1、同学们，本书将引领你畅游物理世界，成为你探索物理的好朋友。本书倡导自主、合作、探究式的学习，强调科学与实际、科学与社会的联系。为了方便同学们对物理课程的学习，我们设计了以下栏目：观察与实验展示一些物理现象及事实，构架动手、动脑、动口的平台。想想议议设计课堂学习活动，促进同学们的思考与讨论、交流与合作。科学世界有关物理知识的拓展性内容。科学 技术 社会介绍和探讨科学、技术与社会之间相互关联的问题。相关链接提供形式多样的科学信息，扩大同学们的视野，提高自主学习的能力。动手动脑学物理设计有助于完成学习任务的探究活动和作业，深化对知识的巩固和理解、迁移和运用。做中学提供动手动脑的学习机会，学习应用物理
2、知识解决生活实际问题的方法，增强创新意识和探究能力。学到了什么引导同学们学会梳理、反思和整合。致同学们设计这些栏目的目的，是希望同学们掌握打开科学殿堂大门的金钥匙，学到科学知识，体验科学方法，提高科学素养，逐步树立科学的价值观。祝同学们快乐学习，健康成长！目 录第十六章 电磁现象.1第一节.磁现象.2第二节.电生磁.9第三节.电磁铁.12第四节.电动机.17第五节.磁生电.20第六节.发电机.23第十七章 电磁波.29第一节.电.话.30第二节.电磁波的产生与传播.34第三节.无线电通信.37第四节.现代通信.42第十八章 物态变化.49第一节.温.度.50第二节.熔化和凝固.55第三节.汽化
3、和液化.60第四节.升华和凝华.65第十九章 热和能.71第一节.物质的分子构成.72第二节.分子热运动.74第三节.内能及其改变.78第四节.比热容.81第五节.热.机.85第六节.能量的转化和守恒.90第二十章 能源与可持续发展.96第一节.能.源.97第二节.核.能.100第三节.太阳能.104第四节.能源革命.108第五节.能源与环境.109电磁现象第十六章中国，上海。一条高架轨道上，列车疾驶而来，转瞬而去，像传说中的神龙一样。坐在车厢里向外望去，工厂、楼房、田野，向后飞逝，眨眼间便退出了视野。它，就是会“飞”的列车有“零高度飞行器”美誉的磁浮列车。如果说汽车的出现让人们的短途出行变得
4、舒适而快捷，火车的发明让人们的长途旅行不再无奈，那么，磁浮列车的问世则彻底改变了人们对车的认识：车，也可以不用车轮跑，而是“飞”。磁浮列车是电磁理论应用的又一辉煌成就。在未来的社会中，电磁理论应用的成就将会更加辉煌。第十六章 电磁现象2第一节 磁现象观察基本的磁现象图16-1-1的一组实验演示了基本的磁现象。做一做，并与其他同学交流。图16-1-1 基本的磁现象磁性 磁极在 2 000 多年前的春秋时期，我们的祖先就发现了天然磁铁矿石吸铁的现象。物体吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性（magnetism），具有磁性的物体叫做磁体（magnet）。人类最先认识的天然磁铁矿石属于天然磁体，后来又学
5、会了制造人造磁体。天然磁体称为“磁石”，人造磁体称为“磁铁”，它们都能够长期保持磁性，通称永磁体。人们可以根据需要将人造磁体制成各种形状，通常我们看到的蹄形磁铁、条形磁铁、磁针等都是人造磁体。观察与实验3第一节 磁现象图16-1-3 形形色色的磁体图16-1-2 磁石中含有磁铁矿石任何一个磁体，不管形状如何，它上面总有两个部位磁性最强。磁体上磁性最强的部位叫做磁极（magnetic pole）。能够自由转动的磁体，如悬吊着的磁针，静止时总是一端指南，一端指北。指南的那个磁极叫做南极（south pole），又叫 S 极；指北的那个磁极叫做北极（north pole），又叫 N 极。同名磁极相互
6、排斥，异名磁极相互吸引。磁 化钢棒、铁棒被磁化如图16-1-4所示，用条形磁铁的一端靠近一根原来没有磁性的铁棒，观察所发生的现象。再用钢棒、铜棒替换铁棒，观察现象。图16-1-4 磁化我们看到，铜棒没有获得磁性，不能吸起铁屑，而铁棒、钢棒获得了磁性，能吸起下面的铁屑。这种使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫做磁化（magnetization）。观察与实验铁棒铜棒第十六章 电磁现象4我国古代的磁学成就指南针是我国古代四大发明之一，它的产生经历了很长的历史过程。最早的指南仪叫司南。公元1世纪，东汉学者王充在论衡中对司南做了比较具体的描述。图16-1-5是按古代记载仿制的司南模型：用天然磁石琢磨而成
