物理9上年级教学课件

九年级物理上册教学课件欢迎开始物理学习之旅！本课程将带领同学们探索力学、电学与热学的奇妙世界，通过理论学习与实验操作相结合，培养科学思维与解决问题的能力第一章力与运动认识力的本质与作用力是物理学中最基本的概念之一，它无处不在，影响着我们生活的方方面面从推动桌子、举起物体到行星运动，力的作用无处不在在本章中，我们将深入研究力的本质、类型以及它们如何影响物体的运动状态通过理解力的概念，我们能够解释许多日常现象为什么物体会下落？为什么汽车需要燃料才能行驶？为什么推动重物比推动轻物需要更大的力？这些问题的答案都蕴含在力学的基本原理中力学是物理学的基础分支，也是我们物理学习的起点牢固掌握力学知识，将为后续学习电学、热学等内容打下坚实基础力的概念与分类123力的定义重力弹力力是物体对物体的相互作用，这种作用可以改变地球对物体的吸引力称为重力重力的大小与物物体因受外力而发生形变后，内部产生的恢复形物体的运动状态（速度大小或方向）或使物体发体的质量成正比，方向垂直向下指向地心重力变的力称为弹力弹力的大小与形变程度有关，生形变力是一个矢量，具有大小和方向是我们最常接触的一种力，它使物体具有重量，方向与形变方向相反弹簧、橡皮筋等弹性物体并导致物体自由落体都能产生弹力重力公式G=mg，其中m为物体质量，g为重力加速度（约

9.8牛顿/千克）45摩擦力支持力两个物体接触表面之间相对运动或具有相对运动趋势时产生的阻碍相对运动的物体受到另一物体支撑时，支撑面对物体的作用力称为支持力支持力的方向力称为摩擦力摩擦力的方向总是与物体相对运动或相对运动趋势的方向相垂直于支撑面，大小等于物体对支撑面的压力例如，桌子对书本的支持力反力的示意图与力的合成力的三要素力的合成与分解力作为一个矢量量，具有三个基本要素当物体同时受到多个力的作用时，这些力的综合效果可以用一个力来代替，这个力称为合大小表示力的强弱，单位是牛顿N力方向表示力的作用方向同方向力的合成合力大小等于各分力大小的作用点力施加于物体的具体位置代数和，方向与分力相同在物理图中，我们通常用带箭头的线段表示反方向力的合成合力大小等于较大力减去较力，线段长度表示力的大小，箭头指向表示力小力，方向与较大力相同的方向，线段起点表示力的作用点不同方向力的合成使用平行四边形法则或三角形法则进行合成力的分解是力的合成的逆过程，即将一个力分解为两个或多个沿不同方向的分力在实际问题中，力的合成与分解是分析物体平衡或运动状态的重要方法例如，分析斜面上物体的运动时，常需要将重力分解为沿斜面方向和垂直于斜面方向的分力；分析多根绳索拉动物体时，需要合成各绳索提供的拉力学生用弹簧测力计测量不同物体的重力实验目的注意事项通过使用弹簧测力计测量不同物体的重力，了解重力与质量的关系，掌握测力计的正确使用方•读取刻度时，视线应与刻度面垂直，避免视差法•测力计不要超出量程范围使用，防止弹簧永久变形实验器材•测量时保持测力计竖直，避免产生额外的力•每次测量后检查测力计的零点是否发生偏移弹簧测力计、各种质量不同的物体（如铁块、木块、石块等）、天平、记录表格实验结论实验步骤通过实验可以发现，物体的重力F与其质量m成正比，比值约为

