专题03 电能与电功率 电磁转换（期末知识清单）九年级物理上学期新教材沪粤版

该初中物理知识清单系统整合“电能与电功率”“电磁转换”两大核心模块，涵盖电能表、电功、电功率、焦耳定律、电流的磁场、电磁铁、电动机与发电机等关键知识，构建从基础概念到综合应用的递进式学习支架。 清单通过“考点-课标”对应、高频考点标注、易错点警示构建知识体系，突出科学思维与科学探究。如“伏安法测电功率”实验强调控制变量法，“电动机与发电机区分”用“有无电源”两步判断法，助力学生精准突破重难点，教师可据此设计分层教学，提升复习效率。

专题03 电能与电功率 电磁转换 考点要求 课标要求 1. 电能与电能表 ✅ 3.4.7 了解电能的来源与应用；认识电能表功能，会读示数，理解核心参数的物理意义 2. 电功与电功率 ✅ 3.4.7 理解电功、电功率的定义与物理意义；掌握、等核心公式，能完成单位换算与简单计算 3. 额定功率与实际功率 ✅ 3.4.7 区分额定/实际电压、功率；能结合电路规律分析两者关系并计算 4. 焦耳定律 ✅ 3.4.8 理解焦耳定律的内容与适用条件；掌握及变形式，能解释电热现象并计算 5. 电流的磁场 ✅ 3.5.1 认识奥斯特实验及意义；掌握安培定则，能判断通电螺线管磁极与电流方向的关系 6. 电磁铁与电磁继电器 ✅ 3.5.1 了解电磁铁的构造与原理；知道磁性强弱的影响因素；理解电磁继电器的工作过程及应用 7. 电动机与发电机 ✅ 3.5.2 理解电动机的原理（通电导体在磁场中受力）与能量转化；了解发电机的原理（电磁感应）与能量转化；能区分两者核心差异 1．题型分布：覆盖选择题（15%~20%）、填空题（20%~25%）、作图题（10%）、实验探究题（25%~30%）、综合计算题（15%~20%），是期末电学压轴专题，占总分值40%~50%，直接影响物理成绩的层级。 高频考点（期末重点抓这些！）：电能表读数与参数计算（如“3000r/(kW·h)”的应用）、电功与电功率的公式综合计算； 额定功率与实际功率的区分（结合灯泡亮度变化分析）、焦耳定律在电热器中的应用； 安培定则的应用（判断螺线管磁极、电流方向）、电磁铁磁性强弱的影响因素； 电磁继电器的电路分析（控制电路与工作电路区分）、电动机与发电机的原理及能量转化判断。 期末命题特点：基础题“送分明显”：侧重概念记忆与直接应用，如电能表读数、电功率单位换算、磁极相互作用，题干简洁，认真审题就能拿分； 中档题“公式+电路”结合：如结合串并联电路规律计算电功、用安培定则推导螺线管磁极、分析滑片移动对实际功率的影响，需灵活运用公式； 实验题“聚焦方法”：以“伏安法测小灯泡电功率”“探究电磁铁磁性强弱”“探究焦耳定律”为主，重点考控制变量法、转换法的表述及误差分析； 综合题“串联考点”：多为“电功率+电路动态分析”“电热计算+能量守恒”的组合，拆分步骤、逐个突破是关键； 情境“贴近生活”：如家用电器功率估算（电饭煲800W、台灯20W）、电能表月度电费计算、电磁铁水位报警器，结合生活经验更易理解。 易错点警示（这些“坑”别踩！）：混淆“电功”（消耗电能的多少，单位J/kW·h）与“电功率”（消耗电能的快慢，单位W/kW）； 误用额定功率计算实际电路（如直接用P额求实际电流），忽略“电阻不变”的前提； 非纯电阻电路（如电动机）中乱用W=I²Rt、P=I²R（仅Q=I²Rt成立，W>Q）； 安培定则应用时，忽略螺线管绕线方式（从左端或右端绕线，四指弯曲方向不同）； 混淆电动机（有电源，电能→机械能）与发电机（无电源，机械能→电能）的核心区别。 选择题 1．概念辨析类：抓“本质差异”——电功是“消耗电能的总量”（如“一个月用了50度电”），电功率是“消耗电能的快慢”（如“100W灯泡比50W亮，耗电更快”）；电动机与发电机看“有无电源”，有电源是电动机，无电源是发电机。 公式应用类：“知条件选公式”——① 知U、I、t求电功，用（通用）；② 知I、R、t求电热，用（通用）；③ 纯电阻电路求功率，优先选已知量直接对应的公式（如知U、I用，知U、R用）。 电路分析类：“先简化，再用规律”——电流表当短路、电压表当开路，判断串并联；串联电路P与R成正比（），并联电路P与R成反比（），用比例关系快速算。 电磁转换类：“两步判断法”——① 电生磁（奥斯特实验、螺线管、电磁铁）：看“是否通电”，通电就有磁场；② 磁生电（电磁感应、发电机）：看“是否切割”，导体切割磁感线且电路闭合才生电。 填空题 单位换算技巧：记准“核心关系”，避开小数点错误（易错点！）：电能：（“度”转“焦”乘，反之除以）； 功率：，； 电流/电压：，。 额定与实际功率计算：“先求电阻，再算实际”（黄金步骤！）——① 由得（电阻视为定值）；② 用或（电压与功率成平方关系，高频考点）。 安培定则应用：“手形对应法”——① 握螺线管：四指弯向=电流方向；② 拇指指向=N极；③ 已知磁极画电流：拇指对N极，四指弯向即电流方向，结合绕线标箭头。 作图题 通电螺线管作图：标磁极：用安培定则结合电流方向/已知磁极，在螺线管两端标N、S极； 画电流方向：已知磁极时，拇指指N极，四指弯向为螺线管电流方向，导线末端标箭头（关键：绕线方向——左端正面绕入，电流从左端进；右端正面绕入，电流从右端进）； 补电源：电流从正极流出，结合导线电流方向，确定正负极（流出端为正，流入端为负）。 电磁继电器电路作图：分电路：明确“控制电路”（低电压，含电磁铁、电源、开关）和“工作电路”（高电压，含用电器、触点、电源）； 连触点：常态断开为“常开触点”，闭合为“常闭触点”；电磁铁吸合时，衔铁带动触点反转（常开变闭，常闭变断）； 标状态：旁注“通电/断电时工作状态”（如“通电红灯亮，断电绿灯亮”）。 实验探究题 伏安法测小灯泡电功率（核心实验）：实验原理：（区别于伏安法测电阻的，记准！）； 操作要点：① 滑动变阻器“一上一下”，闭合开关前滑片移至最大阻值处（保护电路，必考点）；② 测额定功率时，调滑片使电压表示数=灯泡额定电压（如2.5V），记电流； 数据处理：多次测量是为“探究实际功率与电压的关系”，不是求平均值（灯泡电阻随温度变，非定值）； 误差分析：① 灯不亮、电流表无示数、电压表有示数→灯断路；② 灯特亮、电流过大→滑动变阻器接成“两下”（电阻为0）或滑片在最小处。 探究电磁铁磁性强弱的影响因素：控制变量：① 电流影响（保匝数、铁芯不变，调滑动变阻器）；② 匝数影响（保电流、铁芯不变，换螺线管）； 转换法：用“吸引大头针数量”反映磁性强弱（数量多→磁性强）； 结论表述：“在××一定时，××越大，磁性越强”（必须体现控制变量，否则扣分）。 综合应用题 步骤拆分法：如“电能表+电功率计算”——① 算电能W=月末数-月初数（单位kW·h）；② 统一时间t（小时）；③ 求功率P=W/t（kW转W）；④ 用P=UI求电流/电阻。 动态电路分析步骤：“电阻→总电阻→总电流→分电压→功率”——① 判滑动变阻器阻值变化（靠下接线柱越近，电阻越小）；② 算总电阻（串：；并：）；③ 用欧姆定律求总电流；④ 用串并联电压规律求分电压；⑤ 用算功率变化。 能量转化计算：明“流向”——① 电动机：（）；② 电热器（纯电阻）：（）；③ 发电机：（忽略损耗则）。 电能 电功 电能 各种各样的发电厂，如火力、水力、风力发电厂，以及各种各样的电池，它们把不同形式的能转化为______，供人们使用。 电能：每个家庭都用电。我们使用的电主要由电网提供，不同家庭用电的多少不同。同学们一定常听父母说，上个月家里用了多少“______”电。这里说的“度”，就是______的单位，它的学名叫做____________，符号是____________。 在物理学中，常用的能量单位是______。1 千瓦时比1 焦耳大得多。它们之间的关系是 1 kW · h = 1×103 W×3 600 s = 3.6×106 J 电能的计量：用电器在一段时间内消耗的电能，可以通过____________（也叫电度表）计量出来。用电时，电能表中间的铝质圆盘转动，圆盘上方的数字以千瓦时为单位来显示已经用去的电能。 电能表上显示的数字是表从开始记数到读数为止用去的电能。为了计量一段时间内消耗的电能，必须记录这段时间起始和结束时电能表上计数器的示数。前后两次示数______，就是这段时间内用电的度数。例如，家中电能表在月初的示数是3 246.8 kW · h，月底的示数是3 265.4 kW · h，这个月家里用电就是______ kW · h 。 电功 电功：电能可以转化成__________________。电能转化为其他形式的能的过程也可以说是____________的过程，有多少电能发生了转化就说电流做了多少功，即______是多少。 电功的计算：电流做功的多少跟电流的大小、电压的高低、通电时间的长短都有关系。加在用电器上的电压越高、通过的电流越大、通电时间越长，电流做功越多。研究表明，当电路两端的电压为U ，电路中的电流为 I ，通电时间为t 时，电功W（或者说消耗的电能）为 W=UIt 电功率 电功率 在物理学中，用____________表示__________________。