2013年人教版九年级物理电子课本

第1节两种电荷在干燥的天气里，衣服表面容易吸附灰尘；与头发摩擦过的塑料尺、塑料笔杆，能吸起纸屑；用塑料梳子梳头，头发会随着梳子飘起来……两种电荷为什么会出现上述这些现象呢？这是因为摩擦过的物体带了“电”，或者说带了电荷（electriccharge）。用摩擦的方法使物体带电，叫做摩擦起电。带电的物体间存在怎样的相互作用呢？演示电荷间的相互作用1.用丝绸摩擦两根玻璃棒，手持一根玻璃棒，靠近另一根被吊起的玻璃棒（图15.1-1）。观察有什么现象发生。2.手持用毛皮摩擦过的橡胶棒，靠近被吊起的用丝绸摩擦过的玻璃棒。观察有什么现象发生。图15.1-1电荷间的相互作用32物理九年级实验发现，电荷间有相互作用，相同电荷及不同电荷间相互作用不同。人们还发现，无论用什么方法带电，物体所带的电荷或者与丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷相同，或者与毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷相同。自然界只有两种电荷。人们把用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫做正电荷（positivecharge），用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫做负电荷（negativecharge）。同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。物体所带电荷有多有少，电荷的多少叫做电荷量。为了方便起见，电荷量也可简称电荷。电荷量的单位是库仑（column），简称库，符号是C。一根实验室中常用的玻璃棒或橡胶棒，摩擦后所带的电荷量大约只有10C。实验室里常用验电器来检验物体是否带电。用带电体接触验电器的金属球，就有一部分电荷转移到验电器的两片金属箔上，这两片金属箔带同种电荷，由于互相排斥而张开（图15.1-2）。金属球金属杆绝缘垫金属箔原子及其结构图15.1-2否带电验电器能显示物体是通过前面的学习我们知道，常见的物质是由分子、原子构成的。有的分子由多个原子构成，有的分子只由一个原子构成。20世纪初科学家发现，原子也有进一步的结构，它的中心是原子核，在原子核周围，有一定数目的电子（electron）在核外运动。电子是带有最小负电荷的粒子，所带电荷量为1.6×10C。原子核带正电。在通常情况下，原子核所带的正电荷与核外所有电子所带的负电荷在数量上相等，原子整体不显电性，物体对外也不显电性。氢原子的结构最简单，原子核中有1个正电荷第十五章电流和电路3319（其电荷量与电子电荷量相等），核外有1个电子。氦原子核中有2个正电荷，核外有2个电子（图15.1-3）。不同物质的原子核束缚电子的本领不同。当两+1H1+2He2个物体摩擦时，哪个物体的原子核束缚电子的本领弱，它的一些电子就会转移到另一个物体上。失去电子的物体因为缺少电子而带正电，得到电子的物体因为有了多余电子而带等量的负电。摩擦起电并不是创造了电荷，只是电荷从一个物体转移到另一个物体，使正、负电荷分开。图15.1-3的结构氢原子和氦原子导体和绝缘体带电的物体有时会与其他的物体接触，从而失去电荷。那么，什么物体容易传导电荷，什么物体不容易传导电荷呢？下面我们通过实验来研究。演示电荷在金属棒中的定向移动取两个相同的验电器A和B，使A带电，B不带电。可以看到A的金属箔张开，B的金属箔闭合。1.用橡胶棒把A和B连接起来（图15.1-4），观察A、B金属箔的张角有什么变化。2.再次使A带电，B不带电。用带有绝缘柄的金属棒把A和B连接起来（图15.1-5），观察A、B金属箔的张角有什么变化。与用橡胶棒的情况一样吗？实验现象是，用橡胶棒连接，验电器AAB图15.1-4B图15.1-5图15.1-534物理九年级A、B金属箔的张角没有变化；用金属棒连接，验电器A的金属箔张开的角度减小，B的金属箔由闭合变为张开。这表明，验电器B也带了电。就是说，有一部分电荷通过金属棒从A移动到了B，电荷发生了移动。