1、第四单元第四单元 能量能量 一、一、单元概述单元概述 我们身边发生的每一件事情， 都和能量有着密切的关系。 世间万物的运动都是能量在驱动， 如生活中用火烧饭、开灯照明等都在进行能量转换。我们必须从食物中获取能量才能维持生命 和进行活动，大自然中的绿色植物必须通过光合作用从阳光中获取能量， 动物靠吃植物或其他 动物来取得能量维持生命，一切生物都依赖能量才能生存。 六年级学生已经接触过“能量”这个词，并对能量有了一定的感性认识，知道任何物体工 作都需要能量，如果没有能量，自然界就不会有运动和变化，也不会有生命。但是，学生的头 脑里还没有形成关于能量守恒和转换的相关科学概念。 “能量”的概念是抽象的
2、，我们能观察到的只是具体能量所产生的某种效应。本单元不是 从抽象的定义出发来演绎各种能量形式及其相互转换， 而是引导学生从回顾身边的能量表现形 式人手， 选择了学生最熟悉的电和磁为切入口展开对能量的认识和探讨。能量守恒和转换定律 渗透在每一课的学习中，即自然界中一切物质都具有能量。 能量有各种不同的表现形式， 并能从一种形式转化为另一种形式， 从一个物体传递给另一 个物体。另外，教科书中对新能源开发和低碳环保生活方式等内容也有所涉及。 本单元的学习目标来自课程标准中 5-6 年级的下列相关学习内容。 6.6.1 知道声、光、热、电、磁都是自然界中存在的能量形式。 6.6.2 调查和说明生活中哪
3、些器材、 设备或现象中存在动能(机械能)、 声能、 光能、 热能、 电能、磁能及其之间的转换。 15.2.1 描述人类的生产生活离不开能源。 15.2.2 知道太阳能是生活中可利用的一种清洁、可再生能源。 15.2.3 描述煤炭、石油和天然气是目前人类利用规模最大的能源，知道它们的形成与太 阳能有关。 15.2.4 树立节约能源的意识，了解开发利用新能源的一些举措。 16.2.1 知道重大的发明和技术会给人类社会发展带来的深远影响和变化。 “能量”单元共 7 课 第 1 课“各种形式的能量” ，从学生熟悉的驱动汽车的能量引人，引导学生了解身边的能 量表现形式，使学生知道能量使物体发生了变化，形
4、成对能量的初步感知。本课的拓展环节要 求学生调查家中用电器的用电状况，为下一课的学习做准备。 第 2 课“调查家中使用的能量” ，以学生最熟悉的“家”为能量认知场景，通过调查、分 析、 统计等方法， 以电能消耗为突破口， 发现家中的各种能量表现形式、 能量来源和能量转换。 在调査、分析、统计家中电能消耗的过程中，初步培养学生的节能意识。 第 3 课“电和磁” ，带领学生“重演”科学史上著名的奥斯特发现电磁现象的过程，让学 生发现通电导线能使小磁针发生偏转，将通电导线绕成线圈能使小磁针偏转角度更大， 从而认 识到电可以产生磁。本课注重引导学生善于寻找、思考电和磁转换的依据，培养学生的逻辑思 维能
5、力。 第 4 课“电能和磁能” ，通过引导学生制作电磁铁，研究电磁铁的性质和磁极，帮助学生 认识到电磁铁是一种电能转换为磁能的装置， 从而帮助学生从具体的事例中进步了解电能和磁 能之间的转换。 第 5 课“电磁铁” ，学生要设计、验证电磁铁磁性强弱与线圈圈数、电流大小的关系，在 亲历对比实验的过程中，逐步学会多角度思考问题，在收集和处理实验数据的过程中，逐步培 养科学论证能力。 第 6 课“神奇的小电动机” ，小电动机是磁铁和电磁铁性质在生活中的具体应用实例。学 生通过拆解真实的小电动机认识其内部结构，通过简单模型了解电动机的工作原理。探索小电 动机的过程事实上就是学生感受奇妙的能量转换的过程
6、，在这个过程中， 学生对能量的认识又 提升到了一个新的层次。 第 7 课“能量从哪里来” ，先引导学生追溯自然界最大的能量来源太阳，通过食物链 来理解太阳的能量对于生物体的意义，然后以电能为例，通过动手实验、查阅资料等方式了解 电能的来源和转换， 最后利用班级记录表引导学生对本单元的知识进行整体回顾， 完善 “能量” 概念的建构。 整个单元以“能量”为研究支点，以生活实例为研究载体，引导学生用“转换”的观念把 声、光、热、电、磁等多种能量形式联系在一起，在生活调查、资料查阅以及大量实验探索的 积累过程中，逐渐充实对“能量”的认识。 二、单元教学目标二、单元教学目标 科学概念目标科学概念目标 自
