第二十章电与磁 讲义2024～2025学年人教版九年级全一册物理

2024~2025学年九年级物理 第二十章电与磁 知识小结 知识点1 磁场对通电导线的作用 实验器材 电源、开关、直导线、蹄形磁体等 实验装置 实验步骤 1.如图所示，把导线ab放在磁场里，接通电源，观察ab是否运动； 2.仅把电源的正负极对调，观察ab的运动方向； 3.保持电流方向不变，把蹄形磁体的磁极调换一下，观察ab的运动方向 实验现象 导线ab放在磁场里，接通电源，ab向右运动；仅把电源的正负极对调，ab向左运动；保持电流方向与第二次一样，把蹄形磁体的磁极调换一下，ab向右运动 实验结论 通电导体在磁场里受到力的作用，力的方向跟电流方向和磁场方向有关。当电流方向或磁场方向其一变得相反时，力的方向也变得相反；当电流方向和磁场方向同时变得相反时，力的方向不变 知识点2 电动机 工作原理 通电线圈在磁场中受力转动 构造 能够转动的线圈（转子）和固定不动的磁铁（定子） 平衡位置 当线圈平面与磁感线垂直时，线圈平面所在的位置叫作平衡位置。此时线圈受平衡力的作用，线圈无法转动 换向器 由两个彼此绝缘的铜半环E和F组成，与电刷A和B配合，当线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中电流的方向，使线圈连续转动 能量转化 电能转化为机械能 优点 构造简单、制造方便、体积小、效率高、便于控制且对环境污染小 直流电动机的应用 电力机车、货运电瓶车、轧钢机、起重机、刨床和一些家用电器等 交流电动机的应用 电风扇、洗衣机、电冰箱等 故障的判断 如果启动时，线圈正好处于平衡状态，那么线圈受力平衡，无法转动 如果电路电流过小或磁铁磁性较弱时，线圈受力过小，线圈也不会转动 知识点3 电磁感应 闭合电路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，这种现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流。感应电流的方向与导体运动的方向和磁场的方向都有关系。 知识点4 发电机 1.发电机 原理 发电机是利用电磁感应现象制成的 构造 发电机由转子（转动部分）和定子（不动部分）组成。大型发电机发的电，电压很高，电流很强，一般采用线圈不动、磁极旋转的方式来发电，为了得到较强的磁场，还要用电磁铁代替永磁体 能量转化 机械能转化为电能 2.电动机和发电机的对比 直流电动机 交流发电机 原理 通电线圈在磁场中受力而转动 电磁感应现象 构造 与电刷接触的是换向器 与电刷接触的是两个滑环 能量转化 电能→机械能 机械能→电能 在电路中的作用 相当于用电器 相当于电源 重点实验 导体在磁场中产生电流的条件 1.提出问题 磁是如何生电的？ 2.猜想与假设 闭合电路的一部分导体切割磁感线，产生电流。 3.实验器材 铁架台、蹄形磁铁、导体棒、灵敏电流计、导线若干。 4.实验装置 5.实验过程 按照实物图，在磁场中悬挂一根导体棒ab，把它的两端和灵敏电流计连接起来，改变磁场中导线或蹄形磁体的运动情况，观察灵敏电流计的指针是否发生偏转。 6.实验现象 次数 开关闭合情况 导体棒运动情况 电流计指针偏转情况 1 断开 上下运动 不动 2 断开 左右水平运动 不动 3 断开 斜向上斜向下运动 不动 4 闭合 上下运动 不动 5 闭合 左右水平运动 左右摆动 6 闭合 斜向上斜向下运动 左右摆动 7.实验结论 闭合电路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。 知识点5 电话和电话交换机 1.电话 （1）电话的发明：美国发明家贝尔于1876年发明。 （2）电话的构造：最简单的电话由话筒和听筒组成。