电功率用P表示，它的单位是_____，简称_____，符号是______。 工农业中使用的用电器功率往往很大，这时就要用更大的单位——千瓦来表示。千瓦的符号是kW，它跟瓦的关系是 1 kW =103 W 有时也需要用比瓦小的单位——毫瓦来表示功率。毫瓦的符号是mW，它跟瓦的关系是 1 W = 103 mW 农田灌溉时用来带动水泵的电动机，功率大约在几千瓦到几十千瓦之间。大型发电站的发电功率可达一百万千瓦以上。发光二极管的功率约为50 mW。 用电器的电功率 天河一号巨型计算 4.04×106W 液晶电视机 约100W 家用空凋 约1000W 排风扇 约20W 吸尘器 约800W 手电筒 约0.5W 电吹风 约500W 计算器 约0.5mW 台式计算机 约200W 电子表 约0.01mW 作为表示电流做功快慢的物理量，电功率等于电功与时间之比。如果电功用W表示，完成这些电功所用的时间用t表示，电功率用P表示，则 将上节电功W = UIt 代入上式得 P = UI “千瓦时”的来历 将公式变形后，可得到W = Pt，W 是 t这段时间电流通过用电器所做的功，也是用电器消耗的电能，式中W、P、t 的单位分别是焦、瓦、秒。 如果P 和 t 的单位分别用千瓦、小时，那么它们相乘之后，就得到电能的另一个单位——千瓦时（度）。1 千瓦时可以看做电功率为1 kW的用电器使用1 h 所消耗的电能。 额定电压、额定功率和电功率的测量 用电器正常工作时的电压叫做____________，用电器在____________下工作时的电功率叫做____________。 节能灯上标着“220 V 24 W”，表示额定电压是220 V，额定功率是24 W。电熨斗上标着“220 V 500 W”，表示额定电压是______ V，额定功率是______W。其他用电器的铭牌上也标着额定电压和额定功率。 我们使用各种用电器一定要注意它的额定电压，只有在额定电压下用电器才能正常工作。实际电压偏低，用电器的电功率______，不能正常工作。实际电压______，有可能损坏用电器。 测量电功率可以使用专用的功率表，但是在非专业的实验中，常常通过电流和电压的测量来间接得知用电器的电功率。由电功率公式____________可以看出，测量出用电器两端的电压和通过用电器的电流，就可以知道用电器实际的电功率。 测量小灯泡的电功率 在这个实验中，我们将用滑动变阻器控制电路，分别测量以下三种情况下小灯泡的实际功率。 （1）使小灯泡两端的电压等于额定电压，观察小灯泡的亮度，测量它的电功率，这是它的额定功率。 （2）使小灯泡两端的电压低于额定电压，观察小灯泡的亮度，测量它实际的电功率。 （3）使小灯泡两端的电压约为额定电压（标在灯口上）的1.2 倍，观察小灯泡的亮度，测量它实际的电功率。 实验 测量小灯泡的电功率 1. 根据实验的要求，请你自己设计电路，并画出实验电路图。 为了控制小灯泡的电功率，可以用滑动变阻器与小灯泡串联，从而控制小灯泡两端的电压。电流 表和电压表应该分别连在什么位置？ 所用小灯泡的额定电压是多少？为了不使电压过多地超过额定电压，实验中电源两端电压应该是 多少？用几节干电池串联供电？ 实验中要测量哪些物理量？画出实验记录表。 2. 检查所给的器材是否够用，是否合乎要求。然后连接电路，进行实验。在连接电路时，应该把滑动变阻器的哪两个接线柱连入电路？闭合开关前，滑动变阻器的滑片要放在什么位置？ 电流表和电压表正、负接线柱（或红、黑接线柱）的连接是否正确？估计电路中电流和电压的大小，选择合适的量程。 接好电路后，同组的同学各检查一次，保证无误后再做实验。 3. 把实验数据记录在表格里。 怎样通过测量数据计算灯泡的电功率？小灯泡的额定功率是多少？当灯泡两端的电压比额定电压高和比额定电压低时，它的实际功率各是多少？ 焦耳定律 电流的热效应 生活中，许多用电器接通电源后，都伴有____________产生。电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做__________________。 实验表明，在电流相同、通电时间相同的情况下，______越大，这个电阻产生的热量越多。，在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的______越大，这个电阻产生的热量越多。 焦耳定律 英国物理学家______做了大量实验，于1840 年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系： 电流通过导体产生的热量跟____________成______，跟导体的______成______，跟____________成______。这个规律叫做____________。 如果热量用Q表示，电流用I 表示，电阻用R表示，时间用t 表示，则焦耳定律为 Q = I2Rt 电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即__________________。再根据欧姆定律U = IR，就得到Q = I2Rt。 可见，在消耗的电能全部用来产生热量的情况下，根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来的结论与焦耳定律一致。 电炉通过导线接到电路中，流过导线的电流全部流过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。通过前面的学习我们已经知道，导线的电阻很小，1 m长的电线，电阻不过百分之几欧姆，而电炉丝的电阻可达几十欧姆到上百欧姆。所以，当通过的电流相等时，电炉丝很热，而导线却不热。 电热的利用和防止 生活中和许多产业中都要用到______。家里的电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场的电热孵化器，都是利用电热的例子。 但是，很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。电视机的后盖有很多孔，就是为了____________，使用时一定要把防尘的布罩拿开。电脑运行时温度会升高，需要用微型风扇及时散热。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多____________。 磁现象和磁场 磁现象：磁体能够吸引______、______、______等物质。它的吸引能力最强的两个部位叫做______。能够自由转动的磁体，例如悬吊着的磁针，静止时指南的那个磁极叫做______或S极， 指北的那个磁极叫做______或N极。磁极间相互作用的规律是：____________________________________。一些物体在磁体或电流的作用下会获得磁性，这种现象叫做______。 磁场和磁感线：如果把磁针拿到一个磁体附近，它会发生偏转。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，我们把它叫做______。 在条形磁体周围的不同地方，小磁针静止时指示着不同的方向。物理学中把____________所指的方向规定为该点磁场的方向。为了形象地描述磁场，可以在磁体周围放许多小磁针，这些小磁针在磁场的作用下会排列起来，这我们把________________________，用__________________画出来，可以方便、形象地描述磁场，这样的曲线叫做____________。 在磁体外部放置越多、越小的磁针，就能越清楚地看出磁场的分布情况。在蹄形磁体上面放一块有机玻璃，玻璃上撒一层铁屑。轻轻敲打玻璃，可以看到小铁屑有规则地排列起来。这是因为撒在磁体周围的每个小铁屑都被______，相当于一个个小磁针，小磁针在磁体周围磁场的作用下有规则地排列，磁场的分布情况也被形象地显示出来。用磁感线描述的条形磁体和蹄形磁体的磁场。从图上可以看出，在用磁感线描述磁场时，磁体外部的磁感线都是从磁体的____________，回到______的。样我们就能知道磁体周围各点的磁场方向了。 地磁场：能水平转动的磁针就是指南针。拿来几只小磁针放在桌面上，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______。这说明，地球周围存在着磁场——____________。 在地球表面及空中的不同位置测量地磁场的方向，可以画出地磁场的磁感线。地磁场的形状跟____________的磁场相似。不过，地理的两极和地磁场的两极____________，磁针所指的南北方向与地理的南北方向____________。 世界上最早记述这一现象的人是我国宋代学者______（1031—1095），这个发现比西方早了400 多年。 电生磁、电磁铁和电磁继电器 电生磁 电流的磁效应：丹麦物理学家______。