7、然界存在声、光、电、热、磁等各种能量的表现形式。 生产生活中的能量形式多种多样，能量之间可以相互转换，并储存在一些物质中。 电磁铁具有接通电流产生磁性、断开电流磁性消失的性质。 改变电池正负极的连接方式或改变线圈绕线方向，会改变电磁铁的南北极。 电磁铁的磁力大小与线圈匝数、电流大小等因素有关。 太阳能是生活中可利用的一种清洁、可再生能源。 科学探究目标科学探究目标 能够通过观察讨论、实际调查、查阅资料、实验研究等多种方法，寻找能量存在及相互转 换的证据。 亲历奥斯特实验、电磁铁搬运大头针实验、改变电磁铁南北极实验、电磁铁磁性强弱对比 实验、小电动机工作原理探索实验等，经历科学探究过程，体悟科学
8、探究中各个要素的特征。 经历围绕问题设计方案、动手实验收集数据、同伴研讨解释现象的合作探究过程，学会用 分部观察和整体观察的方法研究小电动机的构造。 科学态度目标科学态度目标 乐于调查、探索生活中的各种能量表现形式及能量之间的相互转换。 具有基于证据和推理发表个人见解的意识，愿意与他人合作，善于倾听他人的意见，体会 到合作的必要性和重要性。 能主动倡导珍惜能源、节约能源，并有具体的行为表现。 科学、技术、社会与环境目标科学、技术、社会与环境目标 初步了解生活中的各种能量表现形式对自然环境、人类生活和社会发展的影响， 体会合理 利用能源，保护人类赖以生存环境的重要性。 初步体会人类生活和社会发展
9、需求是推动新能源开发与应用的动力， 反之新能源的创新应 用又能促进社会的发展。 单元词汇单元词汇 能量：是物质运动状态的一般量度。物质有多种运动形式，如机械运动、分子热运动、电 磁运动、化学运动、微观粒子运动等。这些运动形式之间能够相互转换，转换过程涉及状态的 量度， 也就是能量。 能量与功和热量具有同样的单位， 可以简单把它当作 “物体做功的本领” 。 能量形式： 相对应于不同形式的运动， 就有不同形式的能量， 能量形式包括机械能、 热能、 电能、化学能、原子能等。 能量的转换与转移： 能量可以从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物 体。能量在孤立系统中既不能凭空产生也不能凭空
10、消失。 核能：过去常叫原子能，是原子核发生变化时释放出来的能量。获得核能有两种途径，一 种是原子核的裂变， 指的是一个原子核分裂成两个或两个以上的其他原子核； 种是原子核的聚 变，指的是轻原子核聚合为重原子核。核能就是裂变或聚变反应中释放出来的能量。 太阳能：指太阳的热辐射能，也就是常说的太阳光，是一种巨大的能源，地球上所有生命 的生存都依赖于太阳能。太阳能热水器、太阳能发电站、太阳能电池是直接把太阳能转换成热 能或电能加以利用的设备。 热能：物质燃烧或物体内部分子不规则运动时放出的能量。通常也指热量机械能：动能和 势能的总和，势能分为重力势能和弹性势能。 功率：指物体在单位时间内所做的功的多
11、少，是描述做功快慢的物理量。 材料清单材料清单( (视学生人数和分组情况确定数量视学生人数和分组情况确定数量) ) 公园场景图、生活家电说明书复印件或图片、电池、电池盒、小灯泡、开关、短导线 3 根、长导线 1 根、小灯座、指南针、长约 2 米的细导线、废旧电池 1 节、每组多股绝缘细导线 1.2 米左右(两端剥线)、大铁钉、大头针、小电动机、装沙子的小瓶子、铜质单股粗导线做的 字形“电刷” 、橡皮筋、铁丝架、磁铁、手摇发电机、尼龙线、太阳能小车、各种有关能量 的图片或视频资料。 三、三、分课时教材分析分课时教材分析 第第 1 1 课课 各种形式的能量各种形式的能量 ( (一一) )背景和教学
12、目标背景和教学目标 能量是物质各种不同运动形式的共有属性，也是其本质属性。关于能量，学生在之前的生 活及学习中，已经有了一定的感性认识。他们知道灯泡发光是电提供了能量，汽车运动是汽油 提供了能量，人需要从食物中获取能量。他们还知道一些和能量有关的词汇，如电能、水能、 光能、 风能， 由于能量不可见， 只能观察到具体能量所产生的某种效应， 因此对学生而言， 能量又是抽象的。在教学中，教师可以从学生生活中常见的事物出发，让学生认识到能量是客 观存在的，而且有不同的表现形式。此外，不同的能量形式还可以相互转换。 本课有两个活动。第一，了解让汽车运动起来的能量。以学生熟悉的汽车为例，说一说汽 车运动的