9.8N/kg，这

1.先使用天平测量各物体的质量m，并记录数据个比值就是重力加速度g这验证了重力公式G=mg

2.正确手持测力计，使刻度面朝向自己，调节零点

3.将物体挂在测力计的挂钩上，保持测力计竖直

4.待指针稳定后，读取刻度值F，记录数据

5.计算重力加速度g=F/m，验证其数值是否接近

9.8N/kg牛顿第一定律（惯性定律）12牛顿第一定律表述惯性的本质一切物体都具有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，除非有外力迫使它改变这种状态这种性质称为惯性惯性是物体本身固有的属性，它反映了物体抵抗运动状态改变的趋势质量越大的物体，惯性越大，改变其运动状态需要的力也越大简单来说物体在没有外力作用时，将保持静止或匀速直线运动状态惯性是物质的基本属性，任何物体都具有惯性，这是物质存在的一种表现形式生活中的惯性现象举例静止到运动汽车突然启动时，乘客身体向后倾；公交车突然启动时，站立乘客身体向后倾斜改变运动方向转弯时杯中的水倾向外侧；飞机转弯时乘客感到被推向外侧运动到静止汽车急刹车时，乘客身体向前倾；跑步的人突然停下时，身体会有向前的趋势惯性定律的重要性牛顿第二定律（加速度定律）牛顿第二定律表述物体的加速度与所受的合外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同用数学公式表示为F=ma或a=F/m其中F表示合外力（单位牛顿N），m表示物体质量（单位千克kg），a表示加速度（单位米/秒²）牛顿第二定律的物理意义牛顿第二定律揭示了力、质量、加速度三者之间的定量关系，表明了力是物体运动状态变化的原因，而加速度是物体运动状态变化的表现这一定律也表明，要改变物体的运动状态（产生加速度），必须施加外力；外力越大，加速度越大；物体质量越大，同样的外力产生的加速度越小实验装置通过测量不同力作用下物体加速度的变化来验证牛顿第二定律质量与加速度的关系实验准备不同质量的物体施加恒定的拉力使用天平测量并准备几个不同质量的小车或物体（例如100g、200g、300g等）使用弹簧测力计或重物通过滑轮施加大小相同的拉力测量加速度分析数据通过测量物体运动一定距离所需的时间，计算出加速度绘制质量与加速度的关系图，验证它们成反比关系m∝1/a牛顿第三定律（作用与反作用）牛顿第三定律表述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，作用在同一直线上，作用于不同物体上基本特征关键理解•作用力与反作用力大小相等•作用力和反作用力不能相互抵消，因为它们作用在不同物体上•作用力与反作用力方向相反•作用力和反作用力是同一种相互作用的两个方面•作用力与反作用力作用在不同物体上•无论物体是否发生运动，牛顿第三定律都成立•作用力与反作用力同时产生，同时消失日常生活中的例子行走原理枪炮后坐人行走时，脚向后推地面（作用力），地面向前推人（反作用力），这个反作用力使人向前运动枪炮发射时，炮弹向前（作用力），枪炮向后（反作用力），造成后坐现象游泳推水气球放气游泳时，手臂向后推水（作用力），水向前推手臂（反作用力），这个反作用力使人向前游动气球放气时，气体向后喷出（作用力），气球向前飞行（反作用力）火箭喷射原理火箭发射是牛顿第三定律最典型的应用火箭发动机将燃料燃烧后产生的高温高压气体向后喷射（作用力），同时气体对火箭产生向前的推力（反作用力），推动火箭向前飞行火箭发射瞬间，展示作用力与反作用力火箭发射的物理过程推力计算火箭发射是牛顿第三定律的完美展示在发射过程中火箭的推力可以用公式表示F=qv•燃料（液氧和煤油等）在燃烧室内燃烧，产生高温高压气体其中这些气体通过喷嘴高速向下喷射（作用力）•F是推力（单位牛顿N）根据牛顿第三定律，气体对火箭产生向上的推力（反作用力）•q是单位时间内喷出气体的质量（质量流量）•当这个推力大于火箭的重力时，火箭开始向上加速•v是气体喷出的相对速度火箭的多级设计火箭推进不依赖于大气，在真空中同样有效，这完全是基于牛顿第三定律的作用与反作用原理为了提高效率，火箭通常采用多级设计当下级燃料耗尽后，该级分离并坠落，减轻了火箭的总质量，使剩余燃料能够产生更大的加速度中国的长征系列火箭正是基于这一原理设计的，实现了高效的太空运载能力摩擦力的种类与影响因素摩擦力的定义影响摩擦力大小的因素接触面的材质和性质摩擦力是两个物体接触表面之间相对运动或具有相对运动趋势时产生的阻碍相对运动的力摩擦力的方向总是与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反摩擦力的种类不同材料之间的摩擦系数不同，表面越粗糙，摩擦力通常越大；表面越光滑，摩擦力通常越小静摩擦力接触面之间的压力当物体在另一物体表面上保持静止状态，但有使其运动趋势的外力作用时产生的摩擦力静摩擦力大小可变，最大不超正压力越大，摩擦力越大，二者成正比关系这就是为什么重物比轻物更难推动过最大静摩擦力接触面积的影响公式f静≤μ静•N（μ静为静摩擦系数，N为正压力）在宏观上，摩擦力与接触面积无关这看似违反直觉，但实验证明，在相同压力下，大小不滑动摩擦力同的接触面产生的摩擦力基本相同当物体在另一物体表面上滑动时产生的摩擦力滑动摩擦力大小基本恒定，且一般小于最大静摩擦力相对运动速度公式f滑=μ滑•N（μ滑为滑动摩擦系数，N为正压力）在一定范围内，滑动摩擦力与相对运动速度基本无关但在高速运动时，摩擦力可能会因速度变化而改变滚动摩擦力物体在另一物体表面上滚动时产生的摩擦力滚动摩擦力通常远小于滑动摩擦力这就是为什么使用轮子能减小摩擦，提高效率摩擦力的利与弊实验演示不同材料间摩擦力测量实验目的数据记录与分析测量不同材料之间的静摩擦力和滑动摩擦力，探究摩擦力与正压力的关系，验证摩擦力公材料组合正压力最大静摩滑动摩擦静摩擦系滑动摩擦式的正确性NN擦力F静力F滑N数μ静系数μ滑实验器材N•木块（底面可贴不同材料，如纸、塑料、砂纸等）木-木