电荷在金属中可以定向移动，说明金属是可以导电的。有的物体容易导电，叫做导体（conductor）。金属、人体、大地、石墨、食盐水溶液等都是导体。有的物体不容易导电，叫做绝缘体（insulator）。橡胶、玻璃、塑料等都是绝缘体。在金属中，部分电子可以脱离原子核的束缚，而在金属内部自由移动，这种电子叫做自由电子。金属导电，靠的就是自由电子。1.有甲、乙、丙三个带电体，甲物体排斥乙物体，乙物体吸引丙物体。如果丙物体带正电，甲物体带哪种电？2.如图15.1-6，用一段细铁丝做一个支架，作为转动轴，把一根中间戳有小孔（没有戳穿）的饮料吸管放在转动轴上，吸管能在水平面内自由转动。用餐巾纸摩擦吸管使其带电。（1）把某个物体放在带电吸管一端的附近，发现吸管向物体靠近，由此是否可以判断该物体已经带电？（2）把丝绸摩擦过的玻璃棒放在带电吸管一端的附近，观察吸管运动的方向，并回答：吸管带的是哪种电？餐巾纸带哪种电？为什么？（3）吸管和餐巾纸摩擦起电时，哪个失去了电子？哪个得到了电子？3.金属锡的原子核带有50个大小与电子电荷相等的正电荷，它的原子核外有多少个电子？这些电子总共带多少库仑的电荷？为什么金属锡对外不显电性？第十五章电流和电路35图15.1-6饮料吸管的静电实验第2节电流和电路上一节中图15.1-5的实验结果表明，电荷在金属导体中做了定向移动，但这种定向移动瞬间就结束了。实际中点亮的小灯泡能持续发光，是因为有电荷不断地流过小灯泡。那么，怎样才能使电荷不断地流过小灯泡呢？想想做做有如下器材：小灯泡、小电动机、蜂鸣器各一个，一个开关、一节电池（带电池盒）和一些导线（图15.2-1）。先后三次连接电路，分别使小灯泡亮、电动机转、蜂鸣器发声。小灯泡、电动机、蜂鸣器要受开关的控制。小灯泡不能把电池的两端用导线直接连在一起！蜂鸣器小电动机图15.2-1实验结果表明，要想让小灯泡亮、电动机转、蜂鸣器发声，必须要有电池（cell），还要用导线将它们与电池连接成闭合的回路。36物理九年级电流闭合开关，小灯泡持续发光，表明有电荷持续地流过小灯泡。导线、小灯泡的灯丝都是金属做的。金属里面有大量自由电子，它们可以自由移动。平时金属内自由电子运动的方向杂乱无章，但是接上电池之后，它们就受到了推动力，就会做定向移动，电荷的定向移动形成电流（electriccurrent）。回路中有电流时，发生定向移动的电荷可能是正电荷，也可能是负电荷，还可能是正、负电荷同时向相反方向发生定向移动。在19世纪初，物理学家刚刚开始研究电流时，并不清楚在各种情况下究竟是哪种电荷在移动，当时就把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。按照这个规定，当电池、导线、小灯泡组成的回路闭合时，在电源外部，电流的方向是从电源正极经过用电器流向负极的（图15.2-2）。图15.2-2电流的方向想想做做利用发光二极管判断电流的方向发光二极管是一种电子元件，简称LED。它的两根引脚中较长的为正极，较短的为负极。当电流由正极经过LED流向负极时，LED发光，表明它处于导通状态；反之，电流不能从负极流向正极，LED不会发光（图15.2-3）。所以，根据其发光与否可图15.2-3发光二极管以判断电路中是否有电流及电流的方向。请你将LED接入某电路中，闭合开关，观察LED是否发光，判断电路中电流的方向。具有单向导电性第十五章电流和电路37电路的构成物理学中将电池这类提供电能的装置叫做电源（powersupply），将灯泡、电动机、蜂鸣器等这类消耗电能的装置叫做用电器。电源、用电器，再加上导线，往往还有开关，组成了电流可以流过的路径──电路（electriccircuit）。只有电路闭合时，电路中才有电流。电池能够维持小灯泡中的电流，所以电池是一种常见的电源（图15.2-4）。发电机也是一种常见的电源，家庭电路中的电流就是靠远方电厂中的发电机来维持的。图15.2-4各种电池电路图画图时如果把电源、用电器等元件原样画出，既麻烦又不清楚。为了便于研究，人们通常用图形符号来表示这些元件（图15.2-5）。