7、的勺子放在刻有方位的铜盘上，勺子可以转动，当勺子静止时，勺柄指南。由于存在较大的摩擦阻力，司南的准确性较差。到公元4世纪的西晋时代，有了指南鱼（最早见于西晋崔豹古今注）。指南鱼是将剪成鱼形的薄铁片烧热后放在地磁场中磁化制成的，可以浮在平静的水面上，鱼头指南。指南鱼转动的灵活性比司南好，但磁性较弱，不易保存。之后，人们又用磁石磨针的方法来制作指南针。11世纪末北宋学者沈括在他的著作梦溪笔谈中介绍了指南针的人工磁化方法、磁偏角的发现等，还总结了四种指南针的装置方法。我国发明指南针后，很快将之应用到航海上，并发明了航海罗盘。宋代，中国的商船经常往返于东亚、东南亚和印度洋航线上，商船常搭载有阿拉伯人。
8、中国的航海罗盘技术大约在12世纪末被阿拉伯人学会，又通过他们传给欧洲人。从此，罗盘被许多国家采用，推动了航海事业的发展，促进了世界经济和文化的交流，为人类的进步做出了巨大贡献。相关链接 图16-1-6 小磁针的N极在哪一端图16-1-5 司南模型磁 场磁 场如图16-1-6所示，一根条形磁体外面包着一块布放在桌面上。它的N极在哪端？用一只磁针探测一下。如果把几只小磁针放在条形磁体周围不同的地方，磁针所指的方向相同吗？观察与实验5第一节 磁现象条形磁体周围的小磁针都发生了偏转，不再指南北，而是有了新的指向，这是怎么回事？原来，磁体周围存在着一种物质，能使磁针偏转。这种物质看不见、摸不着，我们把它
9、叫做磁场（magnetic field）。磁体间的相互作用就是通过磁场发生的。在物理学中，对于许多看不见、摸不着的物质，可以通过它们对其他物体的作用来认识。比如，电流看不见、摸不着，我们可以根据电流产生的效应来认识它。像磁场这种物质，我们可以通过小磁针的偏转来感知它，从而知道磁场是真实存在的。磁场的方向在一块玻璃板上均匀地撒一些铁屑，把玻璃板放在条形磁体上，然后在条形磁体的周围放置一些小磁针。连续地轻轻敲击玻璃板，观察铁屑的排列情况和小磁针N极的指向。换用蹄形磁体，重复上述实验，观察铁屑的排列情况和小磁针N极的指向。观察与实验在条形磁体周围的不同地方，小磁针指示着不同的方向。为了形象地描述磁场
10、，可以用铁屑和小磁针显示磁体周围磁场的分布和方向。在物理学中，把小磁针静止时北极所指的方向定为该点磁场的方向。如果在磁体周围沿铁屑排列形状放许多小磁针，这些小磁针在磁场的作用下发生偏转，这样我们就能知道磁体周围各点的磁场方向了。图16-1-7 条形磁体和蹄形磁体的磁场分布第十六章 电磁现象6图16-1-9 地球是一个巨大的磁体（示意图）图16-1-8 条形磁体和蹄形磁体的磁感线分布甲 条形磁体 乙 蹄形磁体我们把小磁针在磁场中的偏转情况用一些带箭头的曲线画出来，可以方便、形象地描述磁场，这样的曲线叫做磁感线（magnetic induction line）。磁感线可以方便地描述磁场的强弱和方向
11、，但磁体周围并不存在这样的线，就像人们用光线表示光的传播方向，但实际并不存在光线，用经线、纬线定位，但地球表面并没有这样的线一样。图16-1-8是用磁感线描述的条形磁体和蹄形磁体的磁场。由图16-1-8可以看出，在用磁感线描述磁场时，磁体外部的磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极。地磁场能水平转动的磁针就能指示方向。拿来几个小磁针放在桌面上，你可以发现，静止时它们都指向同一方向，即磁针的N极总是指向北方。这是什么原因呢？原来，地球周围存在着磁场地磁场（geomagnetic field）。在地球表面及空中的不同位置测量地磁场的方向，画出的地磁场的磁感线如图16-1-9所示。我们发现地磁场跟条形
