压缩气体在膨胀时对外做功， 温度降低， 热力学能减少蒸汽机、内燃机汽缸内高温高压的气体膨胀时对外做功，温度降低，气体的热力学能减少热量总是从高温热源转移到低温热源， 或者从物体中温度高的部分转移到温度低的部分，直到它们的温度相等时才会停止。

即通过热传递，高温热源的热力学能减少了，低温热源的热力学能增加了改变物体热力学能的物理过程有两种： 做功和热传递 当外界对物体做功时,物体的热力学能增加；当物体对外界做功时，物体的热力学能就减少当外界向物体传递热量时，物体的热力学能就增加；当物体向外界传递热量时，物体的热力学能就减少练 习3-11 . 试用分子运动的观点解释下列现象：( 1 )墨块是由石墨粉加高压后结合而成的；(2 )压缩一团棉花很容易，但棉花不能无限地被压缩；( 3 )气体分子平均速率约几百米每秒，但在房间内打开一瓶香水后，要隔一段时间，才能够嗅到香水味；(4 )温度升高，扩散现象加剧；( 5 )固体不容易被压缩和拉伸答案：(1 )墨粉分子在高压下，分子间的距离缩小到一定程度，在分子引力的作用下结合成墨块 2 )棉花分子间有很大的空隙，但压缩到一定程度后，分子间会产生很强的斥力，因此不能无限地被压缩 3 )香水气体分子的速度虽然很大，但其在运动过程中会受到其他空气分子的阻挡，运动轨迹是曲折的，因此要隔一段时间，才能够嗅到香水味4 )温度越高，分子运动越激烈，因此扩散现象加剧5 )固体分子间存在着斥力，因此不易被压缩；固体分子间同时又存在着引力，因此也不易被拉伸。

2 .笑话：一位刚到美国不久的中国留学生因感冒发烧到医院去看病测量完体温后，他问医生： “ 我现在的体温是多少？ ”医生回答： “ 1 0 0 ”听完医生的话，留学生马上晕了过去你知道为什么吗？ 答案：美国医生说的是华氏温度1 0 0 度，实际相当于摄氏温度3 7 . 8 C 3 . 讨论家里厨房和洗刷间的墙壁上常使用的吸盘式挂钩的原理答案：吸盘内大多数空气分子被排出，吸盘与墙壁间的空气稀薄，压强远远地小于外部大气压，因此吸盘被牢牢地压在墙壁上4 .下列现象是通过什么方式改变物体热力学能的？( 1) 烧开水；( 2 ) 刚锯过木头的锯条热得烫手；( 3 ) 蒸馒头；( 4 ) 用打气筒打气，筒壁发热；( 5 ) 烤羊肉串；( 6 ) 搓手变暖；( 7 ) 晒衣服；( 8 ) 将火柴在火柴盒上一擦，点着了答案：( 1) 烧开水是通过热传递增加水的热力学能的；( 2 ) 刚锯过木头的锯条热得烫手是通过做功增加锯条的热力学能的；( 3 ) 蒸馒头是通过热传递增加馒头的热力学能的；( 4 ) 用打气筒打气，筒壁发热，是通过做功增加筒壁的热力学能的 ;( 5 ) 烤羊肉串通过热传递增加羊肉串的热力学能的;( 6 ) 搓手变暖是通过做功增加手的热力学能的；( 7 ) 晒衣服通过热传递增加衣服的热力学能的；(8 )将火柴在火柴盒上一擦，点着了，是通过做功增加火柴的热力学能的。

第二节能量守恒定律一、热力学第一定律如果物体从外界吸收热量Q ,则物体的热力学能增加Q如果同时外界又对物 体 做 功W ,则物体的热力学能又要增加W .则在整个过程之后，物体的热力学能的增加量△ £=( 3+〃这个公式可以理解为： 物体热力学能的增加等于外界向它传递的热量与外界对它做的功的和这就是热力学第一定律规定：物体的热力学能增加时，△£ > ( ) ；热力学能减少时，△ E <0外界对物体做功时，W>0；物体对外界做功时，W<0»物体从外界吸热时，Q>0；物体向外界放热时，QV0［ 例题］ 一定质量的气体从外界吸收热量2 .6X105 J ,热力学能增加4.2X 1 0 5 J,是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少功？分析 已知物体吸收的热量和热力学能的改变量， 要求这一过程中气体做功的情况，通过热力学第一定律即可求解，然后根据做功数值的正负判断气体是对外做功，还是外界对气体做功解由热力学第一定律公式A E=Q+ IV得 〃 = △ £—Q= ( 4.2 X105 -2 .6X105) J = 1.6X105 JlV > 0 ,表示外界对气体做了功一杯热水，经过一段时间就会变成凉水，最终温度与室温相同。

这个现象说明，热量总是自发地从高温物体传到低温物体，高温物体温度下降，低温物体温度升高，最终，两个物体温度相等从来没有发生过这样的现象：热量自发地从低温物体传到高温物体，使得低温物体的温度进一步下降，高温物体的温度进一步上升即使在炎热的夏天，电冰箱也可以实现热量从低温向高温的传递，它是利用制冷剂的物态变化来实现这一过程的 常用的制冷剂有氨、 二氧化碳、 乙烯、R12（ 氟利昂） 、R134a （ 四氟乙烷）等电冰箱主要由压缩机、冷凝器、 毛细管、蒸发器四个部分组成，如右图所示,除了蒸发器和部分毛细管装在冷库（ 冷冻室和冷藏室）内部外，其他部件都装在冷库之外这四个部分由管道连接， 组成一个密闭的连通器系统,制冷剂作为工作物质，由管道输送，经过这四个部分，完成工作循环压缩机是电冰箱的“ 心脏” ，它消耗电能对来自蒸发器的制冷剂做功，将气态制冷剂压缩根据热力学第一定律，忽略热传递，由于压缩机对制冷剂做功，所以使制冷剂的热力学能增加，变成高温高压的蒸汽（ 如p心9.2 X105 Pa, t % 46 ℃） （,这种高温高压的制冷剂蒸汽来到冷凝器，由于制冷剂的温度比外界空气高，因此向空气放热，热力学能减少，被冷却而凝结成常温高压的液体（ 如p心9.0X 105 Pa , t 37 ℃） o这些常温高压的液态制冷剂由干燥过滤器滤掉水分和杂质，进入毛细管。

毛细管是内径为0巧〜1 mm、长为2 〜4 m的细长铜管通过毛细管的节流降压，制冷剂变成低温低压的液体（ 如p心1.5X105 Pa, t ^ -20 ℃） o进入蒸发器时，低温低压的液态制冷剂在低压条件下迅速汽化，膨胀做功,热力学能减少， 温度降到比冷库的温度还低（ 如p=1.0X105 P a，e一30 ℃） 然后气态制冷剂从冷库吸取热量，热力学能增加通过了蒸发器的制冷剂全部蒸发变为气体，再被吸入压缩机，进入下一个工作循环这样，只要压缩机工作，制冷剂就会循环流动，不断地从冷库吸取热量,使冷库保持相当低的温度从整体上来审视制冷剂的循环过程，其能量转化满足如下的关系：从低温热源 （ 冷库）吸收的热量加上外界所做的功（ 压缩机做功）等于向高温热源（ 外界空气）放出的热量二、能量守恒定律自然界有各种不同形式的能，出了我们已经学过的机械能、热能等，还有电能、磁能、光能、核能、化学能等运动物体的动能和势能是可以互相转化的， 热力学能和机械能也是可以互相转化的其他形式的能也可以和热力学能互相转化如：通电导线发热，电能转化为热力学能；燃料燃烧生热，化学能转化为热力学能；地热发电，热力学能转化为电能；等等。

各种不同形式的能量的互相转化，在自然界中每时每刻都在进行着太阳把地面、水面、空气晒热，并使一部分水蒸发，变热的空气上升使空气流动而形成风，太阳能转化成空气的机械能；蒸发到高空的水汽，又以雨、雪的形式落下来,汇入江河流向海洋，太阳能又转化成水的机械能；太阳能的一部分被植物叶子吸收，通过光合作用，生成各种有机化合物，太阳能又转化成植物的化学能；植物作为食物被动物吃掉，植物的化学能又转化为动物的化学能；人们又以动物、植物为食物，从中获得了维持生命活动的能量古代的植物和动物在地质变迁中转化成煤、石油、天然气，成为现代生活、生产的主要能源；在水力发电站和火力发电站里，水的机械能和煤、石油、天然气的化学能又转化成电能；在工厂、农村和住宅中，电能又通过各种用电器转化成机械能、热力学能和光能；等等在19世纪中叶，迈 尔 （ 下左） 、焦 耳 （ 下中）和亥姆霍兹（ 下右）等科学家经过长期的实验探索，共同确定了一个规律：能量既不会凭空产生， 也不会凭空消失， 它只能从一种形式转化为别的形式,或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中其总量保持不变这就是能量守恒定律这是自然界中具有普遍意义的定律之一，也是各种自然现象都遵循的普遍规律。

任何违背能量守恒定律的说法，都被证明是错误的空调器的制冷系统跟电冰箱的制冷系统几乎一样，即由压缩机、冷凝器、毛细管和蒸发器组成空调器将冷凝器置于窗外，将蒸发器置于窗内像电冰箱一样，压缩机工作时， 制冷剂从室内吸热，向室外放热， 达到降低室内温度的目的若想提高室内温度，则使制冷剂逆向循环，即让压缩后压强较大、温度较高的制冷剂流经室内热交换器， 使它在室内完成冷凝、 放热， 然后再经毛细管节流降压,在室外完成蒸发、吸热如此不断循环可达到提高室内温度的目的不论空调器如何运转， 它从低温热源吸收的热力学能加上压缩机所消耗的电能总等于向高温热源放出的热力学能，即在整个能量转化过程中，能的总量是守恒的练 习3-21 . 空气压缩机的活塞对空气做了 2 X 1 0 5 J的功，同时空气的热力学能增加了1 . 5 X 1 0 5 J , 这时空气与外界传递的热量是多少？是吸热还是放热？答案： 5 X 1 0 4 J ；放热2 . 生活中到处可见能量转化的事例，试说明下列实例中能量是怎样转化的？（ 1 ） 一根火柴正在燃烧；（ 2 ）用太阳灶将一壶水烧开；（ 3 ） 一台正在运转中的电风扇；（ 4 ） 一个人用锤子敲打一根铁条；（ 5 ） 一个在地面上转动的陀螺，速度不断减小；（ 6 ） 一位同学捡起一块石头，向远处扔去；（ 7 ） 一个荡秋千的人摆动幅度越来越小；（ 8 ） 在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火后，速度越来越小，最后停止；（ 9 ）子弹从枪中发射出去，射穿靶子，射入墙里；（ 1 0）用柴油水泵把水从井里抽上来浇地。

答案：（ 1 ）火柴的化学能转化为热力学能；（ 2 ）太阳能转化为水的热力学能；（ 3 ）电能转化为机械能和热力学能；（ 4 ）人的化学能转化为热力学能；（ 5 ）陀螺的机械能转化为热力学能；（ 6 ）同学的化学能转化为石头的机械能;( 7 )人的机械能转化为热力学能；( 8 )汽车的机械能转化为热力学能；( 9 )火药的化学能转化为子弹的机械能，再转化为热力学能;( 1 0)柴油的化学能转化为机械能第一节电阻定律一、电流我们在初中学过，电荷的定向移动形成电流要形成电流，必须有能够自由移动的电荷——自由电荷金属中的自由电子，电解质溶液( 酸、碱、盐的水溶液 ) 中 的 正 、负离子，都是自由电荷在什么条件下，自由电荷才能发生定向移动呢？当导体两端没有电压时，导体中大量的自由电荷就像气体中的分子一样，不停地做无规则的热运动自由电子向各个方向运动的机会相等，因而对导体的任一横截面， 在一段时间内从两侧穿过这个截面的自由电荷大致相等， 如下图所示从宏观上看，导体中的自由电荷没有定向移动，所以没有电流把导体的两端分别接到电源的两极上，两端有了电压，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流，如下图所示。