为了完成通话，话筒和听筒之间要连上一对电话线。 （3）工作原理 话筒把声音转换成变化的电流，电流沿着导线把信息传远方。在另一端，电流使听筒的膜片振动，携带信息的电流又转换成了声音。 话筒 听简 主要构造 工作原理 老式电话的话筒中有一个装着炭粒的小盒子。当对着话筒讲话时，由于声音的振动，膜片时紧时松地压迫炭粒，它们的电阻随之发生改变，流过炭粒的电流就会相应改变，于是形成了随声音变化的电流信号 听筒内有电磁铁，电磁铁吸引薄铁膜片。由于线圈中电流不断变化，电磁铁对薄铁膜片的作用也随之变化，使薄铁膜片振动，还原声音。这样就可以听到对方的讲话了 2.电话交换机 （1）作用：提高线路的利用率。 （2）占线：a.对方电话机正在使用；b.交换机之间的线路不够用。 （3）种类：a.手工电话交换机：依靠话务员手工操作来接线和断线；b.自动电话交换机：通过电磁继电器进行接线；c.程控电话交换机：利用电脑接线，还有“缩位拨号”“三方通话”等多种功能。 （4）发展：手工电话交换机→自动电话交换机→程控电话交换机。 知识点6 模拟通信和数字通信 1.模拟信号与模拟通信 （1）概念：声音转换为信号电流时，信号电流的频率、振幅变化的情跟声音的频率、振幅变化的情况完全一样，就好像“模仿”着声信号的“一举一动”这种电流传递的信号叫作模拟信号。使用模拟信号的通信方式叫作模拟通信。 （2）特点：模拟信号在长距离传输和多次加工、放大的过程中，信号电流的波形会改变，从而使信号丢失一些信息，表现为声音、图像的失真，严重时会使通信中断。模拟信号抗干扰能力不强，保密性也很差，信号衰减严重。 2.数字信号与数字通信 （1）概念：用不同符号的不同组合表示的信号叫作数字信号。 （2）特点：通常的数字信号只包含两种不同的状态，形式简单，在传输过程中，抗干扰能力强，保密性好。 知识点7 电磁波的产生 1.产生：导线中电流的迅速变化会在周围空间产生电磁波。也可以在真空中或介质中通过变化的电场和变化的磁场相互激发，形成电磁波。 2.存在：德国物理学家赫兹第一个用实验证实了电磁波的存在。 知识点8 电磁波的传播 1.波长：电磁波的波长等于两个相邻波峰（或波谷）之间的距离，波长用表示。 2.波速：电磁波是向空间各个方向传播的，电磁波的传播是不需要介质的，它可以在真空中传播，真空中电磁波的波速约为3×108 m/s。 3.频率：电磁波的频率等于振荡电流的频率，在数值上等于每秒内电流振荡的次数，用f表示，单位是赫兹，简称赫，用Hz表示；常用单位还是兆赫（MHz）和千赫（kHz），换算关系为 1 MHz = 1 000 kHz = 1 000 Hz。 4.波速c与波长、频率f的关系：关系式为；在同一种介质中，波速一定，波长与频率成反比。 5.传播特点：（1）电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播；（2）电磁波向各个方向传播；（3）不同频率的电磁波在真空中的传播速度相同；（4）在电磁波的波速一定的条件下，波长与频率成反比，即频率越高，波长越短；频率越低，波长越长。 知识点9 无线电广播信号的发射和接收 1.发射过程：无线电广播信号的发射由广播电台完成。话筒把播音员的声音信号转换成电信号，然后用调制器把音频电信号加载到高频电流上，再通过天线产生电磁波发射到空中。 2.接收过程：信号的接收由收音机来完成。利用收音机调谐器选出我们所需的某一频率的电磁波，收音机通过解调滤去高频电流把音频信号从中取出来，进行放大，送到扬声器里，扬声器把音频电信号转换成声音。 知识点10 电视的发射和接收 1.发射过程：电视用电磁波传递图像信号和声音信号。声音信号的产生、传播和接收跟无线电广播的工作过程相似。图像信号的工作过程是摄像机把图像变成电信号，发射机把电信号加载到频率很高的电流上，通过发射天线发射到空中。 2.