12、磁体的磁场很相似。不过，地理的两极和地磁的两极并不重合，磁针所指的南北方向与地理的南北方向稍有偏离。世界上最早记述这一现象的人是我国北宋学者沈括（1031-1095），这个发现比西方早了400多年。磁轴地轴SN7第一节 磁现象科学世界动物罗盘大家都知道，信鸽具有卓越的飞行本领，它能从2 000 km以外的地方飞回家。实验证明，如果把一块小磁铁绑在鸽子身上，它就会惊慌失措，立即失去定向的能力；而把铜棒绑在鸽子身上，却看不出对它有什么影响。当发生强烈磁暴的时候，或者在强大无线电发射台附近，鸽子也会失去定向的能力。这些事实说明了鸽子是靠地磁场来导航的。绿海龟是著名的航海能手。在巴西，有一种绿海龟，每
13、到春季产卵时，它们就从巴西沿海向坐落在南大西洋的“沧海一粟”阿森松岛游去。这座小岛很小，距非洲大陆1 600 km，距巴西2 200 km。但是，绿海龟却能准确无误地远航到达。产卵后，它们又渡海而归，踏上返回巴西的征途。据研究，绿海龟也是利用地磁场进行导航的。鱼儿能在波涛汹涌的海洋中按一定的方向航行，这比鸟的迁徙能力更为奇特。海水是导电的，在地球的磁场中，海水流动的时候会产生电流，于是，鱼儿便利用这种电流信号，敏感地校正自己的航行方向。有人对鳗鲡（mn l）进行了细致的观察，初步发现，其大脑能对微弱的电磁场做出反应，地磁场是为鳗鲡提供信息的信息源。因此，美洲的鳗鲡能够航行很远的距离后到达产卵场
14、所，产卵后又返回它原来的“基地”。虽然人们已经知道鸟类、鱼类等动物能够利用地磁场导航，但是还没有弄清楚这个“导航系统”究竟是怎样工作的，迄今为止还没有从这些动物身上找到与“指南针”作用相似的器官。第十六章 电磁现象8图16-1-12 标出磁极的名称和A、B两点的磁场方向图16-1-10 哪一块是磁铁图16-1-11 小指南针3.请找两根缝衣针、一个按扣、一根大头针和一块橡皮，做一个指南针。用橡皮和大头针制作指南针的底座。将两根缝衣针磁化后，分别穿过按扣的两个孔，放在底座的针尖上，这就是一个小指南针，如图16-1-11所示。如果图中指南针静止下来后针尖指北，针尖是N极还是S极？4.图16-1-1
15、2中的两个图分别画出了两个磁极间的磁感线。请在图中标出磁极的名称，并画出位于图中A点和B点的小磁针静止时N极所指的方向。1.关于磁场和磁感线，下列说法中正确的是（）。A.磁场看不见、摸不着，所以是不存在的B.磁感线是由铁屑组成的C.磁体周围的磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极 D.小磁针在磁场中静止时，S极所指的方向就是该点的磁场方向2.如图 16-1-10 所示，两块外形完全相同的长方体，其中一块是铁块，另一块是磁铁，怎样将它们区分开？和同学交流你所用的方法和依据的道理。动手动脑学物理按扣9第二节 电生磁第二节 电生磁电流的磁效应在相当长的一段时间里，人们认为电和磁是互不相关的。到了19世
16、纪初，一些科学家意识到各种自然现象之间存在着相互联系，并进行了长期的探索。1820年，丹麦物理学家奥斯特（Hans Christian Oersted，1777-1851）在做实验时偶然发现：当导线中通过电流时，它旁边的磁针发生了偏转。这个意外的现象引起了奥斯特极大的兴趣。他又继续做了许多实验，终于证实电流的周围存在着磁场，他也因此成为世界上第一个发现电与磁之间联系的科学家。图16-2-1 奥斯特实验示意图观察与实验电流的磁效应如图16-2-2所示，在磁针上面放一根平行于磁针的直导线，当直导线触接电池通电时，你能看到什么现象？改变电流的方向，又能看到什么现象？图16-2-2 导线通电时，磁针会动吗实验表明：导线通电时，磁针发生偏转；导线中的电流方向改变时，磁针向相反的方向偏转。通电导线的周围有磁场，磁场的方向跟电流的方向有关。这种现象叫做电流的磁效应。甲通电 乙断电 丙改变电流方向 触接触接10第十六章 电磁现象通电螺线管的磁场是什么样的如图16-2-4所示，在螺线管的两端各放一个小磁针，并在硬纸板上均匀地撒满铁屑。通电后观察小磁针的指向，轻敲纸板，观察铁屑的排列情况。改变电流方向，再