于1820 年，在课堂上做实验时终于发现：当导线中通过电流时，它下方的磁针发生了偏转。这个发现令奥斯特极为兴奋，他怀着极大的兴趣又继续做了许多实验，终于证实电流的周围存在着磁场，在世界上第一个发现了电与磁之间的联系。 通电导线和磁体一样，周围存在磁场，即____________。实验还表明，当电路中的电流反向时，磁针的偏转方向也______。这说明电流的磁场方向跟____________有关。通电导线周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫做____________。 通电螺线管的磁场：把导线绕在圆筒上，做成______（也叫线圈），各圈导线产生的磁场叠加在一起，磁场就会强得多。 安培定则：实验结果表明，通电螺线管外部的磁场和____________的磁场一样。通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极，它们的极性可以从实验中小磁针的指向来确定。改变电流方向，通电螺线管的N、S 极正好对调，这说明，通电螺线管两端的极性跟螺线管中____________有关。 在发现一个物理规律后，如果能够采用一个巧妙的办法把它表述出来，则既方便记忆，又便于我们发现其中各量之间的联系。对于通电螺线管的极性跟电流方向之间的关系，我们可以用安培定则（Ampere law）来表述：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中___________，则拇指所指的那端就是螺线管的_____极。 电磁铁和电磁继电器 电磁铁：一根条形磁体，它的周围存在着_____。这种磁体是一种永久磁体。永久磁体可以吸引铁钉、曲别 针、钢针等铁磁性材料制作的物体。如果把一根导线绕成螺线管，再在螺线管内插入______，当有电流通过时，它会有____________。这种磁体，在有电流通过时有磁性，没有电流时就______磁性。我们把这种磁体叫做____________。 电磁铁的磁性：电磁铁的线圈匝数一定时，通入的____________，电磁铁的磁性越强；电流一定时，外形相同的螺线管，____________，电磁铁的磁性越强。 电磁继电器：继电器是利用______电压、______电流电路的通断，来间接地控制______电压、______电流电路通断的装置。电磁继电器就是利用电磁铁来控制工作电路的一种______。 电动机和磁生电 电动机 磁场对通电导线的作用：通电导线在磁场中要受到______的作用，力的方向跟___________、_______________都有关系，当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得_____。 电动机的基本构造：电动机由两部分组成：能够转动的______和固定不动的______。在电动机里，能够转动的部分叫做______，固定不动的部分叫做______。电动机工作时，转子在定子中飞快地转动。 换向器：电动机是通过____________来实现电动机的持续转动的。换向器由两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此______。A和B是______，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成____________。这样，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的，线圈就可以不停地转动下去了。 实际的电动机都有____________，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动的过程中受力的方向都能使它朝____________转动。 磁生电 奥斯特发现____________之后，许多科学家都在思索：既然电流能产生磁，那么磁能否产生电呢？英国物理学家______在10年中做了多次探索，1831年终于取得突破，发现了利用磁场产生电流的条件和规律。法拉第的发现，进一步揭示了电现象和磁现象之间的联系。根据这个发现，后来发明了______，使人类大规模用电成为可能，开辟了__________________。 什么情况下磁能生电：闭合电路的一部分导体在磁场中做__________________时，导体中就产生______。这种由于导体在磁场中运动而产生电流的现象叫做____________，产生的电流叫做____________。 发电机：当导线向左运动时，电流表指针偏转，表明电路中产生了电流；当导线向右运动时，电流表指针向另一方向偏转，表明产生了另一方向的电流。如果导线左右往复运动，电流表指针来回摆动，电路中产生的是交变电流，简称______。 交变电流的频率在数值上等于电流在每秒内周期性变化的次数。我国电网以交流供电，频率为______。 在发电机中，用连续转动的线圈代替往复运动的导线。为了把线圈中产生的感应电流输送给用电器，还要用______和电刷把线圈和____________连接起来。 发电机发电的过程是____________的过程。以手摇发电机为例：人吃的食物的化学能转化为摇动转子的动能，发电机又把动能转化为电能。实际的发电机靠内燃机、水轮机、汽轮机等机械的带动，把燃料中的化学能或者水库中水流的动能转化为电能。 实验突破 实验一：测量小灯泡的电功率 实验：测量小灯泡的电功率 【实验目的】测量小灯泡在不同电压下工作的电功率 【实验原理】P=UI 【实验方法】伏安法 【实验器材】电源、开关、导线、小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器 【进行实验与收集证据】 （1）设计电路图并连接实物电路。 （2）检查无误后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为额定电压，记下此时的电流表示数，并观察灯泡发光情况。 （3）断开开关，根据P=UI算出额定功率。 （4）重复实验，测出实际电压小于U额、略大于U额时的电功率。 （5）实验表格： 实验序号 电压U/V 电流I/A 电功率P/W 灯泡亮度 1 2 3 【分析论证】 实验序号 电压U/V 电流I/A 电功率P/W 灯泡亮度 1 2.5 0.32 0.80 正常 2 2.0 0.26 0.52 较暗 3 3.0 0.38 1.14 较亮 （1）当U实=U额，P实=P额，灯泡正常发光。 （2）当U实＜U额，P实<P额,比正常发光暗。 （3）当U实＞U额,P实>P额,比正常发光亮。 （4）不同电压下，小灯泡的功率不同，实际电压越大，小灯泡功率越大。 （5）小灯泡的亮度由小灯泡的实际功率决定，实际功率越大，小灯泡越亮。 【实验结论】 （1）小灯泡的实际功率与实际电压有关：灯泡两端电压越大，电功率越大。 （2）小灯泡亮度与实际功率有关：小灯泡实际功率越大，发光越亮。 《测量小灯泡的电功率》常考问题： （1）实验目的：______________________________。 （2）实验原理：____________。 （3）滑动变阻器作用：①________________________；②____________。 （4）连接电路前，开关应______；闭合开关前，______________________________。 （5）器材选择要求：①________________________，如测2.5V小灯泡额定功率，电源至少由两节干电池串联组成；②______________________________，如2.5V灯泡，就选0—3V的量程；3.8V小灯泡，就选0—15V的量程；③电流表量程都选0—0.6A的量程。 （6）测灯泡额定功率时，如只知道额定电压的灯泡（如2.5V），移动滑动变阻器滑片时，眼睛要____________，直到电压表示数为额定电压（如2.5V）时，灯泡才叫正常发光，再记下相应电流值，带入公式计算的就是灯泡的额定功率。（如只知道的是额定电流，那就____________示数达到额定电流时，再记下相应电压表示数。） （7）本实验采用多次测量是__________________：如①灯泡的实际电压越大，实际功率越大；②__________________________________________；等。 （8）灯泡两端实际电压变化，则实际功率变化，所以______________________________。 （9）电源电压为6V，在测3.8V小灯泡额定功率时，若电压表0—15V的量程坏了，可以____________ ________________________________________________。 （10）实验结论：①________________________。 ②__________________________________________。 ③__________________________________________。 ___________________________________________________________________________________。 （11）实验分析：小灯泡的U-I图像不是直线（或不同电压下小灯泡电阻不同）的原因：______ ________________________。 （12）多次实验目的：__________________________________________________________________。 （13）伏安法测电阻和伏安法测电功率的异同点： 相同点：________________________________________________________________________。 不同点：①________________________________________________________________________； ②__________________________________________________________________________________。 实验二：探究电流产生的热量与哪些因素有关 实验：探究电流产生的热量与哪些因素有关 【实验目的】探究影响电流通过导体产生的热量的多少与哪些因素关系 【实验原理】电热丝通电发热，温度升高，把热量传递给煤油；煤油吸收热量，内能增大，温度升高，故温度计实数上升。所以，通过比较温度计升高的温度来反映电热丝产生热量多少。 【实验器材】电源、开关、导线、组织不同的两段电阻丝、电流表、滑动变阻器、温度计、煤油、天平、两个烧瓶（带橡胶塞）等。 【进行实验与收集证据】 （1）如图所示，将两根阻值不同的电阻丝串联接入电路。闭合开关，通电一段时间后，观察U形管中液面高度差的变化； （2）如图所示，在右方密闭容器内外并联两根5Ω的电阻丝，目的是改变通过该容器内电阻丝的电流大小，通电一段时间后，观察U形管中液面高度差的变化； 实验次数 电流关系 电阻大小/Ω 通电时间关系 U形管中液面高度差△h 左 右 左 右 左 右 左 右 1 2 【分析论证】 实验次数 电流关系 电阻大小/Ω 通电时间关系 U形管中液面高度差△h 左 右 左 右 左 右 左 右 1 相等 5 10 相等 小 大 2 大 小 5 5 相等 大 小 （1）在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多。 （2）在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，电阻产生的热量越多。 （3）在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多。 【实验结论】 电流越大，电阻越大，通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。 【交流讨论】 在理想情况下，图1中左侧U形管中液面高度差事右侧U形管中液面高度差的一半；图2中左侧U形管中液面高度差事右侧U形管中液面高度差的4倍（可由焦耳定律推导） 【实验方法】 转换法：通过U 形管两边液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，从而反映电流通过电阻产生热量的多少。 控制变量法：实验操作(1)是通过串联保证电流相同；实验操作(2)中，左边容器内电阻丝中电流是右边容器内电阻丝中电流的2倍，探究电热与电流的关系。 《探究电流产生的热量与哪些因素有关》常考问题： （1）实验目的：__________________________________________。 （2）实验原理：________________________________________________。 （3）实验方法：____________、____________。 ①转化法：________________________________________________________________________。 ②控制变量法： a.探究电流产生的热量与电阻的关系：控制通过电热丝的电流和通电时间相同，____________，观察U形管两侧液面的高度差； b.探究电流产生的热量与电流的关系：控制电热丝的电阻和通电时间相同，__________________，观察U形管两侧液面的高度差； c.探究电流产生的热量与通电时间的关系：控制电热丝的电阻和通过电热丝的电流相同，______ __________________，观察前后量程U形管液面的高度差。 （4）实验步骤：①如下图所示，两容器中电阻丝阻值不同，通过它们的电流相等，通电时间相同，右边U形管中的液面高于左边U形管中的液面，说明右边容器中电阻丝产生的热量多。这表明：______ ____________________________________。 ②如下图所示，两容器中电阻丝的阻值相同，根据串、并联电路中电流的规律可知，通过左边容器中电阻丝的电流大于通过右边容器中电阻丝的电流，通电时间相同，左边U形管中的液面高于右边U形管中的液面，说明左侧容器中的电阻丝产生的热量多。这表明：__________________________________ ____________________________________。 ③由常识可知，在电流、电阻相同的情况下，通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多。 （5）实验结论：__________________________________________________________________。（准确描述出实验结论） （6）改进创新： 其他实验装置，如图所示： ①被加热的物质选用煤油或空气的原因：____________________________________。 ②利用____________________________________反映电阻丝产生热量的多少； ③实验异常现象分析，通电一段时间后，U形管两侧液面高度差为零：________________________。 实验三：探究产生感应电流的条件 实验：探究产生感应电流的条件 【实验目的】探究产生感应电流的条件 【实验原理】电磁感应原理 【实验器材】直导线、开关、灵敏电流计、蹄形磁体、铁架台 【进行实验与收集证据】 （1）实验装置如图所示。 （2）将用细导线悬挂的导体放入蹄形磁体中，闭合开关，导体与磁场相对静止，观察电流计的指针是否偏转，并记录到表格中。 （3）让导体左右切割磁感线运动，观察电流计的指针是否偏转，并记录到表格中。 （4）让导体上下平行于磁感线运动，观察电流计的指针是否偏转，并记录到表格中。 （5）让导体斜着切割磁感线运动，观察电流计的指针是否偏转，并记录到表格中。 操作 电流表指针 保持导体与磁场相对静止 不偏转 使导体做切割磁感线运动（左右运动） 偏转 使导体沿平行磁感线方向运动（上下运动） 不偏转 使导体做切割磁感线运动（斜着运动） 偏转 （6）磁铁左右运动，观察电流计的指针是否偏转，并记录到表格中； （7）磁铁上下运动，观察电流计的指针是否偏转，并记录到表格中。 （8）整理实验器材； 磁极位置 导体运动方向 电流表指针偏转方向 N上、S下 向右运动 向左 向左运动 向右 S上、N下 向右运动 向右 向左运动 向左 【分析论证】 （1）由导体在蹄形磁体内运动的数据分析可知： 操作 电流表指针 保持导体与磁场相对静止 不偏转 使导体做切割磁感线运动（左右运动） 偏转 使导体沿平行磁感线方向运动（上下运动） 不偏转 使导体做切割磁感线运动（斜着运动） 偏转 ①闭合开关，导体与磁场相对静止，电流计指针不偏转，说明没有电流产生； ②闭合开关，让导体做左右切割磁感线运动，电流计指针偏转，说明产生电流； ③闭合开关，让导体沿平行磁感线上下运动，电流计指针不偏转，说明没有电流产生； ④闭合开关，让导体斜着切割磁感线运动，电流计指针偏转，说明产生电流。 （2）由磁场方向改变的数据分析可知： 磁极位置 导体运动方向 电流表指针偏转方向 N上、S下 向右运动 向左 向左运动 向右 S上、N下 向右运动 向右 向左运动 向左 ①只改变磁场方向时，电流表的偏转方向改变。 ②只改变导体运动方向时，电流表的偏转方向改变。 【实验结论】 （1）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。 （2）感应电流的方向与磁场方向、导体运动方向有关。 《探究产生感应电流的条件》常考问题： （1）实验原理：____________。 （2）实验方法 ①转换法：通过________________________来判断感应电流的产生。 ②控制变量法： 控制导体运动方向不变，改变____________，观察灵敏电流计指针的偏转方向。 控制磁场方向不变，改变__________________，观察灵敏电流计指针的偏转方向。 （3）根据实验现象，分析总结________________________。 （4）导体在磁场中运动时，电流计指针不偏转的原因： ______________________________________________________________________________。 （5）要使电流计指针偏转明显可采取的措施：__________________；________________________；__________________________________________；____________________________________等。 （6）实验结论： ______电路的部分导体在磁场中做__________________运动时，电路中产生感应电流，电流的方向与______________________________有关。 （7）实验中能量的转化：__________________。重要的应用是____________。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题03 电能与电功率 电磁转换 考点要求 课标要求 1. 电能与电能表 ✅ 3.4.7 了解电能的来源与应用；认识电能表功能，会读示数，理解核心参数的物理意义 2. 电功与电功率 ✅ 3.4.7 理解电功、电功率的定义与物理意义；掌握、等核心公式，能完成单位换算与简单计算 3. 额定功率与实际功率 ✅ 3.4.7 区分额定/实际电压、功率；能结合电路规律分析两者关系并计算 4. 焦耳定律 ✅ 3.4.8 理解焦耳定律的内容与适用条件；掌握及变形式，能解释电热现象并计算 5. 电流的磁场 ✅ 3.5.1 认识奥斯特实验及意义；掌握安培定则，能判断通电螺线管磁极与电流方向的关系 6. 电磁铁与电磁继电器 ✅ 3.5.1 了解电磁铁的构造与原理；知道磁性强弱的影响因素；理解电磁继电器的工作过程及应用 7. 电动机与发电机 ✅ 3.5.2 理解电动机的原理（通电导体在磁场中受力）与能量转化；了解发电机的原理（电磁感应）与能量转化；能区分两者核心差异 1．题型分布：覆盖选择题（15%~20%）、填空题（20%~25%）、作图题（10%）、实验探究题（25%~30%）、综合计算题（15%~20%），是期末电学压轴专题，占总分值40%~50%，直接影响物理成绩的层级。 高频考点（期末重点抓这些！）：电能表读数与参数计算（如“3000r/(kW·h)”的应用）、电功与电功率的公式综合计算； 额定功率与实际功率的区分（结合灯泡亮度变化分析）、焦耳定律在电热器中的应用； 安培定则的应用（判断螺线管磁极、电流方向）、电磁铁磁性强弱的影响因素； 电磁继电器的电路分析（控制电路与工作电路区分）、电动机与发电机的原理及能量转化判断。 期末命题特点：基础题“送分明显”：侧重概念记忆与直接应用，如电能表读数、电功率单位换算、磁极相互作用，题干简洁，认真审题就能拿分； 中档题“公式+电路”结合：如结合串并联电路规律计算电功、用安培定则推导螺线管磁极、分析滑片移动对实际功率的影响，需灵活运用公式； 实验题“聚焦方法”：以“伏安法测小灯泡电功率”“探究电磁铁磁性强弱”“探究焦耳定律”为主，重点考控制变量法、转换法的表述及误差分析； 综合题“串联考点”：多为“电功率+电路动态分析”“电热计算+能量守恒”的组合，拆分步骤、逐个突破是关键； 情境“贴近生活”：如家用电器功率估算（电饭煲800W、台灯20W）、电能表月度电费计算、电磁铁水位报警器，结合生活经验更易理解。 易错点警示（这些“坑”别踩！）：混淆“电功”（消耗电能的多少，单位J/kW·h）与“电功率”（消耗电能的快慢，单位W/kW）； 误用额定功率计算实际电路（如直接用P额求实际电流），忽略“电阻不变”的前提； 非纯电阻电路（如电动机）中乱用W=I²Rt、P=I²R（仅Q=I²Rt成立，W>Q）； 安培定则应用时，忽略螺线管绕线方式（从左端或右端绕线，四指弯曲方向不同）； 混淆电动机（有电源，电能→机械能）与发电机（无电源，机械能→电能）的核心区别。 选择题 1．概念辨析类：抓“本质差异”——电功是“消耗电能的总量”（如“一个月用了50度电”），电功率是“消耗电能的快慢”（如“100W灯泡比50W亮，耗电更快”）；电动机与发电机看“有无电源”，有电源是电动机，无电源是发电机。 公式应用类：“知条件选公式”——① 知U、I、t求电功，用（通用）；② 知I、R、t求电热，用（通用）；③ 纯电阻电路求功率，优先选已知量直接对应的公式（如知U、I用，知U、R用）。 电路分析类：“先简化，再用规律”——电流表当短路、电压表当开路，判断串并联；串联电路P与R成正比（），并联电路P与R成反比（），用比例关系快速算。 电磁转换类：“两步判断法”——① 电生磁（奥斯特实验、螺线管、电磁铁）：看“是否通电”，通电就有磁场；② 磁生电（电磁感应、发电机）：看“是否切割”，导体切割磁感线且电路闭合才生电。 填空题 单位换算技巧：记准“核心关系”，避开小数点错误（易错点！）：电能：（“度”转“焦”乘，反之除以）； 功率：，； 电流/电压：，。 额定与实际功率计算：“先求电阻，再算实际”（黄金步骤！）——① 由得（电阻视为定值）；② 用或（电压与功率成平方关系，高频考点）。 安培定则应用：“手形对应法”——① 握螺线管：四指弯向=电流方向；② 拇指指向=N极；③ 已知磁极画电流：拇指对N极，四指弯向即电流方向，结合绕线标箭头。 作图题 通电螺线管作图：标磁极：用安培定则结合电流方向/已知磁极，在螺线管两端标N、S极； 画电流方向：已知磁极时，拇指指N极，四指弯向为螺线管电流方向，导线末端标箭头（关键：绕线方向——左端正面绕入，电流从左端进；右端正面绕入，电流从右端进）； 补电源：电流从正极流出，结合导线电流方向，确定正负极（流出端为正，流入端为负）。 电磁继电器电路作图：分电路：明确“控制电路”（低电压，含电磁铁、电源、开关）和“工作电路”（高电压，含用电器、触点、电源）； 连触点：常态断开为“常开触点”，闭合为“常闭触点”；电磁铁吸合时，衔铁带动触点反转（常开变闭，常闭变断）； 标状态：旁注“通电/断电时工作状态”（如“通电红灯亮，断电绿灯亮”）。 实验探究题 伏安法测小灯泡电功率（核心实验）：实验原理：（区别于伏安法测电阻的，记准！）； 操作要点：① 滑动变阻器“一上一下”，闭合开关前滑片移至最大阻值处（保护电路，必考点）；② 测额定功率时，调滑片使电压表示数=灯泡额定电压（如2.5V），记电流； 数据处理：多次测量是为“探究实际功率与电压的关系”，不是求平均值（灯泡电阻随温度变，非定值）； 误差分析：① 灯不亮、电流表无示数、电压表有示数→灯断路；② 灯特亮、电流过大→滑动变阻器接成“两下”（电阻为0）或滑片在最小处。 探究电磁铁磁性强弱的影响因素：控制变量：① 电流影响（保匝数、铁芯不变，调滑动变阻器）；② 匝数影响（保电流、铁芯不变，换螺线管）； 转换法：用“吸引大头针数量”反映磁性强弱（数量多→磁性强）； 结论表述：“在××一定时，××越大，磁性越强”（必须体现控制变量，否则扣分）。 综合应用题 步骤拆分法：如“电能表+电功率计算”——① 算电能W=月末数-月初数（单位kW·h）；② 统一时间t（小时）；③ 求功率P=W/t（kW转W）；④ 用P=UI求电流/电阻。 动态电路分析步骤：“电阻→总电阻→总电流→分电压→功率”——① 判滑动变阻器阻值变化（靠下接线柱越近，电阻越小）；② 算总电阻（串：；并：）；③ 用欧姆定律求总电流；④ 用串并联电压规律求分电压；⑤ 用算功率变化。 能量转化计算：明“流向”——① 电动机：（）；② 电热器（纯电阻）：（）；③ 发电机：（忽略损耗则）。 电能 电功 电能 各种各样的发电厂，如火力、水力、风力发电厂，以及各种各样的电池，它们把不同形式的能转化为电能（electric energy），供人们使用。 电能：每个家庭都用电。我们使用的电主要由电网提供，不同家庭用电的多少不同。同学们一定常听父母说，上个月家里用了多少“度”电。这里说的“度”，就是电能的单位，它的学名叫做千瓦时，符号是kW · h。 在物理学中，常用的能量单位是焦耳。1 千瓦时比1 焦耳大得多。它们之间的关系是 1 kW · h = 1×103 W×3 600 s = 3.6×106 J 电能的计量：用电器在一段时间内消耗的电能，可以通过电能表（也叫电度表）计量出来。用电时，电能表中间的铝质圆盘转动，圆盘上方的数字以千瓦时为单位来显示已经用去的电能。 电能表上显示的数字是表从开始记数到读数为止用去的电能。为了计量一段时间内消耗的电能，必须记录这段时间起始和结束时电能表上计数器的示数。前后两次示数之差，就是这段时间内用电的度数。