图15.2-5几种常用的元件及其符号①图15.2-5是根据国家标准GB/T4728绘制的一些常用的电路元件及所对应的符号。38物理九年级①用符号表示电路连接的图，叫做电路图。电路图是对实际电路的有效抽象。有了元件的符号，我们就可以用它来方便地替代实物电路了（图15.2-6）。通路断路短路图15.2-6电路和电路图人们把正常接通的电路,即用电器能够工作的电路叫做通路。电路中如果某处被切断，电路中就不会有电流流过，这种情况叫做断路。直接用导线将电源的正、负极连接起来，这种情况叫做短路。电源被短路，电路中会有很大的电流，可能把电源烧坏，这是不允许的。如果电路是接通的，但用电器两端被导线直接连通，这种情况叫做该用电器被短接。演示图15.2-7是由一个小灯泡、一个LED、两节干电池、一个开关组成的电路。闭合开关，小灯泡和LED发光。用一根导线接在小灯泡的两端，你会看到小灯泡熄灭了，而LED还发光。想一想，这是为什么？实验现象表明，小灯泡被短接而熄灭，电流流经外加导线而绕过了小灯泡。图15.2-7发光的小灯泡会熄灭吗？第十五章电流和电路391.图15.2-8甲是把电池和玩具电风扇连接起来的电路图。请在图15.2-8乙中用笔画线表示导线，连接相应的电路。2.在图15.2-9中有电甲图15.2-8连接玩具电风扇乙子门铃、电源和开关，请用笔画线表示导线把它们连起来，使得门铃能够正常工作，并画出相应的电路图。电子门铃可以用“—电子门铃—”这样的符号表示。图15.2-9连接电子门铃图15.2-10常用手电筒的结构3.观察图15.2-10所示的手电筒结构图。按下按键时，电路是怎样接通的？在图中画出电流流过的路径。另画出手电筒的电路图。4.图15.2-11是某人连接的电路，小电动机能转吗？在接错的那根导线上打一个“×”，表示这根导线不要，再把正确接法的导线画出来，并在三根导线上分别标明电流的方向。5.图15.2-12甲、乙中，各有一根导线接错而使小灯泡被短接，请把这根导线找出来，在上面打一个“×”。甲图15.2-11乙电动机能转吗？图15.2-12把短接的导线找出来40物理九年级第3节串联和并联用一个电源、两个小灯泡、一个开关和一些导线组成电路，要想让两个小灯泡都发光，可以有几种接法？串联和并联像图15.3-1那样，两个小灯泡依次相连，然后接到电路中，我们说这两个小灯泡是串联（seriesconnection）的。图15.3-1两个小灯泡的串联像图15.3-2那样，两个小灯泡的两端分别连在一起，然后接到电路中，我们说这两个小灯泡是并联（parallelconnection）的。并联电路中两个用电器共用的那部分电路叫干路，单独使用的那部分电路叫支路。图15.3-2两个小灯泡的并联第十五章电流和电路41连接串联电路和并联电路在串联电路里，开关的位置改变了，它的控制作用是否也会改变？在并联电路中，干路开关和支路开关对各用电器的控制作用有什么不同？实验连接串联电路和并联电路连接电路后，要1.按照图15.3-3连接串联电路，观察开关控制两个小灯泡发光的情况。还可以依次把开关改接到电路中的不同位置，观察开关控制两个小灯泡的情况是否有变化。先检查电路连接无误，然后方可闭合开关。SS1L1S2L2图15.3-3开关位置会影图15.3-4干路、支路开响串联电路的控制吗？2.按照图15.3-4所示的电路图连接电路，观察各开关控制小灯泡的情况。例如，闭合干路开关S，依次断开两个支路开关S1、S2等。3.用箭头在图15.3-3和图15.3-4中标出电路闭合时电流的方向。关的控制作用一样吗？实验结果表明，在串联电路中，开关可以控制所有用电器，开关位置的改变并不影响它对用电器的控制作用。在并联电路中，干路开关可以控制所有用电器，支路开关只能控制其所在支路的用电器。42物理九年级生活中的电路串联电路和并联电路都是最基本的电路，实际生活中的许多电路都是由最基本的电路组合而成的。家庭中的电灯、电吹风机、电冰箱、电视机、电脑等用电器大多是并联在电路中的。用来装饰居室、烘托欢乐气氛的彩色小灯泡，有些则是串联和并联组合而成的。想想议议图15.3-5是一个简化了的玩具警车的电路图。学习了串联电路和并联电路的知识，你能ML看懂这个电路图吗