导体中的电流可以是正电荷的定向移动，也可以是负电荷的定向移动，还可以是正、负电荷沿相反方向的定向移动习惯上规定：正电荷的定向移动方向为电流的方向在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反；在电解质溶液中，电流的方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反电流有强弱的不同，电流的强弱用电流/ 表示通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用的时间f的比值，叫做电流：q电流的SI单 位 是 安（ A） / = -t二、部分电路欧姆定律既然在导体的两端加上电压，导体中才有电流，那么，导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢？德国物理学家欧姆通过实验研究得出结论： 导体中的电流跟导体两端的电压U成正比对于同一个导体，不管电压和电流的大小怎样变化，其比值都是恒定的；而对于不同的导体，电压和电流的比值一般是不同的比值越大，导体在同一电压下通过的电流越小这个比值反映了导体对电流的阻碍作用，叫做导体的电阻用R表示电阻，电阻的SI单 位 是 欧 （ 0导体中的电流/ 跟导体两端的电压U 成正比，跟导体的电阻R 成反比这就是部分电路的欧姆定律实验表明，除金属外，欧姆定律对电解质溶液也适用，但对气态导体（ 如日光灯管中的气体、某些导电器件（ 如晶体管）和某些用电器（ 如电动机、电解槽等）并不适用。

三、电阻定律既然在导体的两端加上电压，导体中才有电流，那么，导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢？通过大量精确的实验发现，导体的电阻R跟它的长度 /成正比，跟它的横截面积S成反比这就是电阻定律写 成0 _ z? 公K _ p -式，则有从表4-1可以看出，金属和合金的电阻率都很小；而电木、橡胶的电阻率都很大使用时，可以根据需要，参照电阻率表选取合适的材料例如，在输电、用电线路中，为了减小电阻就要选用铜、铝材料做导线；而在用电器和电工用具的绝缘部分又要选用电木、橡胶等材料制作各种材料的电阻率都随温度而变化纯金属的电阻率随温度的升高而增大电阻温度计就是利用金属的这种特性制成的，可以用来测量很高的温度精密的电阻温度计是用柏做的，如下图所示已知伯丝的电阻随温度的变化情况，测出伯丝的电阻就可以知道温度有些合金如镒铜和康铜合金，电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻［ 例题］ 一条康铜丝，横截面积S= 0.20 m m 2,长 /= 2 .5 m ,在它的两端加上电压U= 0.60 V 时，通过它的电流/ = 0.10 A , 求这种康铜丝的电阻率分析 由电阻定律可知，要求电阻率o , 必须知道R I, S 才行。

题目中已给出了 S, / 两个物理量，所以要先求出R才能解决问题电阻R可以利用题目中给出的电压U和电流/ , 运用欧姆定律求出解 根据部分电路的欧姆定律，康铜丝的电阻为n U 0.60R =—— =-----Q = 6 0 QI 0.10根据电阻定律 R = p -得康铜丝的电阻率夕为RS 6.0x2.0x107P = ~T =------ ---------Q・m 〜4.8X10-7 Q-mI 2.5练习4-11 . 某电流表可测量的最大电流是10 m Ao已知一个电阻两端的电压是8 V时，通过电流是2 mA如果给这个电阻加上50 V 的电压，能否用该电流表测量通过这个电阻的电流？答案：不能2 . 一根导线原来的电阻是4 Q ,把它对折起来使用，它的电阻变为多少？如果把它均匀拉长到原来的2 倍，电阻又变为多少？答案： 1 16 Q3 . 小强买了一卷长为100 m ,直径为2 mm的铜导线，用来安装家庭电路你能计算出这卷导线的电阻是多少吗？ （o铜=1.7X10-8 Q-m） ?答案：0.5 46.30第二节串联电路和并联电路一、串联电路把电阻一个接一个地依次连结起来，把两端接到电源上，就组成串联电路。

如下图所示是三个电阻组成的串联电路通过实验我们可以归纳出串联电路的基本特点是：电路中各处的电流相等;电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和，即1= 1 1 =12 = 13 , U = U1 + U2 + U3利用欧姆定律，可以由上面的两个公式推出串联电路的几个重要性质如果把串联电路中的3个电阻用一个电阻R来代替， 使得在相同的电压下,通过电路的电流跟原来相同那么，我 们就把电阻R叫做串联电路的总电阻或等效电阻R =m + F 12 + R3串联电路的总电阻等于各个电阻之和在串联电路中，通过各电阻的电流相等，根据欧姆定律，有4 = 铝 = 幺R & R ?在串联电路中，总电压被分配到各个电阻上阻值大的电阻分得的电压大；阻值小的电阻分得的电压小所以串联电路又叫做分压电路，串联电路的这种作用叫做分压作用分压电路在生产、生活、科技和实验中有广泛的用途如下图所示，是用滑动变阻器接成的分压器，它可以得到一定数值范围内连续变化的电压滑动变阻器的两个固定端A、B接在电源上，其中一个固定端和滑动片P跟用电器或工作电路的C、D两端相连U RR R由 于RPBWA当滑片P上下移动时， 输出电压的数值就可以在0〜。

之间连续变化电学仪表中常应用串联电路的分压作用来扩大电压表的量程通常，电压表都是利用电流表改装的，电流表本身的电阻很小，所能承受的电压也很小，无法直接测量较大的电压，必须进行改装后才能扩大它的量程怎么改装呢？根据串联电路的分压原理，在电流表上串联一个分压电阻，让这个电阻分担一部分电压，这样，电流表和分压电阻一起就成一个能够测量较大电压的电压表了[ 例题1] 一个量程为10 V ,内阻为5.0 kQ的电压表，要把它的量程扩大到5 0 V ,应该串联一个多大的电阻？/v —R分 析 根 据 题 意 ，可以画出改装电路如上图所示首先，由电压表的量程S/及其内阻取 ，运用欧姆定律，计算出通过电压表的满偏电流/V ,这个电流等于通过分压电阻的电流再由电压表的量程 W和要改装的电压表的量程相比较，可 求 得 分 压 电 阻 必 须 分 担 的 电 压 然 后 结合分压电阻的电流/V ,运用欧姆定律就可以求出分压电阻R的大小解 根据欧姆定律，电压表满偏时的电流值/V为/ °V 1/ v k 1 ^ A =2 . 0 X 1 0 - 33A设应串联的电阻为R ,由串联电路的分压作用可知，该电阻应分担的电压值是UR= U—LN = (50-10) V = 40 V再根据欧姆定律，可得分压电阻的阻值D UR 40& =厂 =20><]0-3 ° =2.0X104 Q =20kQ用电流表测量电流时，必须把它串联在电路中，并使电流从其“ +” 接线柱流入，从“ 一” 接线柱流出。

二、并联电路把几个电阻的一端连在一起，另一端也连在一起并接到电源上，这样组成的电路叫做并联电路，如下图所示1 1 --------------4 1______ I1上 = 上 = ' = 0 I. R------------------------------------------ 1I -------------- A ------------------1+ u -|+u—通过实验我们可以归纳出并联电路的基本特点是：各支路两端的电压相等；电路中的总电流等于各支路的电流之和用公式可以表示为U = 5 = U2 = U3 , 1=11 + 12 + 1 3由上面的两个公式，利用欧姆定律，可以推出并联电路的几个重要性质如果把并联电路中的3个电阻也用一个电阻R来代替，并把它连在两个公共接点上，在相同的电压下，通过主电路的电流跟原来的相同那么，我们就把电阻R叫做并联电路的等效电阻或总电阻1 1 1 1--- = 1 --------p • • • -|R & R”并联电路的总电阻的倒数，等于各个电阻的倒数之和在并联电路中，各支路两端的电压相等，根据欧姆定律，有T/] = -u IT》 = —U &在并联电路中，通过各电阻的电流与它的电阻值成反比。

即电阻的阻值越大，通过它的电流越小各个并联电阻可以分担一部分电流，并联电阻的这种作用叫做分流作用，作这种用途的电阻又叫分流电阻并联电路分流作用的用途很多例如，当电路中的电流超过某元件或用电器所允许通过的电流时，就可以给它并联一个阻值适当的分流电阻以减少通过它的电流电流表量程的扩大就是并联电路的分流作用的应用实例之一电流表能够测量的电流一般很小（ 不超过毫安级） 为了扩大它的量程，以达到可以测量较大电流的目的，就要给电流表并联一个阻值较小的分流电阻，这样，就可以把电流表改装成较大量程的电流表了[ 例题2] 内 阻RA= 1 000 Q ,满偏电流/A =100 口 A的电流表要改装成量程为1 A的电流表，需要并联多大的分流电阻？/R R分 析 电 路 如 上 图 所 示 要把量程为100 口 A的电流表改装成量程为1 A的电流表，需要进行分流,分流就要利用并联电路本题已知电流表满偏时的电流/g和扩大量程后的电流I ,那么，通过分流电阻的电流方 就 等 于 /与/g之差由 于R g已知，根据欧姆定律，我们就能计算出分流电阻的电压U R ,进而计算出分流电阻的阻值解根据并联电路分流作用的特点，可知分流电阻需要分担的电流IR= /-/A = 1-0.000 1 A = 0.999 9 A分流电阻两端的电压与电流表两端的电压相等，所以，UR= UA = /A RA = 0.000 1 X1 000 V = 0.1 V由欧姆定律，得D UR 0.1R -. . . . 二 - - - - - - - - - - - Q - n iIR 0.999 9 ~用电压表测量电压时，必须把它与等测量的用电器并联，并使其“ +” 接线柱接高电势端，“ 一” 接线柱接低电势端。

家庭中的电器一般都是通过插座并联入家庭主电路当中的，如右图所示火线练习4-21 . 由两个电阻串联组成的电路，两端的电压是100 V其中一个的电阻值是 8 0 它两端的电压是40 V , 求另一个电阻的阻值答案： 1 2 0 -2 . 有一只微安表，表头内阻Rg = 1 000 Q , 满偏电流/g = 100 u A „要把它改装成量程是3 V 的电压表，应串联多大的电阻？答案： 29 0 0 0 3 . 把阻值为5 Q, 5 1 0 的三个电阻任意连接，得到的等效电阻的阻 值 ()oA . 在 5 到 1 0 之间 B . 在 2 Q到 20 Q之间C . 小于2 D .大于20 Q答案： B 4 . 有一只电流表，它的电阻RA=500 G ,满偏电流/A = 1m A ,要把它改装成能测5 A 电流的电流表，怎么办？答案： 并联一个0 .1 5 . 讨 论 ：如果把电流表并联入电路，把电压表串联入电路，可能会有什么不良后果？答案： 电流表的内阻很小，能够承受的电压也很小，如果把它并联入电路,在大电压的作用下，可能将电流表烧坏；电压表的内阻很大，但能承受的电流很小，如果将它串联入电路，在大电流的冲击下，也可能烧坏。