1.

00.

50.

40.

50.4•弹簧测力计木-木

2.

01.

00.

80.

50.4•水平桌面（可铺不同材料）•砝码或其他可增加重量的物体木-塑料

1.

00.

30.

20.

30.2•记录表格和笔木-砂纸

1.

00.

70.

60.

70.6实验步骤实验结论

1.将木块放在桌面上，用弹簧测力计水平拉动木块

2.缓慢增大拉力，直到木块刚好开始运动，记录此时的拉力值F静（最大静摩擦力）

1.同一组材料，正压力越大，摩擦力越大，且成正比关系

3.保持木块匀速运动，记录此时的拉力值F滑（滑动摩擦力）

2.摩擦系数μ=F/N，是材料特性的体现，与正压力无关

4.在木块上增加砝码，改变正压力N，重复步骤2-

33.最大静摩擦力通常大于滑动摩擦力

5.更换接触面材料，重复以上步骤

4.不同材料之间的摩擦系数不同，表面越粗糙，摩擦系数越大第二章功和能功的定义与计算在物理学中，功是一个描述能量传递的重要概念当力作用于物体并使物体在力的方向上发生位移时，力就对物体做了功功的概念将力和位移这两个物理量联系起来，是能量传递和转化的量化表示在本章中，我们将学习功的定义、计算方法，以及与功相关的功率、效率等概念我们还将探讨能量及其转化与守恒的规律，这是物理学中最基本也最重要的原理之一理解功和能的概念对于解释自然现象和人类活动具有重要意义从简单的抬起物体到复杂的发电过程，从运动员的体育表现到宇宙天体的运行，都可以通过功和能的概念来分析和理解功是力与力方向上位移的乘积，表示能量传递的数量功的基本概念功的计算公式功的数学表达式功的计算公式为其中•W表示功单位焦耳J•F表示力的大小单位牛顿N•s表示位移的大小单位米m•θ表示力的方向与位移方向之间的夹角•cosθ表示力在位移方向上的分量比例特殊情况力与位移方向的夹角决定了功的大小和正负•当力的方向与位移方向相同时θ=0°，cosθ=1，W=F•s•当力的方向与位移方向垂直时θ=90°，cosθ=0，W=0•当力的方向与位移方向相反时θ=180°，cosθ=-1，W=-F•s功的正负与力的方向关系正功零功负功当力的方向与位移方向的夹角小于90°时，cosθ为正值，功为正这表示力当力的方向与位移方向垂直时，cosθ=0，功为零这表示力没有促进或阻当力的方向与位移方向的夹角大于90°时，cosθ为负值，功为负这表示力促进了物体的运动，向物体传递了能量碍物体在位移方向上的运动，没有能量传递阻碍了物体的运动，从物体获取了能量例如推动物体前进、提升物体高度时，力对物体做正功例如物体做圆周运动时，向心力对物体做功为零，因为力垂直于位移例如摩擦力对运动物体做负功，使物体减速并最终停止日常生活中的功功率与效率功率的定义日常生活中的功率功率是指做功的快慢，即单位时间内所做的功功率反映了能量传递的速率，是衡量机械、设备性能的重要指标设备/活动典型功率功率的计算公式为LED灯泡5-15W电风扇30-100W其中电饭煲400-1000W•P表示功率单位瓦特W微波炉700-1500W•W表示所做的功单位焦耳J•t表示时间单位秒s空调1000-3000W功率也可以表示为力与速度的乘积轿车发动机50-200kW人类日常活动100-200W其中v表示物体的速度，θ是力与速度方向的夹角剧烈运动300-500W功率的单位功率数值反映了能量转化速率，功率越大，单位时间内完成的工作越多功率的国际单位是瓦特W，1瓦特等于1焦耳/秒J/s常用的功率单位还有•千瓦kW1kW=1000W•兆瓦MW1MW=1,000,000W•马力hp1hp≈746W机械效率机械效率是指有用功与总功的比值，用来衡量机械或设备能量转化的有效程度由于摩擦、热量散失