例如，家中电能表在月初的示数是3 246.8 kW · h，月底的示数是3 265.4 kW · h，这个月家里用电就是18.6 kW · h 。 电功 电功：电能可以转化成多种其他形式的能量。电能转化为其他形式的能的过程也可以说是电流做功的过程，有多少电能发生了转化就说电流做了多少功，即电功（electric work）是多少。 电功的计算：电流做功的多少跟电流的大小、电压的高低、通电时间的长短都有关系。加在用电器上的电压越高、通过的电流越大、通电时间越长，电流做功越多。研究表明，当电路两端的电压为U ，电路中的电流为 I ，通电时间为t 时，电功W（或者说消耗的电能）为 W=UIt 电功率 电功率 在物理学中，用电功率（electric power）表示电流做功的快慢。电功率用P表示，它的单位是瓦特（watt），简称瓦，符号是W。 工农业中使用的用电器功率往往很大，这时就要用更大的单位——千瓦来表示。千瓦的符号是kW，它跟瓦的关系是 1 kW =103 W 有时也需要用比瓦小的单位——毫瓦来表示功率。毫瓦的符号是mW，它跟瓦的关系是 1 W = 103 mW 农田灌溉时用来带动水泵的电动机，功率大约在几千瓦到几十千瓦之间。大型发电站的发电功率可达一百万千瓦以上。发光二极管的功率约为50 mW。 用电器的电功率 天河一号巨型计算 4.04×106W 液晶电视机 约100W 家用空凋 约1000W 排风扇 约20W 吸尘器 约800W 手电筒 约0.5W 电吹风 约500W 计算器 约0.5mW 台式计算机 约200W 电子表 约0.01mW 作为表示电流做功快慢的物理量，电功率等于电功与时间之比。如果电功用W表示，完成这些电功所用的时间用t表示，电功率用P表示，则 将上节电功W = UIt 代入上式得 P = UI “千瓦时”的来历 将公式变形后，可得到W = Pt，W 是 t这段时间电流通过用电器所做的功，也是用电器消耗的电能，式中W、P、t 的单位分别是焦、瓦、秒。 如果P 和 t 的单位分别用千瓦、小时，那么它们相乘之后，就得到电能的另一个单位——千瓦时（度）。1 千瓦时可以看做电功率为1 kW的用电器使用1 h 所消耗的电能。 额定电压、额定功率和电功率的测量 用电器正常工作时的电压叫做额定电压（rated voltage），用电器在额定电压下工作时的电功率叫做额定功率（rated power）。 节能灯上标着“220 V 24 W”，表示额定电压是220 V，额定功率是24 W。电熨斗上标着“220 V 500 W”，表示额定电压是220 V，额定功率是500 W。其他用电器的铭牌上也标着额定电压和额定功率。 我们使用各种用电器一定要注意它的额定电压，只有在额定电压下用电器才能正常工作。实际电压偏低，用电器的电功率低，不能正常工作。实际电压偏高，有可能损坏用电器。 测量电功率可以使用专用的功率表，但是在非专业的实验中，常常通过电流和电压的测量来间接得知用电器的电功率。由电功率公式P = UI可以看出，测量出用电器两端的电压和通过用电器的电流，就可以知道用电器实际的电功率。 测量小灯泡的电功率 在这个实验中，我们将用滑动变阻器控制电路，分别测量以下三种情况下小灯泡的实际功率。 （1）使小灯泡两端的电压等于额定电压，观察小灯泡的亮度，测量它的电功率，这是它的额定功率。 （2）使小灯泡两端的电压低于额定电压，观察小灯泡的亮度，测量它实际的电功率。 （3）使小灯泡两端的电压约为额定电压（标在灯口上）的1.2 倍，观察小灯泡的亮度，测量它实际的电功率。 实验 测量小灯泡的电功率 1. 根据实验的要求，请你自己设计电路，并画出实验电路图。 为了控制小灯泡的电功率，可以用滑动变阻器与小灯泡串联，从而控制小灯泡两端的电压。电流 表和电压表应该分别连在什么位置？ 所用小灯泡的额定电压是多少？为了不使电压过多地超过额定电压，实验中电源两端电压应该是 多少？用几节干电池串联供电？ 实验中要测量哪些物理量？画出实验记录表。 2. 检查所给的器材是否够用，是否合乎要求。然后连接电路，进行实验。在连接电路时，应该把滑动变阻器的哪两个接线柱连入电路？闭合开关前，滑动变阻器的滑片要放在什么位置？ 电流表和电压表正、负接线柱（或红、黑接线柱）的连接是否正确？估计电路中电流和电压的大小，选择合适的量程。 接好电路后，同组的同学各检查一次，保证无误后再做实验。 3. 把实验数据记录在表格里。 怎样通过测量数据计算灯泡的电功率？小灯泡的额定功率是多少？当灯泡两端的电压比额定电压高和比额定电压低时，它的实际功率各是多少？ 焦耳定律 电流的热效应 生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。 实验表明，在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。，在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 焦耳定律 英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840 年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系： 电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。这个规律叫做焦耳定律（Joule law）。 如果热量用Q表示，电流用I 表示，电阻用R表示，时间用t 表示，则焦耳定律为 Q = I2Rt 电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即Q = W = UIt。再根据欧姆定律U = IR，就得到Q = I2Rt。 可见，在消耗的电能全部用来产生热量的情况下，根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来的结论与焦耳定律一致。 电炉通过导线接到电路中，流过导线的电流全部流过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。通过前面的学习我们已经知道，导线的电阻很小，1 m长的电线，电阻不过百分之几欧姆，而电炉丝的电阻可达几十欧姆到上百欧姆。所以，当通过的电流相等时，电炉丝很热，而导线却不热。 电热的利用和防止 生活中和许多产业中都要用到电热。家里的电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场的电热孵化器，都是利用电热的例子。 但是，很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。电视机的后盖有很多孔，就是为了通风散热，使用时一定要把防尘的布罩拿开。电脑运行时温度会升高，需要用微型风扇及时散热。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。 磁现象和磁场 磁现象：磁体能够吸引铁、钴、镍等物质。它的吸引能力最强的两个部位叫做磁极（magnetic pole）。能够自由转动的磁体，例如悬吊着的磁针，静止时指南的那个磁极叫做南极（south pole）或S极， 指北的那个磁极叫做北极（north pole）或N极。磁极间相互作用的规律是：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。一些物体在磁体或电流的作用下会获得磁性，这种现象叫做磁化（magnetization）。 磁场和磁感线：如果把磁针拿到一个磁体附近，它会发生偏转。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，我们把它叫做磁场（magnetic field）。 在条形磁体周围的不同地方，小磁针静止时指示着不同的方向。物理学中把小磁针静止时北极所指的方向规定为该点磁场的方向。为了形象地描述磁场，可以在磁体周围放许多小磁针，这些小磁针在磁场的作用下会排列起来，这我们把小磁针在磁场中的排列情况，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）。 在磁体外部放置越多、越小的磁针，就能越清楚地看出磁场的分布情况。在蹄形磁体上面放一块有机玻璃，玻璃上撒一层铁屑。轻轻敲打玻璃，可以看到小铁屑有规则地排列起来。这是因为撒在磁体周围的每个小铁屑都被磁化，相当于一个个小磁针，小磁针在磁体周围磁场的作用下有规则地排列，磁场的分布情况也被形象地显示出来。用磁感线描述的条形磁体和蹄形磁体的磁场。从图上可以看出，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极的。样我们就能知道磁体周围各点的磁场方向了。 地磁场：能水平转动的磁针就是指南针。拿来几只小磁针放在桌面上，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。