第三节电功电功率一、电功在导体的两端加上电压，导体内就形成了电场导体内的电荷在电场力的作用下发生定向移动，因此电场力做了功这个功叫做电流做的功，简称电功如果导体两端的电压为U ,通过导体的电流为/ ,通电时间为t ,则电流做的功为IV = Ult上式表明，电流流过一段电路时所做的功，等于这段电路两端的电压、电路中的电流和通电的时间三者的乘积上 式 中IV, U, I, t的S I单位分别是J、V、A、S o日常生活中，我们常用的电功的单位还有kW-h （ 千瓦•时） ，即“ 度” ：1 度 =1 kW-h = 3.6X106 J电流做功的过程实际上就是电能转化成其他形式能的过程例如，电流通过电炉时，电能转化为热力学能；电流通过电动机时，大部分电能转化为机械能，小部分电能转化为热力学能电能表显示的就是我们家庭消耗的电能二、电功率流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫做电功率，通常用户表示即t德国物理学家欧姆通过实验研究得出结论：导体中的电流/ 跟导体两端的电压U成正比对于同一个导体，不管电压和电流的大小怎样变化，其比值都是恒定的；而对于不同的导体，电压和电流的比值一般是不同的比值越大，导体在同一电压下通过的电流越小。

这个比值反映了导体对电流的阻碍作用，叫做导体的电阻用R表示电阻，电阻的SI单 位 是 欧 （Q ）0将W= Ult代入上式，可 得P= U I上式表明， 一段电路上的电功率等于这段电路两端的电压和电路中的电流的乘积在国际单位制中，电功率的单位是瓦（W）：1 W = 1 J/s = 1 VA一般用电器的铭牌上都标明额定功率和额定电压，用电器只有以额定电压工作时才能达到额定功率 如果把用电器接到高于它的额定电压的电路上，用电器消耗的电功率会超过它的额定功率，就有被烧坏的危险；而接到低于它的额定电压的电路上，它消耗的实际功率就比额定功率小所以，在把用电器接入电路之前，必须注意电路实际电压与用电器的额定电压是否一致[ 例题1] 有一个额定值为“1kW, 220V”的电暖器，正常工作时的工作电流是多大？如果由于供电紧张，电压下降到16 0V ,它的实际功率将是多少？分析本题可以由电功率的定义式先求解它正常工作时的电流， 再算出它的电阻值，根据欧姆定律计算它的实际电流，最后再计算它的实际功率解 根据电功率公式尸= U /,电暖器正常工作时的工作电流为「 P 1 000I — — A = 4 AU 220由部分电路的欧姆定律，电暖器的电阻为R =U2 2 04 .5 5 Q=4.84 Q当把电暖器两端的电压为160 V时，电阻不变，根据欧姆定律得r, U, 160A = 3.31 A当把电暖器两端的电压为160 V时，电阻不变，根据欧姆定律得P = U T = 1 6 OX3.31W = 530 W三、焦耳定律电流通过导体时，导体要发热，这就是电流的热效应。

英国物理学家焦耳(1818—1889)通过实验得出这样的结论：电流通过导体时产生的热量，等于电流的平方、导体的电阻和通电时间三者的乘积这就是焦耳定律用公式表示为：Q = l2Flt上 式 中Q表示热量，/ 表示电流强度，R表示电阻，t表示时间，S I单位分别是J, A, Q , s如果电路中只含有电阻，即纯电阻电路，根据欧姆定律/ 凡 有Q=/2Rt= U lt.在这种情况下，电流所做的功U/t跟产生的热量/2成是相等的，电能完全转化为电路的热力学能这时，计算电功也可以用下面的公式：, U2W = I2Rt = ­ tR如果不是纯电阻电路，例如电路中还包括电动机、电解槽等用电器那么，电能除有一部分转化为热力学能外，还要转化为机械能、化学能等这时电流所做的功总是大于它所产生的热量，在这种情况下，欧姆定律不成立，就不能再用尸质或来计算电功[ 例题2] 一台直流电动机，额定电压是220 V ,线 圈 电 阻 为1 .0正常工作时通过的电流是5.0 A o求它的额定电功率和工作1 h电流做的功及产生的热量分析 题目中给出了额定电压、线圈电阻和和正常工作时的电流，但这三者的数量关系却不符合部分电路的欧姆定律。

这是因为电动机不是纯电阻因此在计算电功时，只 能 利 用Ult进行计算解 根据电功率的公式，可得电动机的额定电功率L//= 220X5.0 W = 1.1 X 103 W由电功和电功率的关系可知，1 h内电流做的功IV= 1.1 X 103X3.6X103 J = 4.0X106 J由焦耳定律可知，1 h内电流通过电动机产生的热量Q = 5质=5.02X1.0X3.6X 103 J = 9.0X104 J练 习4-31 .在用电器功率为2.4 k W ,电源电压为220 V的电路中，能不能选用熔断电流为10 A的保险丝？答案：不能2 .额定电压是220 V ,额定功率分别是40 W, 60 W, 100 W的灯泡，电阻各是多少？答案：1 210 Q； 807 Q； 484 Q3. 额定电压220 V ,电阻为24 .2的一台电热水器，在正常工作时，它的电功率有多大？工 作0.5 h所产生的热量是多少？答案：2 000 W ； 3.6X106 Jo第四节全电路欧姆定律一、电动势电源有两个极，两极间存在着电压电流总是从电源的正极流出，经过用电器消耗电能，流回电源的负极那么，用电器消耗的电能是从哪里来的呢？电源就是一种把其他形式的能转化为电能的装置。

例如，电池、发电机就是最常见的电源不同的电源将其他形式的能转化为电能的本领一般不同，为了表示电源的这种本领的大小，我们引入了电动势的概念不接用电器时，电源两极间电压就等于电源的电动势，用 符 号E表示，它的SI单 位 是 伏（V）干电池的电动势为1 .5 V ,铅蓄电池的电动势为2 V ,大型发电机的电动势可达几十千伏电动势仅由电源本身的性质决定，跟外电路的情况无关目前常用的电池有以下几种：干电池、锌汞电池、铅蓄电池、锂电池、太阳电池等生活中使用的电池，大多还有一个技术指标：容量容量的大小常用毫安小时（mA-h）表示电池的容量越大，产生的电能越多，使用的时间越长例如,某电池的标称容量为1 200 m A-h,表示它能够以1 2 mA的电流放电100h,或以6 mA的电流放电200 h二、全电路欧姆定律只有用导线把电源、用电器连成一个闭合电路，电路中才有电流，如下图所示用电器、导线组成外电路，电源内部是内电路1--1--------R\ S芦R,-------------\ -1 --------------外电路的电阻叫做外电阻， 用R表示， 内电路的电阻叫做内电阻（ 简称内阻） ,用 T 表示。

内电阻是我们研究全电路时必须要考虑的因素在外电路中，电流由电势高处向电势低处流动，在外电阻上沿电流方向有电势 降 落U外；在内电阻上也有电势降落U内在电源内部，由负极到正极电势升高，升高的数值等于电源的电动势E理论分析表明，在闭合电路中，电源内部电势升高的数值E等于电路中电势降落的数值，即电源的电动势E等 于U外和 内之和：E = l/ 外+ U内设闭合电路中的电流为/ , 外 电 阻 为 内 电 阻 为H，由部分电路欧姆定律可知，U ，产 旧 , U 产 旧 i 因 此E=/R+/HEI = ------R +Ri全电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比这个规律叫做全电路欧姆定律外电路两端的电压U外，通常叫做端电压，常 用U表示，它是电源加在负载 （ 用电器）上的实际电压实验表明：当外电阻增大时，电流减小，端电压增大；当外电阻减小时，电流增大，端电压减小这是因为：当外电阻门增大时，电路中的电流/ 减小，内电阻上的电压/Ri也减小，因为端电压U = E -/8 ,所 以U增大，即端电压随外电路电阻的增大而增大；当外电阻R减小时，电路中的电流/ 增大，内电阻上的电压/T也增大，由U = E -/8可知端电压减小，即端电压随外电路电阻的减小而减小。

汽车蓄电池组的简化供电电路如右图所示 ^_|一―_ _ Q _I车前灯只打开车灯时，车灯正常发光当汽车启 一J--------- 0 ——启动电动机_______动发动机时，启动电动机的电路接通由于启动电动机和车灯是并联的，因此,外电阻减小，使得外电路的端电压减小，导致车灯变暗汽车发动以后，启动电动机停止工作，外电阻恢复原大小，端电压回升，车灯便恢复正常亮度当电路断开时，如下左图所示，外电阻月变为无限大，这种情况称为断路断路时，电 流/=0, /8也变为零，端电压就等于电源的电动势因此，可把电压表接在电源两极来近似测量电源的电动势由于电压表的电阻很大，电路中的电 流 / 很 小 ，也很小，所以，电压表所指示的端电压非常接近于电源的电动势当外电路如上右图所示连接时，外电阻等于零，这种情况叫做短路短路时，电流很大， ，端电压等于零一般来说，电源的内电阻都很小例如，铅蓄电池的内电阻只有0.005〜0 .1因此短路时电流很大，会毁坏蓄电池的极板 大功率发电机的供电电路，由于电动势很大， 短路时的电流会达到很大数值,可能烧毁发电机所以，不允许将一根导线或电流表直接接在电源两极上[ 例题1] 已知电源电动势E= 1.5 V ,内阻8 = 0.20 V ,外 电 阻R= 2.8求：电路中的电流和端电压各是多少？分析 由题目给出的已知条件，电源电动势E、内电阻H和外电阻灯均已知，利用全电路欧姆定律可求出电路中的电流，利用 公 式U = /6或 。

E—/Ri可求出端电压解 根据全电路欧姆定律，电路中的电流为, E 1.5I =--------=-------------A = 0.50 AR + R 2.8 + 0.20U =E -IR = (1.5-0.50X0.20 ) V = 1.4 V1[ 例题2] 在右图中，R1 = 8 .0 F2 = 5.0Q当单刀双掷开关S 扳到位置1 时， 测得电流/1= 0.20A；当S 扳到位置2 时，测得电流/2 = 0.30A o 求：电源电动势E 和内阻用各是多少？分析 本题要求两个未知量，必须列两个方程式，而题目中恰好给出两个电路，其共同点是电动势E、内电阻凡 不变我们可根据全电路欧姆定律，利用两个电路的数据，列出两个方程并求解解 根据全电路欧姆定律，得E = g + hRE~ I2 R2 + I2 R代入数据，得 E=0.20X8.0 + 0.20HE=0.30X5.0 + 0.30/7i解方程，得月=1.0 QE=1.8 V练习4-41 . 电源的电动势E=1.5 V ,内电阻问=0.10 Q ,外电路的电阻R=1.4 Qo求电路中的电流/ 和端电压U各是多少？答案：1A； 1.4V。

2 . 在右图中，R = 9 .0 当开关S 打开时， / ~E S电压表的示数是2.0 V ,合上开关S 时，电压表的 - L - A-R i I T示数是1.8 V ,求电源的内电阻是多少？答案：13. 在右图中，当滑动变阻器的滑片在某一位置时，电流表和电压表的示数分别是/1 =0.20 A, U1=1.98V；改变滑片的位置后，I一工 不两表的读数分别是R ~~I/2=0.40 A, U2 = 1.96 V求电 ⑦池的电动势和内电阻各是多少？I勺- J |答案：2.0 V ； 0 .1 1 /第五节安全用电1、 触电事故1 .电气事故的原因1 )违章操作(1 )违反“ 停电检修安全工作制度” ，因误合闸造成维修人员触电2 )违反“ 带电检修安全操作规程” ，使操作人员触及电器的带电部分3 )带电移动电器设备(4 )用水冲洗或用湿布擦拭电气设备5 )违章救护他人触电，造成救护者一起触电6 )对有高压电容的线路检修时未进行放电处理导致触电2、施工不规范(1 )误将电源保护接地与零线相接， 且插座火线、 零线位置接反使机壳带电2 )插头接线不合理，造成电源线外露，导致触电(3 )照明电路的中线接触不良或安装保险，造成中线断开，导致家电损坏。