13、能量来自哪里。第二，寻找身边的能量形式。引导学生从能量的角度来看待物体的变 化，关注身边能量的表现形式及它们的相互转换。 科学概念目标科学概念目标 自然界存在声、光、电、热、磁等各种能量的表现形式。 机械能可以使物体运动起来。 科学探究目标科学探究目标 通过观察，寻找能量存在的证据。 科学态度目标科学态度目标 激发探索自然界不同形式能量的兴趣。 科学、技术、社会与环境目标科学、技术、社会与环境目标 体会到各种形式的能量与我们生活的世界有着密不可分的联系。 ( (二二) )教学准备教学准备 为学生准备：公园场景图、学生活动手册。 教师准备：班级记录表、教学课件等。 第第 2 2 课课 调查家中使
14、用的能量调查家中使用的能量 ( (一一) )背景和教学目标背景和教学目标 通过前一课的学习，学生已经知道身边能量的一些表现形式，如机械能、声能、光能、热 能、电能、磁能、太阳能等。本课就是在这样的基础上，将范围缩小到家中，让学生了解自己 家里经常使用的能量形式，如声能、光能、电能、热能、磁能、太阳能等 本课主要是让学生以家中使用能量的情况为研究对象，以能量形式、能量转换、能量消耗 为切人点，引导学生通过课前调查，课中分析、统计等手段，进一步了解能量，意识到能量消 耗量之大，从而自觉形成节能意识，提出有效的节能方法，逐步养成节能习惯。 科学概念目标科学概念目标 家庭里经常使用的能量形式有声能、光
15、能、电能、热能、磁能、太阳能等。 了解每一种能量形式都需要付出一定的经济成本和环境代价。 科学探究目标科学探究目标 够在调査中了解家中多种能量形式的存在及电能的消耗。 初步学会估算不同功率的用电器每天的耗电量，以及家庭一个月的电费支出等数据。 科学态度目标科学态度目标 乐于对能量进行实地调查、交流分享、统计分析。 意识到能量的消耗需要付出一定的经济成本和环境代价，能提出合理的节能建议， 自觉养 成节约能源的良好习惯。 科学、技术、社会与环境目标科学、技术、社会与环境目标 初步了解家中的各种能量表现形式，以及它们给自然环境和人类生活带来的影响。 ( (二二) )教学准备教学准备 为学生准备：课前
16、调查表格，同类家用电器不同容量、功率等铭牌信息。 教师准备：班级记录表、教学课件等。 第第 3 3 课课 电和磁电和磁 ( (一一) )背景和教学目标背景和教学目标 在前两课的学习中，学生已经对身边的各种能量有了一定的认识。在这些能量中，电和磁 与我们的生活密切相关，是本单元重点学习的能量形式。本课“重演”了科学史上著名的奥斯 特发现电生磁现象的过程，正是这个发现，让原本看似互不相关的电和磁建立了联系，由此开 启了近代电磁学的研究，有力地推动了社会的进步。 本课有两个活动： 第一，指导学生经历科学家奥斯特做过的实验通电导线使指南针偏 转，经历对新现象进行分析、解释的思维过程；第二，做通电线圈使
17、指南针加大偏转的实验， 用线圈代替直导线做电生磁实验，为理解电磁铁原理打下基础，也为研究小电动机埋下伏笔。 两个活动具有严密的逻辑结构，由浅入深，步步推进。 科学概念目标科学概念目标 电可以转换成磁。 科学探究目标科学探究目标 模仿做通电直导线和通电线圈使指南针偏转的实验，能够通过分析建立解释。 能够运用通电线圈能使指南针偏转明显的性质，检测废电池是否有电。 科学态度目标科学态度目标 体验科学史上发现电产生磁的过程，意识到细致观察、善于思考的重要性。 理解科学探究过程中合理进行推测、严谨开展实验、有根据地得出结论的必要性。 科学、技术、社会与环境目标科学、技术、社会与环境目标 意识到科学技术可
18、以推动社会发展、改变人类生活。 在检测废电池活动中体会重复使用、节约能源的意义。 ( (二二) )教学准备教学准备 为学生准备：电池、电池盒、小灯泡、开关、短导线、长导线、小灯座、指南针。 教师准备：废旧电池、教学课件等。 第第 4 4 课课 电能和磁能电能和磁能 ( (一一) )背景和教学目标背景和教学目标 学生在前一课亲历了通电导线能使小磁针发生偏转的过程，了解了其原因是电产生了磁。 那么电能和磁能究竞是如何转化的？本课将引入电生磁的最直接应用电磁铁进行研究。 电 磁铁是利用电流的磁效应使铁芯磁化而产生磁力的装置， 我们身边的各种用电器中都有电磁铁 的“身影” 。电磁铁结构简单、制作容易，