这说明，地球周围存在着磁场——地磁场。 在地球表面及空中的不同位置测量地磁场的方向，可以画出地磁场的磁感线。地磁场的形状跟条形磁体的磁场相似。不过，地理的两极和地磁场的两极并不重合，磁针所指的南北方向与地理的南北方向略有偏离。 世界上最早记述这一现象的人是我国宋代学者沈括（1031—1095），这个发现比西方早了400 多年。 电生磁、电磁铁和电磁继电器 电生磁 电流的磁效应：丹麦物理学家奥斯特（Hans Christian Oersted, 1777—1851）。于1820 年，在课堂上做实验时终于发现：当导线中通过电流时，它下方的磁针发生了偏转。这个发现令奥斯特极为兴奋，他怀着极大的兴趣又继续做了许多实验，终于证实电流的周围存在着磁场，在世界上第一个发现了电与磁之间的联系。 通电导线和磁体一样，周围存在磁场，即电流的磁场。实验还表明，当电路中的电流反向时，磁针的偏转方向也相反。这说明电流的磁场方向跟电流的方向有关。通电导线周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。 通电螺线管的磁场：把导线绕在圆筒上，做成螺线管（也叫线圈），各圈导线产生的磁场叠加在一起，磁场就会强得多。 安培定则：实验结果表明，通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场一样。通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极，它们的极性可以从实验中小磁针的指向来确定。改变电流方向，通电螺线管的N、S 极正好对调，这说明，通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。 在发现一个物理规律后，如果能够采用一个巧妙的办法把它表述出来，则既方便记忆，又便于我们发现其中各量之间的联系。对于通电螺线管的极性跟电流方向之间的关系，我们可以用安培定则（Ampere law）来表述：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则拇指所指的那端就是螺线管的N极。 电磁铁和电磁继电器 电磁铁：一根条形磁体，它的周围存在着磁场。这种磁体是一种永久磁体。永久磁体可以吸引铁钉、曲别 针、钢针等铁磁性材料制作的物体。如果把一根导线绕成螺线管，再在螺线管内插入铁芯，当有电流通过时，它会有较强的磁性。这种磁体，在有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性。我们把这种磁体叫做电磁铁（electromagnet）。 电磁铁的磁性：电磁铁的线圈匝数一定时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越强；电流一定时，外形相同的螺线管，匝数越多，电磁铁的磁性越强。 电磁继电器：继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置。电磁继电器就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。 电动机和磁生电 电动机 磁场对通电导线的作用：通电导线在磁场中要受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁感线的方向都有关系，当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反。 电动机的基本构造：电动机由两部分组成：能够转动的线圈和固定不动的磁体。在电动机里，能够转动的部分叫做转子，固定不动的部分叫做定子。电动机工作时，转子在定子中飞快地转动。 换向器：电动机是通过换向器来实现电动机的持续转动的。换向器由两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。这样，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的，线圈就可以不停地转动下去了。 实际的电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动的过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。 磁生电 奥斯特发现电流的磁效应之后，许多科学家都在思索：既然电流能产生磁，那么磁能否产生电呢？英国物理学家法拉第在10年中做了多次探索，1831年终于取得突破，发现了利用磁场产生电流的条件和规律。法拉第的发现，进一步揭示了电现象和磁现象之间的联系。根据这个发现，后来发明了发电机，使人类大规模用电成为可能，开辟了电气化的时代。 什么情况下磁能生电：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。这种由于导体在磁场中运动而产生电流的现象叫做电磁感应（electromagnetic induction），产生的电流叫做感应电流（induction current）。 发电机：当导线向左运动时，电流表指针偏转，表明电路中产生了电流；当导线向右运动时，电流表指针向另一方向偏转，表明产生了另一方向的电流。如果导线左右往复运动，电流表指针来回摆动，电路中产生的是交变电流，简称交流。 交变电流的频率在数值上等于电流在每秒内周期性变化的次数。我国电网以交流供电，频率为50 Hz。 在发电机中，用连续转动的线圈代替往复运动的导线。为了把线圈中产生的感应电流输送给用电器，还要用铜环和电刷把线圈和用电器连接起来。 发电机发电的过程是能量转化的过程。以手摇发电机为例：人吃的食物的化学能转化为摇动转子的动能，发电机又把动能转化为电能。实际的发电机靠内燃机、水轮机、汽轮机等机械的带动，把燃料中的化学能或者水库中水流的动能转化为电能。 实验突破 实验一：测量小灯泡的电功率 实验：测量小灯泡的电功率 【实验目的】测量小灯泡在不同电压下工作的电功率 【实验原理】P=UI 【实验方法】伏安法 【实验器材】电源、开关、导线、小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器 【进行实验与收集证据】 （1）设计电路图并连接实物电路。 （2）检查无误后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为额定电压，记下此时的电流表示数，并观察灯泡发光情况。 （3）断开开关，根据P=UI算出额定功率。 （4）重复实验，测出实际电压小于U额、略大于U额时的电功率。 （5）实验表格： 实验序号 电压U/V 电流I/A 电功率P/W 灯泡亮度 1 2 3 【分析论证】 实验序号 电压U/V 电流I/A 电功率P/W 灯泡亮度 1 2.5 0.32 0.80 正常 2 2.0 0.26 0.52 较暗 3 3.0 0.38 1.14 较亮 （1）当U实=U额，P实=P额，灯泡正常发光。 （2）当U实＜U额，P实<P额,比正常发光暗。 （3）当U实＞U额,P实>P额,比正常发光亮。 （4）不同电压下，小灯泡的功率不同，实际电压越大，小灯泡功率越大。 （5）小灯泡的亮度由小灯泡的实际功率决定，实际功率越大，小灯泡越亮。 【实验结论】 （1）小灯泡的实际功率与实际电压有关：灯泡两端电压越大，电功率越大。 （2）小灯泡亮度与实际功率有关：小灯泡实际功率越大，发光越亮。 《测量小灯泡的电功率》常考问题： （1）实验目的：测定小灯泡额定功率和实际功率。 （2）实验原理：。 （3）滑动变阻器作用：①改变灯泡两端电压；②保护电路。 （4）连接电路前，开关应断开；闭合开关前，滑动变阻器应滑动到阻值最大处。 （5）器材选择要求：①电源电压略大于灯泡的额定电压，如测2.5V小灯泡额定功率，电源至少由两节干电池串联组成；②电压表量程根据被测灯泡额定电压选择，如2.5V灯泡，就选0—3V的量程；3.8V小灯泡，就选0—15V的量程；③电流表量程都选0—0.6A的量程。 （6）测灯泡额定功率时，如只知道额定电压的灯泡（如2.5V），移动滑动变阻器滑片时，眼睛要注视电压表，直到电压表示数为额定电压（如2.5V）时，灯泡才叫正常发光，再记下相应电流值，带入公式计算的就是灯泡的额定功率。（如只知道的是额定电流，那就注视电流表示数达到额定电流时，再记下相应电压表示数。） （7）本实验采用多次测量是寻找普遍规律：如①灯泡的实际电压越大，实际功率越大；②灯泡亮度取决实际功率；等。 （8）灯泡两端实际电压变化，则实际功率变化，所以灯泡不能采用平均值计算电功率。 （9）电源电压为6V，在测3.8V小灯泡额定功率时，若电压表0—15V的量程坏了，可以把电压表并联在滑动变阻器两端，调节滑片，使电压表示数为2.2V。 （10）实验结论：①当U实=U额，P实=P额，灯泡正常发光。 ②当U实＜U额，P实<P额,比正常发光暗。 ③当U实＞U额,P实>P额,比正常发光亮。 