4 )照明线路敷射不合规范造成搭接物带电5 )随意加大保险丝的规格，失去短路保护作用，导致电器损坏6 )施工中未对电气设备进行接地保护处理3、产品质量不合格( 1 ) 电气设备缺少保护设施造成电器在正常情况下损坏和触电2 )带电作业时，使用不合理的工具或绝缘设施造成维修人员触电3 )产品使用劣质材料，使绝缘等级、抗老化能力很低，容易造成触电4 )生产工艺粗制滥造 5 ) 电热器具使用塑料电源线4、偶然条件电力线突然断裂使行人触电；狂风吹断树枝将电线砸断；雨水进入家用电器使机壳漏电等偶然事件均会造成触电事故触电电流对人体的作用人体触电时，电流对人体会造成两种伤害：电击和电伤电击是指电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡电伤是指在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等电击所引起的伤害程度与下列因素有关:(1 )人体电阻的大小(2 )电流通过时间长短(3 )电流的大小1 .人体电阻人体电阻因人而异，通 常 为104 ~ 105Q ,当角质外层破坏时，则降到800~1000Qo ( 手和手之间是5、6千欧姆)2 .电流强度对人的伤害人体允许的安全工频电流：30mA工频危险电流：50mA3 .电流频率对人体的伤害电流频率在40Hz ~ 60Hz对人体的伤害最大。

实践证明，直流电对血液有分解作用，而高频电流不仅没有危害还可以用于医疗保健等4 .电流持续时间与路径对人体的伤害电流通过人体的时间愈长，则伤害愈大电流的路径通过心脏会导致神经失常、心跳停止、血液循环中断，危险性最大其中电流的流经从右手到左脚的路径是最危险的5 .电压对人体的伤害触电电压越高，通过人体的电流越大就越危险因此，把36 V以下的电压定为安全电压工厂进行设备检修使用的手灯及机床照明都采用安全电压二 . 触电方式1 .电源中性点接地的单相触电这时人体处于相电压下，危险较大通过人体电流：L = —^ — = 219mA » 50mA区 + Rp式中：U P :电源相电压(220V)R o :接地电阻W4QR b :人 体 电 阻 1000Q人体接触某一相时，通过人体的电流取决于人体电阻R b与输电线对地绝缘电阻R'的大小若输电线绝缘良好，绝缘电阻R 较大，对人体的危害性就减小但导线与地面间的绝缘可能不良（?较小） ，甚至有一相接地，这时人体中就有电流通过3 . 双相触电这时人体处于线电压下通过人体的电流：U, 380^ - 1 0 0 0= 0.38A= 38()mA » 5()mA触电后 果更为严重力 7上口后由dzt4 . 跨步电压触电相线发生断线落地或电气设备由于绝缘损坏发生接地故障， 接地电流以落地点为中心向大地流散。

若人在落地点周围行走，其两脚之间的电压，就是跨步电压由跨步电压引起的人体触电，称为跨步电压触电，如右图所示跨步电压触电先是使人两脚麻木，继而跌倒跌倒后人的头、脚着地，其间距离更大，加在人体上的电压可能会更大，后果可能更为严重防止触电的保护措施• 一 . 使用安全电压按照人体的最小电阻和工频致命电流可求得人体的危险电压为(800~100欧姆)X(30~50mA)=24~50V•二. 绝缘保护1 . 外壳绝缘2 . 场地绝缘3 . 变压器隔离三 .保护接地或保护接零为了人身安全和电力系统工作的需要，要求电气设备采取接地措施按接地目的的不同，主要分为工作接地、保护接地和保护接零1 .工作接地即将中性点接地目的：(1 )降低触电电压(2 )迅速切断故障在中性点接地的系统中，一相接地后的电流较大，保护装置迅速动作，断开故障点2. 保护接地电气设备外壳未装保护接地时当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时：由于外壳带电，当人触及外壳， 接地电流Ie将经过人体入地后，再经其它两相对地绝缘电阻尺及分布电容C ，回到电源当R值较低、较大时，7b将达到或超过危险值保护接地：将电气设备的金属外壳（ 正常情况下是不带电的） 接地。

用于中性点不接地的低压系统）电气设备外壳有保护接地时1 = 1 _ 殳 _b '凡 卢R通过人体的电流：Rb与Ro并联，且7?b »/?o通过人体的电流可减小到安全值以内利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流保 护 接 零 （ 用 于380V / 220V三相四线制系统）将电气设备的外壳可靠地接到零线上当电气设备绝缘损坏造成一相碰壳， 该相电源短路， 其短路电流使保护设备动作,将故障设备从电源切除，防止人身触电把电源碰壳，变成单相短路，使保护设备能迅速可靠地动作，切断电源注：中性点接地系统(1)不允许采用保护接地，只能采用保护接零;(2)不准保护接地和保护接零同时使用保护接地和保护接零同时使用时当A相绝缘损坏碰壳时，接地电流式中：R 0 :保护接地电阻4Q&+4R 0:工作接地电阻42204 + 4=27.5 A此电流不足以使大容量的保护装置动作，而使设备外壳长期带电，其对地电压为HOVo工作零线与保护零线为了确保设备外壳对地电压为零，专设保护零线PEo4 电气防火和防爆• 一. 电气火灾和爆炸的原因1 .可燃易爆物质2 . 电气火源・二 . 电气防火防爆的措施1 . 控制可燃易爆物质2 . 排除电气火源, 三. 电气火灾的扑灭5静电防护•静 电的产生• 二. 静电的危害静电的主要危害是静电放电而引起爆炸和火灾，其次还会发生电击和妨碍生产。

• 三. 静电的保护措施减小摩擦法；自然消除法； 导体接地法； 静电中和法;静电序列法5安全用电注意事项和触电急救常识, 一. 安全用电注意事项• 二. 触电急救常识1 . 尽快使触电者脱离电源2 . 若伤害不严重，应让其躺下安静休息，并严密观察3 . 若伤害较严重，应立即送医院抢救，同时进行人工呼吸第一节电场电场强度、电场在初中我们已经学过，经过摩擦的物体，如塑料笔杆、玻璃棒等，能够吸引轻小物体，我们就说这些摩擦过的物体带了电荷电荷有两种，正电荷和负电荷用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，如下图所示电荷的多少叫做电荷量，常 用 或 q 表示，它 的 S I单位是库仑，简称库，用符号 C 表示通常，正电荷用正数表示，负电荷用负数表示科学家发现，自然界中存在的最小电荷是电子和质子所带的电荷我们把这个最小的电荷叫做元电荷，用 e 表示e = 1.6 X 10-19 C电荷间的相互作用是怎样发生的呢？经过长期的科学研究， 人们认识到： 电荷之间的相互作用是通过电场发生的电场是一种存在于电荷周围的看不见、摸不着的特殊物质只要电荷存在，电荷的周围就存在着电场。

电场的基本性质是它对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做电场力二、电场线为了形象地描绘电场在空间的分布， 英国物理学家法拉第提出了用电场线表示电场的方法可以通过实验来模拟电场线：把奎宁的针状结晶或头发屑悬浮在薨麻油里，放入电场中，这些微屑就按照电场强度的方向排列成规则的曲线，模拟出电场线的分布情景这些曲线上每一点处跟箭头指向一致的切线方向，都和该点的电场强度方向相同，如右图所示这些曲线就叫做电场线下图所示是单个电荷的电场线分布图下图所示是两个等量电荷的电场线分布图电场线始于正电荷（ 或无限远处） ，终止于负电荷（ 或无限远处） ，不闭合，不相交电场强处电场线密，电场弱处电场线疏三、电场强度在电场中的不同位置，电场的强弱程度不同如何定量地描述电场的强弱呢？为了检测电场的强弱，我们引入一个电荷量足够小的电荷——检验电荷把电荷量为q 的检验电荷放在电场中的某一点，检验电荷q 会受到的电场力尸的作用我们把放入电场中某点的电荷所受到 的 电 场 力F跟它的电荷量q的比值， 叫做该点的电场强度， 用E表示，E = -则q电场强度的SI单 位 是 牛 / 库(N/C)o电场强度是矢量物理学中规定，电场中某点的电场强度的方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同。

［ 例题］ 在电场中的某一点放入电荷量为5.0X10—9 C的检验电荷，受到的电场力为3.0X10-4 N ,这一点的电场强度是多少？如果改用电荷量为6.0X10—9 C的检验电荷放在该点，受到的电场力是多少？分析电场强度是电场本身的一种性质，与检验电荷的电荷量的大小无关因此，这一点的电场强度是一个固定值，放入不同的检验电荷，受到的电场力不同解 由电场强度的定义得E工Q i3.0 X 10-45.0 X 10-9N/C = 6.0 X 104 N/C肝 q2% 6 ,0 XlO^x 6,0X 11 )4 N = 36 XIOT四、匀强电场在电场的某一区域里，如果各点的电场强度大小和方向都相同，这个区域的电场就叫做匀强电场匀强电场是最简单的，同时也是很重要的电场，在实验研究中经常用至上两块面积相等、互相正对、彼此平行而又靠近的金属板，分别带上等量异种电荷，就会在两板间形成匀强电场( 两板边缘附近除外，参见下左图) 匀强电场的电场线是疏密均匀、互相平行的直线，如下右图所示练习5-11 . 右图是某区域电场的电场线分布，A,点 1 ) 哪一点的电场最强？( 2 ) 画出各点的电场强度的方向。

B ,是电场中的三个( 3 ) 把负电荷分别放在这三点，所受电场力的方向如右图所示2 . 电场中某一点的电场强度是4.0X104 N /C ,电荷量为+ 5.0义10-8 C 的电荷在该点受到的电场力是多少？电场力的方向与电场强度的方向是否相同？电荷量为-5.0X10 —8 C 的电荷在该点受到的电场力是多少？电场力的方向与电场强度的方向是否相同?答案: 2 .0 X 1 0 -3 N ,相同；2 .0 X 1 0 -3 N ,相反第二节电势能电势电势差一、电势能将带正电q 的小球用丝线悬挂在A 处， 当我们再将正电荷Q 放在小球附近时， 在 的电场作用下，小球从位置A 偏移到位置3 , 即小球克服重力做了功原来在A 点的小球由于处在电场中而具有了做功的本领，表明它具有了能量我们把电场中的电荷由于受到电场力的作用而具有的能量叫做电势能，用 饰 表Z j\o电荷在电场中 的 什 么 位 置 具 有 的 电 势 能 多 呢 ？我 们 知 道 ，在 地 球 表 面 ，只 在 重 力 的 作 用 下 ，高 处 的 物 体 总 是 向 低 处 运 动 也 可 以 说 ，物 体 只 在 重 力 的 作 用 下 ，总是从重力势能大的位置向重力势能小的位置 运 动 。

在 电 场 中 的 情 况 与 此 类 似 ：在 如 下 所 示 的 电 场 中 ，一个 放 在A点 的 正 电 荷 ，如 果 它 只 受 电 场 力F的作用 ，那 么 ，它 将 向8点 移 动 因 此 ，我 们 可 以 判 断 出 ：正 电 荷 在A点的电势能大 ，在8点 的 电 势 能 小 在 如 下 所 示 的 电 场 中 ，一个 放 在A点 的 负 电 荷 ，如 果 它 只 受 电 场 力F的作用 ，那 么 ，它 将 向B点 移 动 因 此 ，我 们 可 以 判 断 出 ：负 电 荷 在A点的电势能大 ，在B点 的 电 势 能 小 二 、 电势电势差在 地 球 表 面 ，我 们 可 以 直 接 地 判 断 出 一 个 物 体 重 力 势 能 的 大 小 ：高处的重力势 能 大 ，低 处 的 重 力 势 能 小 物体的重力势能的大小与物体的地理位置的高低有直 接 的 关 系 同 样 ，人 们 为 了 能 够 直 观 地 比 较 电 荷 在 电 场 中 的 电 势 能 的 大 小 ，把放在电场中 某 一 点 的 电 荷 所 具 有 的 电 势 能 用 与 电 荷 量q的 比 值 叫 做 这 一 点 的 电 势 ，一般E用 符 号V来 表 示 ：q电 势V是 标 量 ，它 的SI单 位 是 伏（ V）。