19、实验现象非常有趣，适合学生开展多种多样的研究。 本课有如下三个活动。 第一，制作铁钉电磁铁。学生通过自己在铁钉上绕线圈做电磁铁，反复几次接通电流、断 开电流，发现电磁铁的基本性质。 第二，利用电磁铁搬运大头针。通过电流的接通和断开，将大头针搬运到指定位置，在这 个过程中深入体会能量的转移和转换。 第三，研究铁钉电磁铁的南北极。铁钉电磁铁有没有南北极？学生用原来学过的磁铁的性 质能够解决这个问题。但是在解决这个问题的过程中会发现新的问题，那就是各个小组钉尖、 钉帽的南北极会不一样，从而引出“电磁铁南北极与什么因素有关？”的探究。 科学概念目标科学概念目标 电磁铁具有接通电流产生磁性、断开电流磁性
20、消失的性质。 改变电流方向会改变电磁铁的南北极。 电能和磁能可以互相转换，也能从一个物体转移到另一个物体。 科学探究目标科学探究目标 能够制作铁钉电磁铁，亲历用铁钉电磁铁搬运大头针的实验。 能够利用磁铁“同极相斥、异极相吸”的原理，借助指南针研究电磁铁的南北极。 科学态度目标科学态度目标 在实验中感悟认真细致、合作探究的重要性。 科学、技术、社会与环境目标科学、技术、社会与环境目标 感受到电能和磁能的相互转换，给人类生活带来了许多便利。 ( (二二) )教学准备教学准备 为学生准备：每组多股绝缘细导线 1.2 米左右(两端剥线)、大铁钉、电池盒、2 号电池、 大头针、指南针、学习单。 教师准备
21、：学生实验材料、教学课件等。 第第 5 5 课课 电磁铁电磁铁 ( (一一) )背景和教学目标背景和教学目标 学生在前一课的学习中已经知道了电磁铁的基本构造，电磁铁具有接通电流产生磁性、 断 开电流磁性消失的性质。在本课中，学生将通过观察电磁起重机和自制的电磁铁，发现电磁铁 的磁性强弱是不同的， 从而引出探究的问题：电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关？本课意在引 导学生完整地经历探究“电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关”的过程。利用对比实验寻找影响 电磁铁磁性强弱的因素，非常适合学生的心理需要和认知水平，通过假设、设计、验证和分析 等一系列过程，更有利于培养学生缜密的思维。 本课有两个活动：第一，做出
22、我们的假设，学生要利用已有经验，推测影响电磁铁磁力大 小的可能因素；第二，设计实验，检验假设，本课主要安排学生共同检验电磁铁的磁性强弱与 线圈匝数、电流大小是否有关，重点思考如何在对比实验中控制变量。 科学概念目标科学概念目标 电磁铁的磁性强弱是可以改变的。 电磁铁的磁性强弱与线圈匝数有关：线圈匝数多磁性强，线圈匝数少磁性弱。 电磁铁的磁性强弱与电流大小有关：电流大磁性强，电流小磁性弱。 科学探究目标科学探究目标 完整、深人地经历探究“电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关”的实验。 能够识别变量设计对比实验，会控制变量检验线圈匝数、电流大小对磁性强弱的影响。 能够用实验数据论证自己的观点。 科学态度
23、目标科学态度目标 体验科学实验设计的严谨性。 体会合作学习的必要性，善于借鉴他人的实验数据来支撑自己的观点。 科学、技术、社会与环境目标科学、技术、社会与环境目标 了解电磁铁在生产生活中的广泛应用。 ( (二二) )教学准备教学准备 为学生准备：大铁钉、导线、大头针、电池、电池盒。 教师准备：班级记录表、教学课件等。 第第 6 6 课课 神奇的小电动机神奇的小电动机 ( (一一) )背景和教学目标背景和教学目标 绝大多数学生知道在电动玩具小车、电动牙刷、智能机器人等物品里面有小电动机，小电 动机能够为这些设备的运转提供动力。高年级的学生知道只要给小电动机接上电源， 小电动机 就会转动，然后通过