不同电压下，小灯泡的实际功率不同，实际电压越大，小灯泡实际功率越大。小灯泡的亮度由小灯泡的实际功率决定，实际功率越大，小灯泡越亮。 （11）实验分析：小灯泡的U-I图像不是直线（或不同电压下小灯泡电阻不同）的原因：灯丝电阻随温度的升高而增大。 （12）多次实验目的：多次测量的目的是为了研究小灯泡的亮度（或电功率）与小灯泡两端电压的关系。 （13）伏安法测电阻和伏安法测电功率的异同点： 相同点：①实验电路相同；②实验方法相同，都是伏安法。③测量的物理量相同，都是测量电流和电压。 不同点：①实验原理不同，测电阻的实验原理是，测电功率的实验原理是； ②实验数据处理方式不同，测电阻中，处理数据，多次测量求平均值减小实验误差；而测电功率的实验中多次实验是寻找不同电压下的实际电功率雨灯泡亮度之间关系。 实验二：探究电流产生的热量与哪些因素有关 实验：探究电流产生的热量与哪些因素有关 【实验目的】探究影响电流通过导体产生的热量的多少与哪些因素关系 【实验原理】电热丝通电发热，温度升高，把热量传递给煤油；煤油吸收热量，内能增大，温度升高，故温度计实数上升。所以，通过比较温度计升高的温度来反映电热丝产生热量多少。 【实验器材】电源、开关、导线、组织不同的两段电阻丝、电流表、滑动变阻器、温度计、煤油、天平、两个烧瓶（带橡胶塞）等。 【进行实验与收集证据】 （1）如图所示，将两根阻值不同的电阻丝串联接入电路。闭合开关，通电一段时间后，观察U形管中液面高度差的变化； （2）如图所示，在右方密闭容器内外并联两根5Ω的电阻丝，目的是改变通过该容器内电阻丝的电流大小，通电一段时间后，观察U形管中液面高度差的变化； 实验次数 电流关系 电阻大小/Ω 通电时间关系 U形管中液面高度差△h 左 右 左 右 左 右 左 右 1 2 【分析论证】 实验次数 电流关系 电阻大小/Ω 通电时间关系 U形管中液面高度差△h 左 右 左 右 左 右 左 右 1 相等 5 10 相等 小 大 2 大 小 5 5 相等 大 小 （1）在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多。 （2）在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，电阻产生的热量越多。 （3）在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多。 【实验结论】 电流越大，电阻越大，通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。 【交流讨论】 在理想情况下，图1中左侧U形管中液面高度差事右侧U形管中液面高度差的一半；图2中左侧U形管中液面高度差事右侧U形管中液面高度差的4倍（可由焦耳定律推导） 【实验方法】 转换法：通过U 形管两边液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，从而反映电流通过电阻产生热量的多少。 控制变量法：实验操作(1)是通过串联保证电流相同；实验操作(2)中，左边容器内电阻丝中电流是右边容器内电阻丝中电流的2倍，探究电热与电流的关系。 《探究电流产生的热量与哪些因素有关》常考问题： （1）实验目的：通过实验得出电流通过导体产生热量的多少与电流大小、导体的电阻大小、通电时间长短有关。 （2）实验原理：通过U形管中液面的高度差来反映电热丝产生热量的多少。 （3）实验方法：转化法、控制变量法。 ①转化法：通过U形管中液面的高度差来反映电热丝产生热量的多少。 ②控制变量法： a.探究电流产生的热量与电阻的关系：控制通过电热丝的电流和通电时间相同，改变电热丝的阻值，观察U形管两侧液面的高度差； b.探究电流产生的热量与电流的关系：控制电热丝的电阻和通电时间相同，改变通过电热丝的电流，观察U形管两侧液面的高度差； c.探究电流产生的热量与通电时间的关系：控制电热丝的电阻和通过电热丝的电流相同，改变通电时间的长短，观察前后量程U形管液面的高度差。 （4）实验步骤：①如下图所示，两容器中电阻丝阻值不同，通过它们的电流相等，通电时间相同，右边U形管中的液面高于左边U形管中的液面，说明右边容器中电阻丝产生的热量多。这表明：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电阻产生的热量越多。 ②如下图所示，两容器中电阻丝的阻值相同，根据串、并联电路中电流的规律可知，通过左边容器中电阻丝的电流大于通过右边容器中电阻丝的电流，通电时间相同，左边U形管中的液面高于右边U形管中的液面，说明左侧容器中的电阻丝产生的热量多。这表明：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 ③由常识可知，在电流、电阻相同的情况下，通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多。 （5）实验结论：电流通过导体产生的热量跟导体的电阻、通过导体的电流和通电时间有关，导体的电阻越大、通过导体的电流越大、通电时间越长，产生的热量就越多。（准确描述出实验结论） （6）改进创新： 其他实验装置，如图所示： ①被加热的物质选用煤油或空气的原因：a.不导电，对实验结果影响小；b.比热容小，实验现象明显。 ②利用温度计示数的变化或U形管中液面高度差反映电阻丝产生热量的多少； ③实验异常现象分析，通电一段时间后，U形管两侧液面高度差为零：可能是电阻丝短路或断路。 实验三：探究产生感应电流的条件 实验：探究产生感应电流的条件 【实验目的】探究产生感应电流的条件 【实验原理】电磁感应原理 【实验器材】直导线、开关、灵敏电流计、蹄形磁体、铁架台 【进行实验与收集证据】 （1）实验装置如图所示。 （2）将用细导线悬挂的导体放入蹄形磁体中，闭合开关，导体与磁场相对静止，观察电流计的指针是否偏转，并记录到表格中。 （3）让导体左右切割磁感线运动，观察电流计的指针是否偏转，并记录到表格中。 （4）让导体上下平行于磁感线运动，观察电流计的指针是否偏转，并记录到表格中。 （5）让导体斜着切割磁感线运动，观察电流计的指针是否偏转，并记录到表格中。 操作 电流表指针 保持导体与磁场相对静止 不偏转 使导体做切割磁感线运动（左右运动） 偏转 使导体沿平行磁感线方向运动（上下运动） 不偏转 使导体做切割磁感线运动（斜着运动） 偏转 （6）磁铁左右运动，观察电流计的指针是否偏转，并记录到表格中； （7）磁铁上下运动，观察电流计的指针是否偏转，并记录到表格中。 （8）整理实验器材； 磁极位置 导体运动方向 电流表指针偏转方向 N上、S下 向右运动 向左 向左运动 向右 S上、N下 向右运动 向右 向左运动 向左 【分析论证】 （1）由导体在蹄形磁体内运动的数据分析可知： 操作 电流表指针 保持导体与磁场相对静止 不偏转 使导体做切割磁感线运动（左右运动） 偏转 使导体沿平行磁感线方向运动（上下运动） 不偏转 使导体做切割磁感线运动（斜着运动） 偏转 ①闭合开关，导体与磁场相对静止，电流计指针不偏转，说明没有电流产生； ②闭合开关，让导体做左右切割磁感线运动，电流计指针偏转，说明产生电流； ③闭合开关，让导体沿平行磁感线上下运动，电流计指针不偏转，说明没有电流产生； ④闭合开关，让导体斜着切割磁感线运动，电流计指针偏转，说明产生电流。 （2）由磁场方向改变的数据分析可知： 磁极位置 导体运动方向 电流表指针偏转方向 N上、S下 向右运动 向左 向左运动 向右 S上、N下 向右运动 向右 向左运动 向左 ①只改变磁场方向时，电流表的偏转方向改变。 ②只改变导体运动方向时，电流表的偏转方向改变。 【实验结论】 （1）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。 （2）感应电流的方向与磁场方向、导体运动方向有关。 《探究产生感应电流的条件》常考问题： （1）实验原理：电磁感应。 （2）实验方法 ①转换法：通过灵敏电流计的指针是否偏转来判断感应电流的产生。 ②控制变量法： 控制导体运动方向不变，改变磁场方向，观察灵敏电流计指针的偏转方向。 控制磁场方向不变，改变导体运动方向，观察灵敏电流计指针的偏转方向。 （3）根据实验现象，分析总结产生感应电流的条件。 （4）导体在磁场中运动时，电流计指针不偏转的原因： ①没有感应电流产生（导体没有做切割磁感线运动；电路没有闭合）； ②产生的感应电流太小。 （5）要使电流计指针偏转明显可采取的措施：换灵敏度更高的电流计；用多匝数线圈替代单根导体棒；加快导体切割磁感线的速度；换磁性更强的蹄形磁铁等。 （6）实验结论： 闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中产生感应电流，电流的方向与磁场方向和导体运动方向有关。 （7）实验中能量的转化：机械能转化为电能。重要的应用是发电机。 / 学科网（北京）股份有限公司 $