电场中电势的高低可以根 据 电 场 线 的 方 向 来 判 断 ：沿 着 电 场 线 的 方 向 ，电势越 来 越 低 电场中的电势与地球上的高度一样，都是相对的要确定某一点的电势，首先要选择一个零电势点零电势点的选取可以是任意的实践中，常选取大地或仪器的公共地线的电势为零由 Ep = q V 可知，对于一个正电荷来说，在电势高处，电势能大；在电势低处，电势能小而对于负电荷来说，情况正好相反，在电势高处，电势能小；在电势低处，电势能大电场中任意两点的电势之差，叫做这两点的电势差，即电路中常用的电压，用符号U表示设 A、B两点的电势分别为以 和V B ,则这两点间的电势差为UAB=VA- VB电势差也是标量，它 的 S I单 位也是伏（V ） 电场中某点电势的大小与零电势点的选取有关，其值是相对的而任意两点间的电势差却与零电势点的选取无关，是绝对的，如下图所示~~A B C D * =----------------------------------------------- ► E30 V 20 V IO V O VA B C D・ ・- - - - - - -・ ・—0V -10 V -20 V -30 V三、电势差与电场强度的关系电势差与电场强度是有联系的。

在匀强电场中，沿电场强度方向的两点间的电势差等于电场强度与这两点的距离的乘积---------------------A4 , d 浮 , EI-*- UAB -- * * *如上图所示，在某一匀强电场中，A、B两点间的电势差为UA8,距离为d ,电场强度为四则UAB=E(1上式可以改写成 E =〃反d上式说明，在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿电场强度方向单位距离上的电势差［ 例题］ 如下图所示，两块平行的金 | + 0- - - - - - - - - -三一力属板A、8相 距3.0 cm,用60 V的直流电源 中60 V E\~Q B使两板分别带电，两板之间的匀强电场的电 - - - - - - - - - - - - - - - - - - -乂场强度为多大？方向如何？分析两块平行的带异种电荷的金属板之间的电场是匀强电场已知两板间的电势差和两板间的距离，利用匀强电场中电场强度和电势差的关系，即可求出其中电场强度电场强度的方向由正极板指向负极板解 由匀强电场中电场强度和电势差的关系式得E =UABd603.0x10.2V/m = 2.0 X103 V/m由于A板接电源正极，所以，电场强度的方向是由A板指向8板。

摩擦产生的静电， 在生产、 生活中会给人们带来很多麻烦， 甚至造成 危害印刷厂里，纸页之间的摩擦起电，会使纸页粘在一起，给印刷带来麻烦印染厂里，棉纱、毛线、人造纤维上的静电，会吸引空气中的尘埃，使印染质量下降在制药生产中，由于静电吸引尘埃，会使药品达不到标准的纯度静电荷积累到一定程度，会产生火花放电静电对现代高精密度、高灵敏度的电子设备颇有影响在地毯上行走的人，与地毯摩擦而带的电如果足够多，他伸手去拉金属门把手时，手与金属把手间会产生火花放电，严重时会使他痉挛在空气中飞行的飞机，与空气摩擦而带的电在着陆过程中如果没有导走，地勤人员接近机身时，人与飞机间会产生火花放电，严重时能将人击倒静电的最大危害是电火花，它能点燃某些易燃物质而引起爆炸专门用来装汽油或柴油等液体燃料的卡车，在灌油、运输过程中，燃油与油罐摩擦、撞击而产生的静电如果没有被及时导走，积累到一定程度会产生电火花，引起爆炸防止静电危害的基本办法，是尽快把产生的静电导走，避免越积越多具体措施则多种多样油罐车靠一条拖在地上的铁链把静电导走飞机机轮上通常装有搭地线， 也有用导电橡胶做机轮轮胎的， 着陆时它们可将机身的静电导入地下在地毯中掺入导电纤维，消除静电的效果很好。

在印染厂中保持适当的湿度，潮湿的空气可使静电荷很快消失练习1 .右图是一个负电荷的电场，A、试判断：（ 1 ）A、B两点哪点电势高？8为电场中的两点 、” /_\x（ 2 ）正电荷在哪点电势能较大？（ 3 ）负电荷在哪点电势能较大?答案：（ 1 ） B点电势高；（ 2 ）正电荷在8点电势能较大；（ 3 ）负电荷在A点电势能较大2 .在如右图所示的匀强电场中，如果A板接地，M, " I I I 1| JN两点中， 哪一点的电势高？是正值还是负值？如 果8板接地，哪一点的电势高？是正值还是负值？ （ 取 大 地 的 电I I I I I 3势为零，与大地相连的导体的电势也为零 ）答案：M点的电势高，是负值；M点的电势高，是正值3 .两块带电的平行板相距0 . 0 5 m,两板间的电势差为1 0 3 V,两板间匀强电场的电场强度为多少？答案：2 . 0 X 1 0 4 V / m o第三节磁场磁感强度在初中已经学过，磁体总有两个磁极：北（ N）极 和 南（ S ）极磁极之间会产生相互作用：同极相斥，异极相吸，如下图所示我们把存在于磁体周围的特殊物质，叫做磁场磁极之间的相互作用是通过磁场发生的。

二、磁感线 , —、A §把一些可以自由转动的小磁针放在条形磁铁的 .N S ,周围，在磁场力的作用下，小磁针将发生偏转，静止时，小磁针的指向如右图所Z j\o物理学规定，在磁场中的任何一点，可以自由转动的小磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向为了形象直观地描写磁体周围的磁场，法拉第提出了与电场线类似的方法，用磁感线来描写各点的磁场方向演示实验把一块玻璃板（ 或白纸板）水平地放在磁铁上，在板面上均匀地撒一些细铁屑，然后轻敲玻璃板，细铁屑会发生转动最后静止时，细铁屑排列成规则的曲线形状于是，我们在磁场中画出一系列带箭头的曲线，使这些曲线上每一点处跟箭头指向一致的切线方向，都和该点的磁场方向相同，这些曲线就叫做磁感线，如下图所示条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线如下图所示磁感线有这样的特点：磁铁外部的磁感线都是从北极发出，进入到南极，在空间不相交三、磁感强度法国物理学家安培最早发现，磁场对电流有力的作用为了纪念他，人们把磁场对电流的作用力叫做安培力实验发现：在磁场中的某一点，当一小段通电导线跟磁场垂直时，安培力产跟电流/ 和通电导线的长度/ 的乘积成正比，而比值恒定不变，如下图所示而在磁场中的不同点，这个比值一般不同。

这表明，比值是一个与磁场中的位置有关的物理量，它反映了磁场的一种力的性质我们把在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受的安培力F与 电 流 /和导线长度/ 乘积的比值叫做通电导线所在处的磁感强度如果用B 表示磁感强度,那么 B = -II磁感强度8的SI单 位 是 特（T）磁 感 强 度B的大小反映了磁场的强弱程度一般永久磁铁的磁极附近，磁感强度大约是0.4〜0.7 T ,在电机和变压器的铁芯中，磁感强度可达0.8〜1.4T,通过超导材料的强电流产生的磁感强度可高达10T,而地面附近地磁场的磁感强度大约只有5X10-5 T磁感强度是矢量，它的方向就是该点的磁场方向，即通过该点的磁感线的切线方向四、匀强磁场同电场线类似，我们从磁感线的疏密也可以看出磁感强度的相对大小磁感强度大的地方，磁感线密集；磁感强度小的地方，磁感线稀疏如果在磁场的某一区域内，各点的磁感强度的大小和方向都相同，那么，这个区域内的磁场叫做匀强磁场显然，匀强磁场的磁感线是一些疏密均匀、互相平行的直线，如下图所示匀强磁场是一种理想化的物理模型，在现实生活中是不存在的，但距离很近的两个异名磁极之间的磁场，除边缘部分外，可以认为是匀强磁场。

匀强磁场在生产与科研中有着广泛及重要的应用五、磁通量在电磁学中，经常要讨论某一区域内的磁场和它的变化情况，为此我们引入一个新的物理量——磁通量设在磁感强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面 积 为S ,我 们 把B与S的乘积叫做穿过该面积的磁通量，如下图所示，简称磁通，用符号用 公 式 表 示 为BS磁通量的SI单 位 是 韦（ Wb）当一个平面与磁场的方向垂直时，通过它的磁通量最大；当该平面与磁场方向平行时，穿过它的磁通量最小，为零由 公 式 可 以 得 出 8 = 2S上式表明，磁感强度在数值上等于单位面积上的磁通量，因此，工程技术人员常把磁感强度叫做磁通密度［ 例题］ 已知某匀强磁场的磁感强度为0.6 T ,在该磁场中有一个面积为0.02 m 2的矩形线圈求当线圈平面与磁感线垂直和平行时穿过线圈的磁通量各是多少？解：线圈平面与磁感线垂直时穿过线圈的磁通量为① =B5 = 0.6X0.02 Wb = 1.2X10-2 Wb当线圈平面与磁感线平行时，穿过线圈平面的磁通量为零六、电流的磁场人类虽然很早以前就认识了电现象和磁现象，但在很长一段时间里，人们却把它们看成两种彼此独立的自然现象。

直到奥斯特发现了电流的磁效应之后，人们才认识到电和磁之间的内在联系法国科学家安培通过实验发现直线电流的磁感线是一些在与导线垂直的平面上且以导线上的各点为圆心的同心圆 磁感线的方向跟电流方向的关系可以这样来判定：用右手握住导线，使大拇指沿着电流的方向伸直，四指弯曲，那么四指所指的方向就是磁感线的绕行方向这就是安培定则，也叫右手螺旋法则，如下图所示环形电流的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线， 在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直环形电流的磁感线方向跟电流方向之间的关系，也可以用安培定则判定：使右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向， 如下图所示实验发现，通电螺线管周围的磁场与条形磁铁周围的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁铁的两极，其方向也可以用安培定则判定：让右手弯曲的四指沿电流方向，那么伸直的大拇指所指的一端就是通电螺线管的北极通电螺线管外的磁感线是由北极指向南极，在管内则是由南极指向北极，形成闭合曲线，如下图所示练 习5-31 . 一个电磁铁的铁芯的横截面积为8 cm2 ,垂直穿过横截面的磁感强度为0.8 T ,求穿过铁芯横截面的磁通量是多少？答案：6.4X10-4 Wb o2 .在下图中，小磁针位于环形电流的中心。

当小磁针的N极指向如图所示时，判断环形电流的方向答案：环形电流的方向如上右图所示3 . 如右图所示，通电螺线管旁的小磁针静止时，N 极指向螺线管的右端试确定电源的正极在左端还是在右端？答案：电源的正极在右端4 . 试确定下图中通电螺线管内、外各个小磁针的极性，在图上标出答案：如上右图所不0第四节磁场对电流的作用一、左手定则我们已经知道磁场对电流有安培力的作用，那1呢？通过大量的实验，人们总结出通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，Z 、 ，安培力的方向是怎样的可以用左手定则来判定（ 如下图所示） :B伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向在如右图所示的直流式电动机原理图中，利用左手定则可知，磁场对线圈中左侧的电流产生向上的安培力，对线圈中右侧的电流产生向下的安培力，从而对线圈产生力矩作用，使它绕着中轴转动二、安培定律磁场对电流的安培力究竟有多大呢？由磁感强度的定义，我 豚 噬F= Bl I上式表示，当我们把一个长度为/ 、电 流 为 / 的一小段通电导线垂直于磁场方向放入磁感强度为8的磁场时，它所受到的安培力的大小等于磁感强度8、电流 / 、导线长度/ 三者的乘积。