接收过程：电视机的接收天线将载有音频电信号和图像电信号的高频信号接收下来，通过电视机将音频电信号和图像电信号取出并放大，由显示器把图像电信号还原成图像，扬声器将音频电信号还原成声音。 知识点11 移动电话 基本原理 移动电话能将我们的声音信息用电磁波发射到空中，同时它也能在空中捕获电磁波，得到对方讲话的信息 特点 优点：体积小，使用方便，使用半径大； 缺点：只能在携带信号的电磁波辐射到的区域内进行通话 知识点12 微波通信 1.微波：指波长为10 m ~ 1 mm之间的电磁波，其频率为30 MHz ~ 3×108 MHz。 2.优点：微波的波长较短，频率较高，可加载的信息量大。 3缺点：微波大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射，所以必须每隔50 km左右建设一个微波中继站。 知识点13 卫星通信 定义 利用通信卫星作为中继站来转发微波，从而实现两个或多个地面站之间的通信 工作过程 从一个地面站发出无线电信号，这个信号被卫星通信天线接收后经过处理，再由卫星的通信天线把信号重新发向另一个或几个地面站，从而实现两个或多个地面站的远距离通信 优点 卫星通信具有远距离传送信号、通信容量大、抗干扰性强、使用灵活、可靠性高等优点。地球静止卫星距离地面很远，卫星通信覆盖区域大，利用3颗适当分布的地球静止卫星几乎可实现全球通信 知识点14 光纤通信 1.光纤通信是利用激光在光导纤维中传输信息的通信方式。 2.工作原理：激光从光导纤维的一端进入，在其内壁上发生多次反射，最后从另一端射出，把携带的信息传到远方。 3.优点：抗干扰性强、传播距离远、保密性好、传输信息容量大等。 知识点15 网络通信 1.网络通信 互联网 互联网又称因特网，是网络与网络之间互相联结成的庞大网络，这些网络以一组通用的协议相连，形成逻辑上的单一巨大国际网络 应用 （1）在互联网上可以聊天、玩游戏、查阅资料等； （2）在互联网上还可以进行广告宣传和购物； （3）在互联网上可以在数字知识库里寻找自己学业、事业所需 2.电子邮件：电子邮件是目前人们经常使用的网络通信形式，每个电子邮箱都有自己的“地址”，这样才能把邮件准确无误地送到正确的地方。 巩固训练 一、【刷基础】 1.珠峰高程测量登山队登顶的视频画面通过5G网络与全球实时共享，信号传输利用的是( ) A.超声波 B.次声波 C.微波 D.红外线 2.如图所示，图甲为一直导线，图乙、丙为导线绕成的线圈，“-”表示垂直纸面向外的磁感线，则( ) A.只有图甲可以产生感应电流 B.只有图乙可以产生感应电流 C.只有图丙可以产生感应电流 D.都能产生感应电流 3.5G测温巡逻机器人成了新晋网红，下列关于该机器人的说法中正确的是( ) A.机器人控制芯片是使用超导体材料制成的 B.当行人靠近机器人的摄像系统时，所成的像会变小 C.巡逻机器人进行广播宣传的声音不是由振动产生的 D.5G是通过电磁波传输信息的，它能在真空中传播 4.微波在传播过程中，如果遇到金属会被反射，遇到陶瓷或者玻璃会透射，而遇到类似水、酸等极性分子构成的物质则会被吸收，导致这些物质的温度升高.根据这些信息，你认为以下关于微波炉的说法不正确的是( ) A.炉的内壁要使用金属材料 B.炉内盛放食物的容器的材质可以是玻璃或陶瓷 C.炉内转盘的主要作用是为了从不同侧面看到食物被加热的情况 D.微波炉的玻璃门上有一层金属膜或金属网 5.如图所示是交流发电机原理示意图，线圈abcd逆时针转动时产生了感应电流，ab边的电流方向和cd边恰好相反，其原因是( ) A.ab边靠近S极，cd边靠近N极 B.两边切割磁感线运动方向相反 C.两边所处的磁场方向相反 D.线圈在做逆时针转动，若改为顺时针转动，则方向相同 6.关于能源、信息和材料，下列说法错误的是( ) A.