等因素的存在，实际机械的效率总是小于100%提高效率是工程设计的重要目标例如，电动机将电能转化为机械能的效率通常为70%-95%；内燃机的效率通常只有20%-30%，大部分能量以热的形式散失；人体的机械效率约为20%-25%能量守恒定律能量守恒定律表述能量守恒定律是自然界最基本的定律之一，它指出在一个孤立系统中，能量的总量保持不变，能量不会凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体不同形式的能量势能动能由于物体所处位置或状态而具有的能量由于物体运动而具有的能量•重力势能与高度有关公式Ek=1/2mv²•弹性势能与形变有关动能与质量成正比，与速度平方成正比•电势能与电荷位置有关化学能热能物质化学键中储存的能量与物体温度相关的能量可通过化学反应释放微观上是分子无规则运动的动能如燃烧、电池反应可以通过做功或热传递方式转移核能电磁能原子核结合或分裂释放的能量与电磁场相关的能量基于质能方程E=mc²•电能电荷运动产生的能量单位质量释放能量极大•光能电磁波形式的能量机械能守恒当只考虑重力、弹力等保守力做功时，系统的机械能（动能与势能之和）保持不变这是能量守恒定律的一个特例，称为机械能守恒定律摆锤运动示意图，能量转化过程摆锤运动中的能量转化摆锤不同位置的能量分析摆锤运动是机械能守恒的典型例子在理想情况下（忽略空气阻力和摩擦），摆锤在运动过位置动能比例势能比例特点程中的机械能（动能与势能之和）保持不变，只是两种能量形式之间相互转化最高点0%100%速度为零，势能最设摆锤质量为m，摆长为L，重力加速度为g，摆锤运动的最大偏角为θ0，则大•最高点（摆锤运动的两端）下降75%25%75%动能开始增加•速度为零，动能Ek=0•高度最大，重力势能Ep=mgH=mgL1-cosθ0下降50%50%50%动能和势能相等•机械能E=Ep+Ek=mgL1-cosθ0下降25%75%25%动能继续增加•最低点（平衡位置）•速度最大，动能Ek=1/2mv²=1/2m•2gL1-cosθ0=mgL1-cosθ0最低点100%0%速度最大，势能为•高度最小，重力势能Ep=0零•机械能E=Ep+Ek=mgL1-cosθ0实际摆锤的能量损耗在实际情况下，由于空气阻力和支点摩擦的存在，摆锤的机械能会逐渐转化为热能而损耗，导致摆锤的摆动幅度逐渐减小，最终停止这种能量损耗与转化也符合能量守恒定律，因为系统的总能量（包括机械能和热能）仍然保持不变第三章电学基础电荷与电流电学是物理学的重要分支，研究电荷、电场、电流等现象及其规律电学知识是现代科技的基础，从日常使用的电器到先进的电子设备，都基于电学原理工作在本章中，我们将学习电荷的基本性质、静电现象、电流的概念、欧姆定律以及电路的基本组成和连接方式通过理解这些基本概念和规律，我们能够解释许多电学现象，并学会设计和分析简单电路电学与我们的日常生活密切相关理解电学知识不仅有助于我们安全使用电器，还能培养我们的科学思维和创新能力随着社会的发展，电能作为清洁能源的重要性日益凸显，电学知识的应用也越来越广泛电学研究电荷的性质和运动规律，是现代科技的基础电学的重要性电学是现代科学技术和工业生产的基础，也是日常生活中不可或缺的知识从照明、通信到医疗、交通，电的应用无处不在理解电学原理，有助于我们更好地使用电气设备，避免电气事故，促进能源高效利用电荷的性质与静电现象电荷的基本性质电荷的种类电荷的守恒电荷分为正电荷和负电荷两种通常情况下在任何物理过程中，孤立系统的总电荷量保持不变电荷不会凭空产生或消失，只能在物体之间转移•质子带正电荷+e•电子带负电荷-e这就是为什么摩擦起电时，两个物体带的电荷量相等但符号相反•中子不带电荷其中e=