因为这个规律最初是由安培通过实验归纳出来的,所以人们就把它叫做安培定律练 习5-41 .下图表示一根放在磁场中的通电直导线，直导线与磁场的方向垂直图中已标明在(a), (b), ( c )三种情况下电流、磁感强度和安培力这三个物理量中两个量的方向，试分别标出第三个量的方向 A -------------------- A(a) (b) (c)2 . 把 长10 cm的直导线放入磁感强度为0.2 T的磁场中，与磁场的方向垂直如果导线中通过的电流是3.0 A ,导线受到的安培力是多大？答案：0.06 N第五节电磁感应、电磁感应现象我们在初中学过，闭合导体回路的一部分在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中会产生电流 这种现象叫做电磁感应现象， 其中产生的电流叫做感应电流在下面的演示实验中，当导体a b在磁铁中左右运动切割磁感线时，电流表的指针会发生偏转，即在电路中产生感应电流当条形磁铁插入线圈或从线圈内拔出时，会发现电流表的指针发生偏转，表明回路中产生了感应电流如果将磁铁静止地放置圈中间，则电流表的指针不发生偏转，即回路中没有产生感应电流把线圈A跟电源和开关连接起来，把 线 圈B跟电流表连接起来，把线圈A放置圈B中。

当闭合或打开开关时，会发现电流表的指针发生了偏转，表明线圈B中有感应电流产生如果把开关换成滑动变阻器，当改变变阻器的滑动触头位置时，会发现线圈B中也有感应电流产生当线圈A中的电流保持不变时，线 圈B中没有感应电流通过实验可以看出， 利用磁场产生电流的方法有很多， 它们都有一个共同点,那就是穿过闭合导体回路的磁通量发生了变化于是，人们得出结论：不论用什么方法，只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，回路中就有感应电流产生二、右手定则闭合导体回路的一部分在磁场中做切割磁感线的运动时， 产生的感应电流的方向是怎样的呢？通过实验人们发现，可以用右手定则来判断感应电流的方向：伸开右手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁感应线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动的方向那么，其余四指的指向就是感应电流的方向，如下图所示三、法拉第电磁感应定律在电磁感应现象中， 闭合回路中产生了感应电流， 说明回路中一定有电动势当回路不闭合时，回路磁通量发生变化，虽然没有感应电流，但是电动势一定存在我们把在电磁感应现象中产生的电动势，叫做感应电动势产生感应电动势的那部分导体或线圈就相当于电源。

感应电动势的大小与哪些因素有关呢？在用导体切割磁感线产生感应电流的实验中，导体运动的速度越快、磁体的磁场越强，产生的感应电流越大；在向线圈中插入条形磁铁的实验中，磁铁的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流就越大在 改 变 线 圈A中的电流大小的实验中，滑动触头滑动的速度越快，产生的感应电流越大这些实验告诉我们：感应电动势的大小可能与磁能量的变化快慢有关通过大量精确的实验，人们得出结论：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比这就是法拉第电磁感应定律例如，在 时 间 内 ，穿过某单匝线圈的磁通量的改变量为△则在单匝线圈中产生的感应电动势为 E = —ArE, △的SI单位分别是V、Wb、S o如果线圈有n匝，那么，整个线圈的感应电动势就是单匝线圈的感应电动势的〃倍，即 E = n ^ -△ t［ 例题］ 在一个S=0.01 T的匀强磁场中， 放一个横截面积为0.001 m2的线圈，其匝数为500匝在0.1 s内把线圈平面从平行于磁感线的方向转过90° ,变为与磁感线的方向垂直求线圈中的平均感应电动势解当线圈平面平行于磁感应线的方向时，穿过线圈的磁通量01 = 0 ,当线圈平面垂直于磁感应线的方向时，穿过线圈的磁通量为= BS=0.01 X0.001 Wb = 1 X 10 -5 Wb在0.1 s内穿过线圈磁通量的改变量△ 0= 0 2- ^1 = 1 X10-5 Wb由法拉第电磁感应定律，得A ① 1x10-5乜二 〃 后= 500 X 一 0 ］ — V = 0.05 V练 习5-51 .如下图所示是闭合导体回路的部分导体在磁场中运动的四种情况，回路中产生感应电流的是（D八 八 八 八V） 。

X X X XA B答案：DoC2 .如右图所示，长方形线圈放于匀强磁场中，下述情况下能产生感应电流的是（ ） A .左右平行移动 C .上下平行移动B .前后垂直移动 D .以 为轴转动答案：Do3 .闭合导体回路如右图所示，当 导 体 棒a b向左运动时,电流表中的感应电流方向由到（ 填上或下） 答案： 下；上4 . 一 个100匝的线圈，在0.5 s内穿过它的磁通量从0.01 Wb增加到0.09Wb线圈中感应电动势的大小是多少？答案：16V5 .市场上有一种环保型手电筒，如右图所示，不需要任何化学电池作电源，不会产生由废电池引起的环境污染使用时只要将它来回摇晃一分钟，灯泡就可持续照明好几分钟你知道它的工作原理吗？答案：通过摇晃，使其中线圈的磁通量发生改变，由于电磁感应产生电能，储存起来供灯泡发光第六节自感互感一、自感灯泡和带铁芯的线圈并联在直流电路中，闭合开关， 给灯泡供电， 灯泡不亮;当断开开关时，灯泡却在这一瞬间闪了一下，发出明亮的光闭合开关时，灯泡和线圈中都有电流流过，但由于灯泡的额定电压较高，一节电池提供的电压远远不能满足它的要求， 因此灯泡不明显发光 当电路断开时，通过线圈的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也迅速减少，因而圈中产生了较大的感应电动势。

虽然此时电源已经断开，但线圈和灯泡组成了闭合回路，在这个回路中产生的感应电流通过灯泡，使其发光这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象在自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势自感电动势的大小跟穿过线圈的磁通量变化的快慢有关， 线圈的磁场是由电流产生的，因此穿过线圈的磁通量变化的快慢跟电流变化的快慢有关对同一个线圈来说，电流变化得越快， 线圈中产生的感应电动势就越大 对于不同的线圈，在电流变化快慢相同的情况下，产生的自感电动势一般是不同的电学中用自感系数来表示线圈的这种特性，简称自感或电感，用/ ■表示线圈的自感系数跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关线圈的横截面积越大，线圈越长，匝数越多，它的自感系数就越大另外，有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多自感系数的SI单 位 是 亨（H）自感线圈是交流电路中的重要元件， 在各种电器设备和无线电技术中有广泛的应用，如下左图所示在自感系数很大而电流又很强的电路（ 如大型电动机的定子绕组，如下右图所示）中，在切断电路的瞬间，由于电流在很短的时间内发生很大的变化，会产生很高的自感电动势，在断开处形成电弧，这不仅会烧坏开关，甚至危及工作人员的安全。

因此，这类电路必须采用特制的安全开关二、荧光灯的工作原理荧光灯的电路如下左图所示，它主要由灯管、镇流器和启辉器组成镇流器是一个带铁芯的线圈启辉器的结构如下右图所示，它是一个充有氯气的小玻璃泡， 里面装上两个电极， 一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的U形动触片灯管内充有稀薄的水银蒸气当水银蒸气导电时，就发生紫外线，使涂在管壁上的荧光粉发出柔和的光由于激发水银蒸气导电所需的电压比220 V的电源电压高得多，因此，荧光灯在开始点燃时需要一个高出电源电压很多的瞬时电压 在荧光灯点燃后正常发光时，灯管的电阻变得很小，只允许通过不大的电流，电流过强就会烧坏灯管,这时又要使加在灯管上的电压大大低于电源电压 这两方面的要求都是利用跟灯管串联的镇流器来达到的当开关闭合后， 电源把电压加在启辉器的两极之间， 使负气放电而发出辉光,辉光产生的热量使U形触片膨胀伸长， 跟静片接触而使电路接通， 于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过电路接通后，启辉器中的负气停止放电，U形触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开在电路突然断开的瞬间，镇流器的两端就由于自感现象产生一个瞬时高电压， 这个电压和电源电压都加在灯管的两端， 使灯管中的水银蒸气开始导电， 于是荧光灯管成为电流的通路开始发光。

在荧光灯正常发光时，与灯管串联的镇流器就起着降压限流的作用，保证荧光灯的正常工作三、互感从上一节的演示实验中可以看出，当 线 圈A中的电流发生变化时，穿过线圈B的磁通量就发生变化，在 线 圈B中就会产生感应电动势这种由于一个电路中电流的变化，在另一个电路中产生感应电动势的电磁感应现象称为互感在互感现象中，两个电路间并没有电的联系，而是通过磁的联系把电能从一个电路输送到另一个电路电工和无线电技术中使用的各种变压器，都是根据互感的原理制造的四、变压器的工作原理变压器是利用互感原理工作的电磁装置， 主要由铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成常见的变压器结构如下图所示，一个线圈跟电源连接，叫做原线圈（ 初级线圈） ；另一个线圈跟负载连接，叫做副线圈（ 次级线圈） 两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片等磁性材料叠合而成如果把变压器的原线圈接在交流电源上，在原线圈中就有交变电流流过交变电流在铁芯中产生交变的磁通量， 这个交变的磁通量经过闭合磁路同时穿过原线圈和副线圈在原、副线圈中都要产生感应电动势在理想情况下，可以认为穿过这两个线圈的交变磁通量相同，这两个线圈的每匝产生的感应电动势相等。

因此理想变压器原、副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数比设理想变压器原线圈两端的电压是U 1,副线圈两端的电压是U 2,原线圈的匝数是 川 ，副线圈的匝数是n 2 ,则 外=①Uo 71*72＞川 时 ，U 2＞ U1,变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器；〃2＜川 时，U 2 C U 1 ,变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器目前我国远距离输电采用的电压有110 kV、220kV和330kV,有的线路已经开始采用550 kV的超高压送电一般大型发电机组输出的电压等级分别为10.5 kV、13.8 kV、15.75 kV、18.0kVo这样的电压不符合远距离输电的要求，所以要用变压器升压发电厂发电机发出的电，经过升压站升高电压，由高压输电线向外输送，到达用户一方时，先在一次高压变电所降到110 kV ,再由二次高压变电所降到10 k V ,其中一部分送到需要高电压的工厂， 另一部分送到低压变电所降到220 V或380 V送给一般用户练 习5-61 .在自感现象中，自感电动势的大小跟哪些因素有关？答案：跟电流变化的快慢和自感系数的大小有关2 .简述荧光灯的工作原理答案：当电路接通后，电压加在启辉器的两极之间，使窟气产生辉光放电，产生的热量使电路接通，于是镇流器的线圈中有电流通过。

此时，启辉器中的氯气停止放电，冷却收缩，电路断开在电路断开的瞬间，镇流器的两端由于自感现象产生一个瞬时高电压，这个电压和电源电压都加在灯管的两端，使灯管中的水银蒸气开始导电发光在荧光灯正常发光时，与灯管串联的镇流器就起着降压限流的作用，保证荧光灯的正常工作3 .简述变压器的工作原理答案：把变压器的原线圈接在交流电源上，在原线圈中就有交变电流流过交变电流在铁芯中产生交变的磁通量， 这个交变的磁通量经过闭合磁路同时穿过原线圈和副线圈在原、副线圈中都要产生感应电动势由于穿过这两个线圈的交变磁通量相同，因此理想变压器原、副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数比第一节光的折射与全反射一、光的折射在初中我们在初中已经学过，在同种均匀的介质中光是沿直线传播的，光在真空中的传播速度为3X108 m/So当光从一种介质进入另一种介质时，会产生方向上的变化，光的这种方向变化叫做折射光为什么会发生折射现象呢？经过长期的理论和实验的研究， 人们发现折射现象与光在介质中的传播速度有关光在真空中的速度最大， 在其它介质中的速度都小于此值因此当光从真空射入其它不同的介质时，会发生不同程度的偏折，这种现象显示了介质对光的一种性质。