24、齿轮、皮带、曲轴等方式带动设备运动。但是，他们可能未曾想过，小电 动机里有什么？为什么通电后它就会转动？在本课中， 学生应用磁铁和电磁铁的性质研究最简 单的直流小电动机，这是一项富有挑战性、趣味十足的科学探究活动。在活动中，学习过的电 磁铁的知识得到应用，学生的探究能力得到锻炼，可谓一举两得。 本课有两个活动。 第一，观察小电动机的构造。在这个活动中，通过观察，学生知道小电动机的主要构造； 通过检测，学生知道转子实际上是电磁铁，为研究小电动机的工作原理打下基础。 第二，研究小电动机工作的基本原理。在这个活动中，学生先根据小电动机的构造推测通 了电它为什么会转动，然后在教师指导下用实验检验推测。
25、这是本课的重点，也是难点。 科学概念目标科学概念目标 电动机是利用电产生动力的机器，它的基本工作原理是用电产生磁， 利用磁的相互作用推 动转子转动。 科学探究目标科学探究目标 能够拆解并观察小电动机，了解小电动机的构造及基本原理。 能够根据小电动机的构造推想通电后小电动机为什么会转动。 能够按步骤做探究小电动机工作原理的实验。 科学态度目标科学态度目标 发展探究小电动机秘密的兴趣。 乐于提出自己的想法，勇于用实验证明自己的观点。 科学、技术、社会与环境目标科学、技术、社会与环境目标 体会科学技术的发展和应用影响着社会的发展。 ( (二二) )教学准备教学准备 为学生准备：小电动机、导线、电池、
26、开关、电池盒、大头针、装沙子的小瓶子、铜质单 股粗导线做的字形“电刷” 、橡皮筋、铁丝架、磁铁等。 教师准备：带电动机的玩具、教学课件等。 第第 7 7 课课 能量从哪里来能量从哪里来 ( (一一) )背景和教学目标背景和教学目标 在前面的学习中， 学生已经了解了自然界中存在多种能量的表现形式，一种表现形式的能 量可以转换为另一种表现形式。本课将继续引导学生深入探讨能量的来源和转换问题， 拓宽对 能量转换的认识，初步体会到科学技术的发展和应用影响着社会的发展。 本课有两个活动。 第一，讨论太阳的能量是怎样传递到地球上的。引导学生借助“食物链”这一支架，认识 太阳能的传递，描述太阳为我们提供能量
27、的过程。 第二，探究电能是从哪里来的。引导学生体验小电动机发电，从而引发对电能来源和转换 问题的思考，认识电不是自然存在的能源，而是由其他能源(风能、水能、热能、核能等)转换 来的二次能源，进一步完善“能量之间可以互相转换”的概念建构。 科学概念目标科学概念目标 太阳是自然界最大的能量来源。 电能是由其他形式的能量转换来的。 能量有多种形式，能相互转换，可以储存在一些物质中。 科学探究目标科学探究目标 用已有的知识和经验通过逻辑推理思考问题。 通过观察、实验和阅读资料认识电能的来源。 科学态度目标科学态度目标 乐于探索生活中各种能量之间的相互转换。 能够以事实为依据做出相应的判断。 科学、技术
28、、社会与环境目标科学、技术、社会与环境目标 了解科学技术的发展和应用影响着社会的发展。 ( (二二) )教学准备教学准备 为学生准备：玩具小电动机、导线、小灯泡、尼龙线。 教师准备：视频资料、手摇发电机、教学课件等。 四、参考资料四、参考资料 新能源汽车新能源汽车 新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源， 综合车辆的动力控制和驱动方面的 先进技术， 形成的技术原理先进、 具有新技术、 新结构的汽车。 新能源汽车包括混合动力汽车、 纯电动汽车、燃料电池汽车、氢发动机汽车以及燃气汽车、醇醚汽车等。 混合动力汽车：混合动力是指那些采用传统燃料，同时配以电动机/发动机来改善低速动 力输出和燃油
29、消耗的车型。 按照能否外接充电又可以分为插电式混合动力汽车(PHEV)和非插电 式混合动车汽车(MHEV)。 纯电动汽车：顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车，又称电动汽车。 优点：技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。 缺点：蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故 购买价格较贵。 燃料电池汽车：燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠 电机驱动的汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，直接变成电能的。 燃料电池汽车具有以下优点。 (1)零排放或近似零排放。 (2)减少了机油泄漏带来的水污染。 (3)降低了温室气体的排放