1.6×10-19库仑，是电荷的基本单位电荷的量子化电荷总是以基本电荷e的整数倍出现，不存在小于e的电荷这反映了物质的微观结构特性电荷的相互作用电荷之间的相互作用遵循库仑定律•同种电荷相互排斥•异种电荷相互吸引•作用力的大小与电荷量的乘积成正比，与距离的平方成反比静电现象的典型实验摩擦起电后的物体能吸引轻小物体导体与绝缘体导体电荷可以自由移动的物质，如金属绝缘体电荷不能自由移动的物质，如橡胶、塑料半导体导电性能介于导体与绝缘体之间，如硅、锗静电现象电流的概念与单位电流的定义电流是指单位时间内通过导体任一截面的电量，表征了电荷定向移动的快慢电流的计算公式为其中•I表示电流强度单位安培A•Q表示通过的电量单位库仑C•t表示时间单位秒s1安培等于1秒内通过导体截面的电量为1库仑电流的方向在物理学中，规定电流的方向为正电荷移动的方向，即从正极流向负极在金属导体中，实际移动的是电子（负电荷），方向与规定的电流方向相反，即从负极流向正极电流方向（正电荷移动方向）与电子实际移动方向相反常见电流值这种规定源于历史原因，但不影响电路分析和计算的正确性设备/现象典型电流LED指示灯10-20mA手机充电1-2A家用电器2-10A电动汽车充电16-32A闪电30,000A人体安全限值10mA电流的测量方法电流表万用表钳形电流表专门用于测量电流的仪器，单位为安培A电流表必须串联在电路中，使全部电流通过电流表电多功能电子测量仪器，可以测量电流、电压、电阻等多种电学量使用时需选择合适的量程，并正利用电磁感应原理，无需断开电路即可测量电流只需将导线穿过钳口即可测量特别适合测量大流表内阻应尽量小，以减小对电路的影响确连接到电路中电流或无法断开的电路欧姆定律欧姆定律表述在一定条件下（如温度恒定），导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比用数学公式表示为其中•I表示通过导体的电流单位安培A•U表示导体两端的电压单位伏特V•R表示导体的电阻单位欧姆Ω欧姆定律也可以表示为欧姆定律实验测量不同电压下电流的变化，绘制I-U图像常见导体的电阻率电阻的影响因素材料电阻率Ω•m银

1.59×10-8导体的电阻与以下因素有关•导体长度长度越大，电阻越大铜

1.72×10-8•导体横截面积截面积越大，电阻越小铝

2.82×10-8•导体材料不同材料的电阻率不同•温度多数金属导体温度升高，电阻增大铁

9.71×10-8电阻的计算公式康铜49×10-8纯水

2.5×105玻璃1010-1014其中ρ是材料的电阻率，l是导体长度，S是横截面积实验验证欧姆定律电路连接实验器材准备将电阻器、电流表串联，电压表并联在电阻器两端，开关控制电路通断电源（可调电压）、电压表、电流表、待测导体（如电阻器）、导线、开关等数据分析测量数据绘制I-U图像，如果是直线且通过原点，说明该导体符合欧姆定律计算R=U/I，验证R值是否恒定通过调节电源电压，记录不同电压下对应的电流值，注意每次测量前检查电路连接是否正确电路的基本组成与连接方式电路的基本组成串联电路特点完整的电路通常包括以下基本元件•各元件首尾相连，形成单一回路•电流处处相等I=I1=I2=I

3...电源提供电能，如电池、发电机•总电压等于各元件电压之和U=U1+U2+U

3...用电器消耗电能并转化为其他形式的能量，如灯泡、电动机•总电阻等于各电阻之和R=R1+R2+R

3...导线连接电路各部分，提供电流通路•一个元件断路，整个电路断路开关控制电路的通断并联电路特点保护装置如保险丝，防止电路中出现过大电流电路图符号•各元件首尾相连接到同一组端点•电压处处相等U=U1=U2=U