为了描述介质的这种性质，人们把光在真空中的速度c和光在介质中的速度Y之比叫做介质的折射率，用n表示： n = -V由于光在真空中的速度大于光在任何介质中的速度，所以，其它介质的折射率都大于1下表列出了几种介质的折射率由上表可以看出，空气的折射率非常接近于1 （ 真空的折射率） ，有时我们就忽略这种差异，认为空气的折射率为1o当光从介质m射入介质n2 （ 例如从空气射入玻璃）时， 入射光线和法线间二、全反射两种介质相比较，折射率大的称为光密介质，折射率小的称为光疏介质光从光密介质射向光疏介质（ 例如从玻璃射向空气）时，入射角总是大于折射角当入射角大于某一角度时，就出现了一种奇特现象当光从光密介质射向光疏介质，并且当入射角大于某一角度时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射现象在全反射现象中，刚好发生全反射，即折射角等于90时的入射角是一个很重要的物理量，叫做临界角当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角等于或大于临界角，就发生全反射现象，如下图所示不同的介质， 由于折射率不同， 在空气中发生全反射现象的临界角也不一样根据折射定律可得n sin C=1 Xsin 90°1sinC = —n从折射率表中查出物质的折射率，就可以用上式求出光从这种介质射到空气（ 或真空）时的临界角。

水的临界角为48.8° ,各种玻璃的临界角为32°〜42° ，金刚石的临界角为24.5°金刚石经过一定方式的切割， 进入其中的光线在金刚石内装经过多次全反射后可以从某个表面射出由于几乎所有方向都能看到从金刚石中射出的光线，所以金刚石在光照下显得璀璨夺目人们常说的信息高速公路，就是用光导纤维来构架的通信网络光导纤维简称光纤，它就是利用全反射现象传递信息的现在市面上有一种儿童玩具叫做“ 满天星” ，如左图所示，它由一个发光系统和数百根塑料丝组成启动开关后，它一边发光，一边旋转，给人带来满天星斗的感觉它的原理就是从塑料丝一端射进塑料丝内的光线，在丝的内壁多次发生全反射，沿着锯齿形路线由丝的另一端传了出来塑料丝就像光导纤维一样实用的光导纤维是用纯度极高的石英拉制成的极细的丝， 直径在几微米到一百微米之间，由纤芯和包层组成纤芯材料的折射率比包层的大，在纤芯中传播的光会在纤芯和包层的界面上发生全反射， 使得光在光纤中沿纤芯传播， 如右图所示实际的光纤在包层外面还有一层缓冲涂覆层， 其作用是保护光纤免受环境污染和机械损伤医学上用光导纤维制成内窥镜，如右图所示，用来检查人体胃、肠 、气管等器官的内部。

实际的内窥镜装有两组光纤，一组用来把光传送到人体内部用于照明，另一组用来观察载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以沿着光纤传输到千里以外的另一端，实现光纤通信光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰能力强一对光纤的传输能力理论值为二十亿路，一千万路电视现在网络已成为人们的生活必需品，各式各样的网络不论是网络，计算机网络，甚至是移动的GSM、CDMA网络，最终还是要靠光纤网络来连接由于光纤传输的频宽是电缆传输的数百倍以上， 且光纤通信的技术仍在不断地突破中，未来光纤网络仍具有相当的成长性，因此有人说20世纪是电的世纪，21世纪则是光的世纪练 习 6-11 .若玻璃的折射率是1.52,水的折射率是1.33,求光在玻璃和水中的传播速度分别是多少？答案：2.0X108 m/s； 2.3X 108 m/So2 .当光由水射向玻璃时，会不会发生全反射？答案：不会3 .从各个角度观察盛着半杯水的玻璃水杯，能看到全反射现象吗？答案：从略低于水面的地方观察时能看到4 .举例说出生活中可以观察到全反射现象的实例答案：炎热的公路、早晨的露珠、水中的气泡等第二节激光的特性与应用一、激光普通光源的发光都是由于原子的自发辐射产生的。

光源中处于高能级的原子自发地跃迁到低能级，同时放出一个光子，这种现象叫做自发辐射由普通光源发出的光子状态是各不相同的，不仅波长不同，发射的方向也不同，即发出的光是杂乱无章的激光则是由受激辐射产生的当原子处于某一激发态时，如果恰好有能量适当的光子从附近通过，在入射光子的电磁场的影响下，原子会发出一个同样的光子而跃迁到低能级去，这种现象叫做受激辐射原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向、初相和偏振方向等，都跟入射光子完全一样这样，一个入射光子由于引起受激辐射就变成了两个同样的光子如果这两个光子在介质中传播时再引起其他原子发生受激辐射，就会产生越来越多的相同的光子，使光得到加强，这就是激光能产生激光的装置，叫做激光器1960年9月，美国物理学家梅曼制造出了世界上第一台红宝石激光器，如下图所示1961年8月，我国也研制出了第一台红宝石激光器现在，激光器的尺寸大至几个足球场，小至一粒稻谷种类已达到几百种，例如气体激光器有氢一速激光器和氮激光器；固体激光器有红宝石激光器；半导体激光器有激光二极管，像CD机、DVD机 和CD — ROM里的那些每一种激光器都有自己独特的产生激光的方法二、激光的特性一是亮度高。

激光是现代最亮的光源，它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量如果把强大的激光束会聚起来照射到物体上，可以使物体的被照部分在不到千分之一秒的时间内产生几千万度的高温， 最难熔化的物质在这一瞬间也要汽化了二是单色性好太阳光是复色光，由成千上万种不同波长的光组合而成在自然界中几乎找不到波长纯粹的光，各种波长的光总是混杂在一起激光却是一种理想的单色光源拿氢一氯气体激光器来说，它射出的波长宽度不到10-10n m ,完全可以视为单一的波长，是极纯的单色光三是方向性好太阳、电灯、日光灯等几乎所有的普通光源都是向四面八方同时发光的，而激光则不同，它只向一个方向发光，其光束发散角非常小如果将激光射向月球，其光束在月球上仅留下一个半径为两千米的光斑，而用探照灯照射到月球上，其光斑可包括整个月球四是相干性好普通光源发出的光杂乱无章，不能发生干涉，不是相干光激光是一种人工产生的频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的相干光，具有高度的相干性，能像无线电波那样进行调制，用来传递信息三、激光的应用由于激光具有突出的特性，因此自诞生以来，激光技术得到了飞速发展，它使人们获得了空前的效益和成果，极大地促进了生产力的发展。

目前激光几乎是无处不在，它已经被用在生活、生产的方方面面： 激光通信、 激光光盘、激光照排、激光手术刀、激光钻孔、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光热处理等激光通信是把激光作为信息载体实现通信的一种方式， 可取代或补偿目前的微波通信它包括激光大气传输通信、卫星激光通信、光纤通信和水下激光通信等多种方式 激光通信具有信息容量大、传送线路多、保密性强、可传送距离远、设备轻便、费用低廉等优点激光光盘是利用激光记录和再现信息的一种新技术与磁盘相比，光盘具有更大的信息存储密度，因为激光聚集后光束直径可达微米量级一 张 直 径 为12cm的普通DVD光 盘 （ 如右图所示）可存储数十亿个文字信息另外激光束读出信息是非接触式的，不会损伤记录介质，使用寿命长激光照相排版是通过计算机把文字和图像变成点阵， 然后控制激光扫描感光相纸，再经过显影和定影就形成照相底片，然后就可以用载着文字和图像的底片去印书报、杂志了激光照相排版比起普通照相排版要迅速、简便得多由于激光的亮度高、颜色纯，可以大大改善图像的清晰度，印出来的书质量很高下图所示为一台激光照排机彩色电视机之所以能显示红、绿、蓝三色，是由于荧屏上涂有三色荧光粉，它们在电子撞击下会显出三种颜色。

而激光排版也可以采用类似的原理，印刷出优美的彩色画面来用激光可以焊接脱落的视网膜人的眼睛很像照相机，瞳孔和瞳孔后的晶状体是一个光线可以进入的“ 窗口” ，激光束可以从这里射入眼内晶状体像透镜一样， 把激光聚焦在视网膜上焦点非常小，只有几十微米， 和头发丝直径差不多，因此能量高度集中，温度可达1000多摄氏度，用它来做精确度很高的眼科手术非常理想如右图所示为医生正在做激光手术激光钻孔是利用激光束聚焦使金属表面焦点温度迅速上升，温升可达每秒100万摄氏度当热量尚未发散之前，光束就烧熔金属，直至汽化，留下一个个小孔激光钻孔不受加工材料的硬度和脆性的限制，而且钻孔速度异常快，可以在10-6 s -10-3 s间钻出小孔激光钻孔还可用来加工手表钻石，每秒钟可以钻20〜30个孔，比机械加工效率高几百倍，而且质量高移动工件或者移动激光束，使钻出的孔洞连成线， 即为激光切割不论是什么样的材料，如钢板、钛板、陶瓷、石英、橡胶、塑料、皮革、化纤、木材等,激光都像一柄削铁如泥的光剑，而且，切割的边缘非常光洁下图所示为激光切割机正在切割钢板激光焊接是利用激光的高功率密度进行焊接的技术所谓高功率密度，是指在每平方厘米面积上能集中极高的能量。

激光不仅可以焊接一般的金属材料，还可以焊接又硬又脆的陶瓷不小心打破碗碟，也用不着惋惜，只要用激光焊接机就可以重新将破片焊好，甚至连疤痕也难以发现呢！激光淬火是用激光扫描刀具或零件中需要淬火的部分， 使被扫描区域的温度升高，而未被扫描到的部位仍维持常温由于金属散热快，激光束刚扫过，这部分的温度就急骤下降降温越快，硬度也就越高如果再对扫描过的部位喷射速冷剂，就能获得远比普通淬火要理想得多的硬度激光特别适用于精密、微量加工，它已经成为精密机械加工工业上的一种重要加工设备比如激光微形焊接，激光在微电阻上刻划以便调整阻值，在微电子工业中就是必不可少的激光还可以用来测距离，测液体、气体的流速，测转速，测间隙，测细丝直径，测钢板厚度，测高电压、大电流，测微粒大小，测材料表面质量，测材料的化学成分等，不胜枚举在不久的将来，激光会有更广泛的应用练 习6-21 .简述激光的主要特性答案：亮度高、单色性好、方向性好、相干性好2 .说说你了解的激光在生产、生活中的应用答 案 : 略 3 . 收 集 资 料 ，了解激光技术在科技、军事中的应用答案：略第一节原子结构一、原子的核式结构在19世纪以前，人们一直认为原子是组成物质的最小单元，是不可再分的。

1897年，英国物理学家汤姆孙（ 左图）通过对阴极射线的研究发现了电子，表明电子是原子的组成部分电子是带负电的，而原子是中性的，可见原子内部还有带正电的物质这些带正电的物质和带负电的电子是怎样构成原子的，就成了当时物理学家们最关心的问题之一1903年，汤姆孙综合他的实验结果，提出了原子结构枣糕模型假说他设想原子中的正电荷是均匀地分布在整个原子球体中， 而电子却象枣糕里的枣子那样镶嵌在原子中，如右图所示该模型虽然能解释原子为何呈现中性等现象，但不久就被新的实验事实否定了1909-1911年，英国物理学家卢瑟福做了用a粒子轰击金箔的实验通过实验发现，绝大多数a粒子穿过金箔片后仍沿原来的方向前进，只有少数a粒子发生大角度的偏转，极少数a 粒子的偏转角度几乎达到1 8 0 °瑟福对a 粒子散射实验结果的仔细研究，提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核；原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子在核外空间绕着原子核旋转原子核所带的正电荷数等于核外的电子数，整个原子是电中性的根据这个模型，可以很好地解释a 粒子散射的现象：大多数a 粒子穿过原子时，离原子核的距离都相当远，原子核对它们的作用力很小，因此，它们仍然是沿直线前进的。