插电式新能源汽车充电时使用的电能是二次能源 B.核电站核反应堆中发生的是可控核裂变 C.为降低电能的损耗，可利用超导材料制造电饭煲的电热丝 D.5G和4G通讯信号的电磁波在真空中的传播速度相等 7.光纤通信是现代通信的一种重要方式，请以图中的这条光线为例，作出表示光纤传输光信号原理的光路图； 8.下图所示是一种动圈式耳机的内部结构示意图。当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，音圈带动音膜_______（选填“向左”“向右”或“左右往复”）运动。音圈之所以运动，是由于磁场对_______有力的作用，此现象中能量转化情况是______________。 9.2023年5月30日上午，无数人通过网络直播共同见证了神舟十六号载人飞船发射成功！相较于20年前通过电视、报纸等方式获取神舟五号的发射消息，如今我们观看航天活动的方式悄然间发生着变化。“5G”手机传递信息的载体是频率更高的_______（填“超声波”或“电磁波”）；智能手机传递信息的电信号采用_______（填“模拟”或“数字”）信号。 二、【刷能力】 10.电磁轨道炮是一种新概念武器，利用电磁轨道进行发射.电磁轨道主要由导轨、电枢和电源三部分组成，导轨是一对平行的金属轨道，用于传导电流，金属轨道镶嵌在用高强度材料制成的绝缘筒内，构成炮管.电磁轨道炮发射时，通过磁场与电流相互作用，将弹丸以极高的初速发射出去.下列选项中与电磁轨道炮的发射原理相同的是( ) A. B. C. D. 11.甲、乙分别为两种电磁波，其部分波形如图a所示，其中甲是我们能看得见的红光，结合图b的电磁波谱，下列分析正确的是( ) A.乙一定是我们能看得见的另一种色光 B.两种电磁波在真空中的波速可能不同 C.遥控器可以利用乙电磁波遥控电视机 D.医生可以利用乙电磁波透视诊断病情 12.如图所示是自制简易电动机模型. （1）绕制线圈的铜丝外表有漆皮，必须对线圈引出线的两端（搁置于铜质弯钩的部位）进行刮漆处理，刮漆方法见放大图.按这种方法刮漆，目的是使线圈能够______. （2）如果整个制作没有问题，但接上电源后线圈不动，这时应做哪些尝试？______（多选）. A.使线圈中电流减小 B.将线圈转动一定角度 C.增大电源电压 D.更换一块磁性更强的磁体 （3）通电后线圈能转动，如要改变转动方向，可采取的做法是： ①__________________； ②__________________. 13.阅读材料，回答问题。 光纤 光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。如图所示，光可以从弯曲的光纤的一端传到另一端，而不会“溜”出光纤。光在玻璃纤维中每次由光纤内层的玻璃射向外层的分界面时，只会发生反射，而没有折射。这是因为光从玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角，当入射角增加到某一角度时，折射角达到90°，折射光消失，只剩下反射光，这种现象叫光的全反射，此时的入射角叫临界角。 （1）光在光纤中传播时路线是______（选填“折线”或“弧线”）。 （2）光从玻璃进入空气，如果临界角为46°，以下列角度入射的光线中，能发生全反射的是______。 A.30° B.42° C.45° D.50° （3）当光从空气射向玻璃，______（选填“会”或“不会”）发生光的全反射现象，判断依据为____________。 14.小鹏旅航者X2飞行汽车在消博会亮相，并透露将在两三年内量产。旅航者X2已经是国内首款提出申请并成功获批的有人驾驶eVTOL（电动垂直起降）产品，旅航者X2全机身采用碳纤维材料打造，碳纤维材料是一种比普通钢硬度高10倍的超硬材料，它与其他等体积的材料相比质量小，兼顾安全性和轻量化。