3...元件符号作用•总电流等于各支路电流之和I=I1+I2+I

3...•总电阻的倒数等于各电阻倒数之和1/R=1/R1+1/R2+1/R

3...电池—llll—提供稳定电压•一个元件断路，其他元件仍可工作电阻—[/\/\]—消耗电能，限制电流开关—o/o—控制电路通断电流表—[A]—测量电流电压表—[V]—测量电压灯泡—O—将电能转化为光能电路图识读练习电路图是用标准化符号表示电路连接关系的图形识读电路图需要掌握常用电气元件符号，理解串联和并联的概念，能够分析电流和电压的分布在实际应用中，串联和并联常常结合使用，形成复杂电路分析复杂电路时，可以通过等效变换简化电路，先将串联部分合并，再处理并联部分，或者先将并联部分合并，再处理串联部分简单电路图示意，标注电流、电压方向电路图基本要素电路分析方法一个完整的电路图应包括以下基本要素识别元件首先识别电路中的各种元件及其符号确定连接方式判断各元件是串联还是并联关系•电源提供电能，通常用电池或电源符号表示标注物理量在电路图上标注电流、电压等物理量•用电器消耗电能的装置，如电阻、灯泡等应用电路定律使用欧姆定律、基尔霍夫定律等分析电路•导线连接各元件，通常用直线表示求解未知量根据已知条件计算未知的电流、电压或电阻•控制元件如开关，用于控制电路通断常见电路分析误区•测量仪器如电流表、电压表等电流方向标注•混淆串联和并联的概念•忽略电阻的极性（电阻是无极性元件）电流方向通常用箭头表示，按照约定从电源正极流出，经过用电器后流回负极在分析电路时，正确标注电流方向有助于应用基尔霍夫定律等分析方法•电流表和电压表的连接方式弄反电压方向标注•电流的方向与电子实际流动方向相混淆•认为电流在电路中消耗电压是两点之间的电势差，用带箭头的符号+和-表示箭头指向的方向是电场力对正电荷的作用方向，即从高电势指向低电势电路图实例分析串联电路并联电路混合电路在串联电路中，电流I处处相等，总电压U等于各元件电压之和U=U1+U2在并联电路中，各支路电压U相等，总电流I等于各支路电流之和I=I1+I2对于既有串联又有并联的混合电路，可以先将串联部分或并联部分等效简化，然后再进行分析根据欧姆定律，U1=I×R1，U2=I×R2根据欧姆定律，I1=U/R1，I2=U/R2通常的分析步骤是确定等效电阻→计算总电流→分析各部分电压和电流因此，I=U/R1+R2因此，I=U×1/R1+1/R2电功与电功率电功的定义与计算电功率的定义与计算电功是指电流在导体中所做的功，即电能转化为其他形式能量的数量电功率是指单位时间内电流所做的功，即电能转化为其他形式能量的速率电功的计算公式电功率的计算公式其中其中•W表示电功单位焦耳J•P表示电功率单位瓦特W•U表示电压单位伏特V•W表示电功单位焦耳J•I表示电流单位安培A•t表示时间单位秒s•t表示时间单位秒s•U表示电压单位伏特V根据欧姆定律U=IR，电功也可表示为•I表示电流单位安培A根据欧姆定律，电功率也可表示为电功的单位电功的国际单位是焦耳J，在实际生活中常用的单位是千瓦时kW•h•1kW•h=1000W×3600s=

3.6×106J•电费通常按千瓦时计算，如1度电=1kW•h常见电器的功率与能耗5W50W800W1500W灯泡电风扇电饭煲电热水器LED日常使用8小时，消耗

0.04度电夏季使用6小时，消耗

0.3度电每次使用1小时，消耗

0.8度电每天使用2小时，消耗3度电2000W空调夏季每天使用6小时，消耗12度电电能转化与效率电能可以转化为多种形式的能量•热能电热器、电炉等•光能灯泡、LED等第四章热学基础温度与热量热学是物理学的重要分支，研究热现象及其规律热学知识与我们的日常生活密切相关，从烹饪食物到季节变化，从材料加工到建筑设计，热学原理无处不在在本章中，我们将学习温度的概念与测量、热量的传递方式以及热胀冷缩现象通过理解这些基本概念和规律，我们能够解释许多自然现象，并学会合理利用热能热学的发展历程反映了人类对自然认识的不断深入从早期的热素说到现代热力学理论，科学家们通过不懈努力，揭示了热现象背后的本质规律热学的应用促进了工业革命的发展，也为现代科技进步提供了重要基础热学研究热现象及其规律，是理解自然界能量转化的重要基础热学的重要性热学是理解自然界能量转化的重要基础，也是许多技术应用的理论依据从传统的蒸汽机到现代的核电站，从家用空调到工业冶炼，热学原理广泛应用于各个领域学习热学不仅有助于我们理解日常生活中的热现象，还能培养我们的科学思维和实验能力通过热学实验，我们可以观察、记录和分析数据，验证热学规律，提高科学素养温度的测量与温标温度的概念温度是表征物体冷热程度的物理量从微观角度看，温度反映了物体分子热运动的剧烈程度温度越高，分子热运动越剧烈；温度越低，分子热运动越缓慢温度是热平衡状态的标志当两个温度不同的物体接触时，热量会从高温物体传递到低温物体，直到两者达到相同温度，处于热平衡状态常用温标摄氏温标°C以水的冰点为0°C，沸点为100°C，将这段温度均分为100等份是国际上广泛使用的温度单位，日常生活中最常用华氏温标°F以水的冰点为32°F，沸点为212°F，将这段温度均分为180等份主要在美国等少数国家使用开尔文温标K以绝对零度为0K，水的冰点为