少数a 粒子在穿过原子时，离原子核的距离较近，原子核对它们的排斥力较大，因此使它们发生偏转偏转角度大的a 粒子极少，那是因为原子核非常小， a 粒子非常接近原子核的情形很不容易发生根据a 粒子散射实验的数据， 可以估算出原子核的半径为10-14〜10-15 m,而原子的半径约为10-10 m ,所以， 原子核的半径只相当于原子半径的万分之一,原子核的体积只相当于原子体积的万亿分之一 如果把原子放大成一座能容纳万人的体育馆，那么原子核只相当于一个乒乓球1919年，卢瑟福做了用镭放射出的a 粒子轰击氮原子核的实验，他发现某些 a 粒子钻进了氮原子核，并把氮核内的一个粒子驱逐出来，使氮核变成一个新的原子核为了了解这个从氮原子核里被驱逐出来的新粒子的性质， 卢瑟福就在这个实验装置里加进电场和磁场，并根据它在电场和磁场中的偏转，测出了它的质量和电荷，从而确定了这个新粒子就是氢原子核，他把它叫做质子以后，人们用同样的方法从氟、 钠、 铝等原子核中都打出了质子， 表明质子是原子核的组成部分1932年，英国物理学家查德威克(1891—1974)重复了德国物理学家波特和法国的约里奥居里夫妇的实验，先用a粒子轰击被，再用镀产生的穿透力极强的射线轰击氢、氮，结果打出了氢核和氮核。

查德威克测量了被打出的氢核和氮核的速度，并由此推算出这种射线粒子是一种质量跟质子差不多的中性粒子，并将其命名为中子后来人们又从其他许多原子核里都打出中子来，从而表明中子也是原子核的组成部分自从质子和中子被发现后，德国 的海森伯(1907—1976)和苏联的伊万年科(1904-1994)各自提出了原子核是由质子和中子构成的假设，如下图所示由这种假设演绎出的一些结论与大量实验结果相符合， 因而这种假设很快被人们所公认，质子与中子统称为核子二、天然放射现象1896年，法国物理学家贝可勒耳( 左图) 在实验中首先发现，铀能放出肉眼看不见的使照相底片感光的某种射线法国科学家皮埃尔•居里和玛丽•居里夫妇对此进行了深入的研究，又发现针、镭也能够放射出使照相底片感光的射线像铀、车 卜 、镭等物质放射射线的性质叫做放射性具有放射性的元素叫做放射性元素原子序数大于82的所有元素，都具有放射性原子序数小于83的元素，有的也具有放射性元素这种自发地放出射线的现象叫做天然放射现象通过对放射性现象的研究发现，放射性元素发出的射线，在垂直穿过磁场时分成三束，如图所示根据电磁学的知识可判断出，中间一束射线是不带电的，另两束射线分别带正、负电荷，人们把这三束射线分别叫做a射线、B射线和丫射线。

a射线是由氯原子核组成的粒子流（ 即a粒子） ，很容易使气体电离，使底片感光的本领也很强但贯穿本领最弱，用一张纸就可以挡住B射线是高速电子流（ 即B粒子） ，其电离作用较弱，贯穿本领较强要阻挡B射线，就需要用6 mm厚的铝板了Y射线是波长极短的电磁波（ 即光子） ，其电离作用最弱，贯穿本领最大，要用几厘米厚的铅或几十厘米厚的混凝土墙才能阻止它过量的放射线照射会对人产生巨大的危害，被照射的皮肤和肌肉会溃烂不愈，严重者可导致人死亡发现镭的居里夫人，在长期研究工作中，遭到过量的辐射，因患上再生障碍性贫血病而付出了宝贵的生命左图所示的图标是国际通用的放射性物质的标志，大家要培养对放射性物质的防范意识，尽可能地远离放射源放射性辐射不能被人体感官（ 如触觉、视觉等）感受到，但可以用专门仪器测出来，右图所示为一种测量放射线强度的仪器度量人体所接受辐射剂量的单位是希沃特（ S v ）天然辐射从宇宙中来，自古以来，辐射便在大自然环境里无所不在，在我们生活中的岩石、泥土、水、空气中到处都有不仅地面、建筑材料、食物中的放射性物质会发出辐射，甚至人体也会发出辐射人体在接受微量的辐射时不会遭到损伤，但若突然受到大剂量辐射，超 过1S v ,会引致急性辐射伤害，并生成短期症状，如胸闷、呕吐、极度疲倦和脱发等现象；若所受辐射剂量达到10 S v以上而又缺乏适当治疗，则会有生命危险。

此外，辐射会增加患癌和子女出现遗传缺陷的机会我们目前接受的辐射剂量中有82%是来自自然界，18%来自人为来源一个人一年受到天然和人为放射性辐射的总剂量约为2 mSvo因利用核能发电而使公众受到的辐射剂量在总剂量中占1%o我国在放射性管理方面有很多严格的限值规定，目前运行中的核电站对周围居民的照射均远远低于规定标准在核电站正常运行的情况下， 核电站的工作人员一年受到的照射剂量仅相当于我们通常做的一次X光检查在一个铺有大理石地面的大厅里， 环境监测人员测得此时这个室内的瞬时辐射剂量是每小时0.1 uSvo而核电站中所有带有放射性的物质和工艺流程都被严严地包在安全壳里，反应堆安全壳旁边环境的瞬时辐射剂量只有每小时0.08 口Svo练 习 7-11 .简述原子的结构答案：原子的中心有原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子在核外空间绕着原子核旋转原子核所带的正电荷数等于核外的电子数，整个原子是电中性的原子核是由质子和中子构成的2 .简述射线的特性答案：a射线很容易使气体电离，使底片感光的本领也很强但贯穿本领最弱；8射线电离作用较弱，贯穿本领较强；Y射线电离作用最弱，贯穿本领最大。

第二节核能核技术一、重核裂变1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击元素周期表中的第92号元素铀时，铀核发生了分裂，变成了银、锢等一些中等质量的原子核后来科学家们把这种重原子核分裂成两个中等质量原子核的过程，叫做裂变科学家们发现， 重核裂变反应后的产物的总质量比反应前的反应物的总质量减少，这种现象叫做质量亏损爱因斯坦的质能关系指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系重核裂变时出现质量亏损，必然要放出能量我们把这种在核反应中放出的能量叫做核能E= me2经过计算发现，如 果1kg铀全部裂变，放出的能量超过2 0001优质煤完全燃烧时释放的能量由于一般情况下， 铀核裂变时总要释放出2〜3个中子，这些中子又会引起其他铀核的裂变，这样，裂变反应就会不断地进行下去，释放出越来越多的能量,这就是链式反应，如下图所示铀块的体积对于产生链式反应是一个重要因素因为原子核非常小，如果铀块的体积不够大，中子从铀块中通过时，可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积如果铀的体积超过了它的临界体积，只要有中子进入铀块，会立即引起铀核的链式反应，在极短的时间内就会释放出大量的核能，发生猛烈的爆炸。

原子弹就是根据这个原理制成的下图为我国第一颗原子弹于在西部地区爆炸成功原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的， 为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆反应堆用浓缩铀作为核燃料，用石墨、重水或普通水作为中子的减速剂，用易于吸收中子的金属镉做成控制棒，控制裂变反应速度，反应堆的示意图如下图所示当反应过于激烈时，使镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，反应速度就会慢下来用计算机自动地调节镉棒的升降，就能使反应堆保持一定的功率安全地工作反应堆工作时， 核燃料裂变释放出的核能转变为热能， 使反应堆的温度升高为了控制反应堆的温度，使它能正常工作，需要用水等流体作冷却剂，在反应堆内外循环流动，不断地带走热能这些热能将水转变为蒸汽，蒸汽又推动蒸汽轮机发电核电站的结构示意图如下图所示为了防止铀核裂变过程中放出的各种射线对人体的危害，在反应堆的外面要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线，不让它们透射出来对放射性的核废料，要装入特制的容器，埋入地层深处核电站消耗的燃料很少，一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30吨左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要消耗250万吨左右的煤。

根据国际原子能机构10月发表的数据，自1954年世界上第一座核电站建成以来，全世界已有31个国家和地区建成了 400多个核电站，核电年发电量占全世界发电总量的17%目前，我国共有浙江秦山核电站、广东大亚湾核电站、秦山二期核电站、广东岭澳核电站、秦山三期核电站、江苏田湾核电站6 座核电站，1 1 台核电机组投入商业运行，装机总容量达 到9 0 0 万千瓦，核电发电量占全国总发电量的2 .3%, 一些新的核电站（ 岭澳二期、 秦山二期扩建、 红沿河一期、 浙江三门一期、山东海阳一期、广东阳江、福建宁德等）正在建设中预 计 到2 02 0年，我国还将建设3 0 台左右的百万级核电机组，核电装机容量将达到4 000万千瓦，核电在全国发电装机容量中的比例将占到4%o二、轻核聚变人们发现，当把某些轻核结合成质量较大的核时，能释放出比裂变更多的能量，这样的反应叫做核聚变例如，一个笊核和一个负核结合，聚变成一个氮核（ 同时放出一个中子）时，平均每个核子放出的能量比裂变反应中平均每个核子放出的能量要大3〜4 倍使轻核发生聚变，必须使它们之间的距离小于10-10 m由于原子核都是带正电的，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的电磁力。

用什么办法能使大量原子核获得足够的动能来产生聚变呢？有一种办法，就是把它们加热到一千万摄氏度以上的高温，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服相互间的电磁力发生聚变因此，聚变反应又叫热核反应人们利用轻核聚变制造出了比原子弹威力更大的核武器——氢弹 氢弹是利用原子弹爆炸产生的高温来引起热核反应的，其威力往往相当于数百个原子弹右图所示为我国第一颗氢弹爆炸成功热核反应在宇宙中是很普遍的 太阳内部和许多恒星内部的温度高达一千万摄氏度以上，热核反应在那里激烈地进行着太阳每秒钟辐射出来的能量约为3.8X1026J,就是由热核反应产生的地球只接受了其中的二十亿分之一左右，就使得地面温暖，万物生长核聚变能释放出巨大的能量， 但目前人们只能在氢弹爆炸的一瞬间实现非受控的人工核聚变而要利用人工核聚变产生的巨大能量为人类服务，就必须使核聚变在人们的控制下进行，这就是受控核聚变实现受控核聚变具有极其诱人的前景相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且由于核聚变所需的原料——氢的同位素笊，可以从海水中提取 经过计算，1 L海水中提取出的笊进行核聚变放出的能量相当于300 L汽油燃烧释放的能量。

全世界的海水几乎是取之不尽的，因此受控核聚变的研究成功将使人类摆脱能源危机的困扰但是人们现在还不能进行受控核聚变， 这主要是因为进行核聚变需要的条件非常苛刻发生核聚变需要在一千万摄氏度的高温下才能进行，可以想象，没有什么材料能经受得住如此的高温此外还有许多难以想象的困难需要去克服练 习7-21 .简述核力发电的主要优点答案：核电站消耗的燃料很少，一座百万千瓦级的核电站，每 年 只 消 耗30吨左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要消耗250万吨左右的煤因此，与火电相比，核电是一种技术成熟的清洁能源，对环境的污染微乎其微以核电替代部分煤电，不但可以减少煤炭的开采、运输和燃烧总量，而且是电力工业减排污染物的有效途径，也是减缓地球温室效应的重要措施。