旅航者X2最大起飞重量为560kg，裸机重量仅为360kg，官方表示，其有10个容量为“72V 20Ah”的电池作为动力源，充电半小时，续航时间为35分钟，最大飞行速度可达130km/h。同时，拥有自主飞行路径规划能力，通过多个传感器可实现对地监控、无死角环境感知、自助返航降落、百公里双向实时通信。 （1）碳纤维材料打造机身，是因为碳纤维具有___________大和___________小的物理特性，所以兼顾了安全性和轻量化； （2）飞行汽车的驱动单元为4个旋翼，飞行中，可以通过调节电动机线圈中___________的来改变旋翼转速； （3）裸机静止在水平地面上，单侧底杠与地面的接触面积为，此时地面受到裸机的压强为___________； （4）单个电池充满电可以储能___________J，充电半小时可以将10个电池充满电，充电功率为___________kW，飞行中利用___________（选填“声波”或“电磁波”）双向实时通信。 15.阅读下列短文，回答问题. 强大的四合—音乐充电宝 随着通信业的发展和手机的普遍使用，各种配套设备应运而生，如图所示是一款新型的充电宝，它糅合了无线手机充电、智能手表充电、USB有线充电、蓝牙音箱四种功能.充电宝上面采用磁吸式可以供智能手表进行充电；充电宝下面是无线充电设备，利用电流流过送电线圈产生磁场，手机中的受电线圈靠近该磁场时就会产生电流，给智能手机充电；充电宝配有蓝牙音箱，可以与手机无线连接播放音乐.充电宝采用4000 mA·h超大容量电池，并且采用“超级快充”技术，不到半小时可把充电宝电池电量充到一半以上，极大地方便了人们的使用. （1）充电宝在给智能手表充电时采用了磁吸固定触点，磁吸是利用________磁极相互吸引的原理制成的. （2）下列选项中的实验，与手机受电线圈的工作原理相同的是________（填字母序号）；蓝牙音箱中的扬声器发声是由于纸盆的________，而纸盆能发声是根据________（填字母序号）实验原理制成的. （3）已知该充电宝电池的部分参数如表所示. 电池名称 锂离子电池 电压 3.7 V 容量 4000 mA·h ①电池充满电储存的电能为________J. ②若用一个标注“输出5 V 4 A”的快速充电器来给充电宝充电，假设充电效率为90%，用快速充电器将电池从零充满需要的时间为________s. 答案以及解析 1.答案：C 解析：5G信号传输利用的是波长较短的电磁波——微波，故选C. 2.答案：B 解析：图甲中只是直导线运动，没有组成闭合电路，所以不能产生感应电流；图丙是整个闭合电路在磁场中运动，不是部分导体在磁场中做切割磁感线运动，所以也不能产生感应电流；图乙中可以产生感应电流，因此选项B正确. 3.答案：D 解析：机器人控制芯片是使用半导体材料制成的，故A错误；摄像系统是利用凸透镜成倒立、缩小的实像原理制成的且物距越小，像距越大，同时像变大，故B错误；任何声音都是由物体的振动产生的，故C错误；5G通信利用电磁波传输信息，电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，故D正确. 4.答案：C 解析：由于微波遇到金属会被反射，所以为了避免微波对人体造成伤害，要在炉的内侧装金属屏蔽网，玻璃门上也要有一层金属膜或金属网，故AD正确；微波遇到陶瓷或者玻璃会透射，故炉内盛放食物的容器的材质可以使用玻璃或陶瓷，故B正确；炉内转盘的主要作用是为了从不同侧面给食物加热，使加热均匀，故C错误. 5.答案：B 解析：线圈abcd逆时针转动时产生了感应电流，据题图可知，ab边和cd边切割磁感线的方向相反，所处的磁场方向相同，所以感应电流的方向相反，故B正确. 6.答案：C 解析：A.