273.15K，沸点为

373.15K是国际单位制中的温度单位，常用于科学研究温标换算不同温标之间的换算关系各种类型的温度计，用于不同场合的温度测量绝对零度绝对零度是理论上可能达到的最低温度，约为-

273.15°C或0K在绝对零度时，物质分子的热运动几乎完全停止，具有最小的能量根据热力学第三定律，任何实际系统都无法达到绝对零度目前，科学家已经能够将特定物质冷却到接近绝对零度的极低温度，研究其奇特的量子行为，如超导和超流现象热量的传递方式热量传递的基本方式热量传递是指热能从高温区域向低温区域的转移过程在自然界和日常生活中，热量传递主要通过三种方式进行传导、对流和辐射这三种方式可以单独发生，也可以同时发生传导对流辐射热量在物质内部，通过分子或原子的相互碰撞和振动传递，而物质本身不发生宏观移动热量随着流体（液体或气体）的宏观流动而传递，流体受热后密度减小上升，冷却后密度热量以电磁波形式传播，不需要物质介质，可以在真空中传递所有温度高于绝对零度的增大下降，形成循环流动物体都会发射热辐射特点需要物质介质；不同物质导热性能不同；金属导热性好，气体导热性差特点需要流体介质；涉及物质的宏观运动；可以是自然对流或强制对流特点不需要物质介质；传播速度为光速；辐射强度与物体温度的四次方成正比例子铁勺插入热水中，勺柄逐渐变热；手触摸热物体感到热例子空气加热器使房间变暖；海陆风形成；热水壶中的水对流例子太阳辐射使地球表面变暖；火炉辐射使人感到温暖；红外热成像技术生活中的热传递实例保温杯原理冬季穿衣保暖保温杯利用真空层阻断传导和对流，使用镀银内壁减少辐射，从而减少热量散失，保持液体温度衣服中的空气是良好的隔热体，减少热传导；多层衣服之间的空气层减少对流和辐射散热，保持体温建筑保温设计电子设备散热墙体使用隔热材料减少传导；双层玻璃窗减少对流和传导；反光材料减少辐射热的进入或逃逸散热片增大接触面积促进传导；风扇强制对流加速散热；散热材料通常选用导热性好的金属如铝、铜热胀冷缩现象热胀冷缩的定义不同物质的线胀系数热胀冷缩是指物体因温度变化而体积发生变化的现象通常情况下，物体受热时体积膨胀，冷却时体积收缩物质线胀系数10-6/℃从微观角度看，热胀冷缩是由于物质微粒（原子、分子）热运动加剧，振幅增大，平均间距增加所致线胀系数与体胀系数铝

23.8铜

17.0线胀系数α物体长度增加的相对值与温度升高的比值体胀系数β物体体积增加的相对值与温度升高的比值铁

11.8对于各向同性的物体，体胀系数β约等于线胀系数α的3倍β≈3α玻璃

8.5固体膨胀公式石英

0.5混凝土

12.0不同物质的膨胀系数不同，这种差异在工程设计中需要特别考虑其中，l0和V0分别是物体初始长度和体积，Δt是温度变化值固体、液体、气体的热胀冷缩铁环加热后铁球无法通过的实验照片实验目的实验现象通过铁球与铁环的实验，直观演示固体热胀冷缩现象，验证金属受热膨胀、冷却收缩的规律•室温下，金属球能顺利通过金属环实验器材•加热后，金属球体积膨胀，无法通过金属环•冷却后，金属球体积恢复，又能通过金属环•金属球（通常为铁球或铜球）实验原理•金属环（内径略大于球的直径）•酒精灯或本生灯金属受热后，原子振动加剧，原子间平均距离增大，导致整体体积膨胀，直径增大冷却后，原子振动减弱，原子间距恢复，体积收缩•长柄钳或木柄金属夹金属球的直径变化可以用公式计算•支架•冷水实验步骤其中，d0是初始直径，α是线胀系数，Δt是温度变化值实验注意事项

1.室温下，确认金属球能刚好通过金属环

2.用酒精灯加热金属球，使其均匀受热•加热时注意安全，避免烫伤

3.尝试将加热后的金属球通过金属环•使用长柄钳或木柄金属夹操作热物体

4.观察金属球是否能通过金属环•加热均匀，确保整个金属球都受热

5.将金属球冷却（可用冷水冷却加速过程）•环与球的尺寸差要合适，差太大效果不明显，差太小可能无法通过

6.再次尝试金属球通过金属环实验延伸与应用123建筑设计铁路铺设精密仪器建筑物需考虑热胀冷缩，设置伸缩缝大型桥梁一端固定，另一端设置滑动支座，允许因铁轨之间留有间隙，防止夏季高温导致铁轨膨胀变形现代无缝钢轨技术则通过预应力处钟表、精密仪器等需要考虑温度变化对零部件尺寸的影响，采用温度补偿技术，如双金属温度变化而伸缩理解决这一问题结构或特殊材料这个经典实验生动形象地展示了热胀冷缩现象，帮助学生理解固体受热膨胀、冷却收缩的规律通过此实验，学生可以将抽象的物理概念与具体的物理现象联系起来，提高对热学知识的理解和掌握课堂小结力学、电学、热学的核心概念回顾电学核心概念力学核心概念•电荷与静电现象（电荷性质、库仑定律）•力的概念与分类（重力、弹力、摩擦力、支持力）•电流与电路（电流方向、欧姆定律）•牛顿三大定律（惯性定律、加速度定律、作用与反作用定律）•串并联电路（电流分布、电压分配）•功与能的关系（功率、效率、能量守恒定律）•电功与电功率（能量转化、计算方法）实际应用热学核心概念•力学应用（机械设计、交通工具、建筑结构）•温度与温标（摄氏度、华氏度、开尔文）•电学应用（电器设备、电路设计、电力系统）•热量传递方式（传导、对流、辐射）•热学应用（热能利用、材料设计、气候变化）•热胀冷缩现象（固体、液体、气体的热胀冷缩）物理学习方法与实验探究的重要性有效的物理学习方法实验探究的重要性概念理解为先理解物理概念的本质含义，而不只是记忆公式验证理论通过实验验证物理定律和理论公式推导与应用学会从基本原理推导公式，理解公式的适用条件培养实验技能学习使用各种实验仪器，掌握测量方法联系生活实际将物理知识与日常生活现象联系起来，增强理解提高观察能力学会观察实验现象，记录实验数据问题解决训练通过解决各种类型的物理问题，提高应用能力培养科学态度严谨、客观、实事求是的科学态度多角度思考学会从不同角度分析同一物理问题，培养全面思维发展创新思维通过探究实验培养创新思维和解决问题的能力知识点连接构建知识网络，理解各知识点之间的联系增强学习兴趣生动的实验可以激发学习物理的兴趣物理学习的未来之路物理与科技生活紧密相连物理学是现代科技的基础，它的原理和应用无处不在从智能手机到高速铁路，从医疗设备到航天技术，物理学原理支撑着现代文明的发展未来社会将更加依赖科技创新，物理知识将在能源、材料、信息、生物等领域发挥更重要的作用掌握物理知识，有助于我们理解和适应这个快速变化的世界鼓励学生动手实验，培养科学思维物理学的本质是观察、假设、实验、验证的循环过程通过亲自动手实验，不仅可以加深对物理概念的理解，还能培养实证精神和创新思维鼓励学生设计简单的物理实验，探索未知问题的答案，体验科学探究的乐趣实验中的失败和错误也是宝贵的学习经验，能培养学生的耐心和毅力科学思维不仅对学习物理有帮助，对分析和解决生活中的各种问题也具有重要价值逻辑思考、批判精神、求真态度是科学思维的核心，也是现代公民应具备的基本素养物理学原理支撑着现代科技的发展，激发学生的创新思维和探索精神物理学的广阔前景物理学研究领域不断拓展，从量子物理到宇宙学，从纳米技术到人工智能，都有物理学的身影当代物理学前沿问题如暗物质、暗能量、量子计算、可控核聚变等，将在未来几十年内可能取得突破性进展，为人类社会带来新的技术革命学习物理不仅是掌握知识，更是培养科学精神和创新能力，为未来社会培养所需的科技人才期待你们成为未来的物理探索者！保持好奇心培养实践能力对自然现象保持好奇，勇于提问，敢于质疑，这是科学发现的起点爱因斯坦说过我没有特殊才能，只是对问题极其好奇理论与实践相结合，将物理知识应用到实际问题中，通过实验验证理论，通过实践检验认识坚持不懈开放合作科学探索之路充满挑战，需要耐心和毅力许多重大科学发现都是经过长期坚持不懈的努力才取得的现代科学研究越来越依赖团队合作，学会与他人交流、合作，共同解决问题，是成为优秀科学家的必要素质物理学习是一次探索自然奥秘的奇妙旅程希望同学们能够在这个旅程中收获知识，培养能力，塑造品格无论将来是否从事与物理直接相关的工作，物理学习培养的科学思维和实践能力都将使你终身受益期待你们中的每一位都能成为未来的物理探索者，为人类认识自然、改造自然贡献自己的力量！。