电能需通过消耗一次能源才能获得，是二次能源，故A正确，不符合题意； B.核电站是核裂变的应用，核反应堆中发生的链式反应，是可以控制的，故B正确，不符合题意； C.超导体的电阻为0，若用超导材料制造电饭煲的电热丝，电热丝不能发热，因此不能用该电热丝制成电饭煲，故C错误，符合题意； D.5G和4G信号都是利用电磁波传播信息的，所以它们在真空中的传播速度相同，都是，故D正确，不符合题意。 故选C。 7.答案：见解析 解析： 8.答案：左右往复；通电导体；电能转化为机械能 解析：当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，因为电流方向改变，音圈受力方向改变，音圈带动音膜左右往复运动；音圈之所以运动，是由于磁场对通电导体有力的作用；此现象中能量转化情况是电能转化为机械能。 9.答案：电磁波；数字 解析：手机是利用电磁波传递信息的；手机的声音、图像信息都是数字信号。 10.答案：D 解析：由题中的“它通过磁场与电流相互作用，将弹丸以极高的初速发射出去”可知电磁轨道炮的发射原理是通电导体在磁场中受力运动. 11.答案：C 解析：甲电磁波是红光，红光在可见光中波长较大，根据题图b可知其波长约0.7 μm；根据题图a可知，乙电磁波的波长约为甲电磁波波长的1.5倍，故乙电磁波的波长约1 μm；由题图b可知，乙电磁波为红外线.红外线用肉眼看不见，A错误；红光和红外线两种电磁波在真空中的波速是一样的，都等于光速，B错误；遥控器利用红外线遥控电视机、空调等用电器，C正确；医生用X射线拍透视片诊断病情，D错误. 12.答案：（1）持续转动 （2）BCD （3）①只改变电流方向；②只改变磁场方向 解析：（2）电动机不转动的原因可能是在通电前线圈刚好处于平衡位置，所以可以试着将线圈转动一定角度，看其能否转动起来；电动机不转动的原因还可能是线圈所受力的作用太小，即线圈中电流太小或磁体磁性较弱，所以应试着增大电源电压或换一块磁性更强的磁体. （3）通电线圈在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向都有关系，所以要想改变线圈的转动方向，可以采取只改变电流方向或只改变磁场方向的做法. 13.答案：（1）折线 （2）D （3）不会；光从空气斜射入玻璃中时，折射角小于或等于入射角 解析：（1）因为光在同种均匀介质中沿直线传播，光在光纤内层的玻璃芯与外层的分界面发生反射时传播方向发生改变，所以光在光纤中传播时路线是折线； （2）光从玻璃进入空气，如果临界角为46°，只有入射光以50°的入射角从玻璃射向空气时，入射角才会大于临界角，发生全反射现象，故D正确； （3）由题意可知，只有折射角大于入射角且入射角大于或等于临界角时，才会发生全反射现象，光从空气射向玻璃时，折射角永远小于或等于入射角，所以不会发生全反射现象。 14.答案：（1）硬度；密度；（2）电流的大小；（3）；（4）；28.8；电磁波 解析：（1）阅读材料知，“碳纤维材料是一种比普通钢硬度高10倍的超硬材料，仅次于金刚石的硬度，它与其他等体积的材料相比质量小”，碳纤维材料打造机身，是因为碳纤维具有硬度大和密度小的物理特性，所以兼顾了安全性和轻量化。 （2）电动机的转速与通电线圈中电流的强弱有关；飞行中，可以通过调节电动机线圈中电流的大小来改变旋翼转速。 （3）裸机静止在水平地面上时，对地面的压力 受力面积 对地面的压强 （4）10个电池充满电储存的电能为 10个电池充满电储存的电能为 充电功率为 电磁波的传播不需要介质，电磁波可以在固体、液体、气体中传播，电磁波可以传递信息，飞行中利用电磁波实时通信。 15.答案：（1）异名 （2）B；振动；C （3）①；②2960 解析：（3）①电池充满电储存的电能.②，，解得充电时间. 学科网（北京）股份有限公司 $$