30、。 (4)提高了燃油经济性 (5)提高了发动机燃烧效率。 (6)运行平稳、无噪声。 氢动力汽车： 氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具， 排放出的是纯净水其具有无 污染、零排放、储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。 燃气汽车：燃气汽车是指用压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)和液化天然气(LNG)作为 燃料的汽车。以燃气替代燃油将是中国乃至世界汽车发展的必然趋势。 乙醇汽车：使用乙醇为燃料的汽车，也可叫酒精汽车。用乙醇代替石油燃料的使用历史已 经很长，世界上已有 40 多个国家不同程度地应用乙醇汽车。 奥斯特实验奥斯特实验 汉斯克里斯蒂安奧斯特( Hans C
31、hristian Oersted，1777-1851)，丹麦物理学家，1820 年因电流磁效应这一杰出发现获英国皇家学会科普利奖章。 19 世纪初，很多有名的物理学家认为电和磁不会有任何联系，有些人做过寻求电和磁联 系的实验，结果也都失败了。但奥斯特一直坚信电和磁之间一定有某种关系，电一定可以转化 为磁。1820 年 4 月，在一次讲演快结束的时候，奥斯特抱着试试看的心情又做了一次实验。 他把一条非常细的铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方接通电源的瞬间， 他发现磁针跳 动了一下。这一跳，使有心的奥斯特喜出望外，竟激动得在讲台上摔了一跤。但是因为偏转角 度很小，而且不很规则，这一跳并没有引起
32、听众注意。之后，奥斯特花了三个月时间，做了许 多次实验，发现磁针在电流周围都会偏转；在导线的上方和导线的下方，磁针偏转方向相反； 在导体和磁针之间放置非磁性物质，比如木头、玻璃、水、松香等，不会影响磁针的偏转。 1820 年 7 月 21 日，奥斯特写成论磁针的电流撞击实验的论文，正式向学术界宣告发 现了电流的磁效应。 这篇短短的论文使欧洲物理学界产生了极大震动， 大批实验成果随之出现， 由此开辟了物理学的新领域电磁学。 发电机是如何将磁能转换为电能的发电机是如何将磁能转换为电能的 发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。 定子里有铁芯和线包绕组，转子里有转子铁芯或磁极、磁轭绕组。由轴承
33、及端盖将发电机 的定子、转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电 势。通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。 设计制造发电机的理论基础是 1820 年奥斯特通过实验发现了电流的磁效应，解决了电流 可以产生磁场的问题。1831 年，英国物理学家法拉第经过 10 年的反复实验和研究，发现了电 磁感应现象，并总结出电磁感应定律。这两个伟大的发现，不仅揭示了电和磁的统一，还证明 了它们之间可以相互转换。 电磁起重机的故事电磁起重机的故事 利用电磁铁来搬运钢铁材料的装置叫作电磁起重机。电磁起重机的主要部分是电磁铁。 接 通电流，电磁铁便把钢铁物品牢牢吸住，吊运到指
34、定的地方。切断电流，磁性消失，钢铁物品 就被放下来了。电磁起重机使用十分方便，广泛应用在废钢铁回收部门和炼钢车间等。 电磁起重机的发明者是美国著名物理学家约瑟夫亨利。大学毕业后，他开始着手从事电 磁学的研究工作。 亨利在斯特金等人工作的基础上，经过反复研究改进，于 1829 年 3 月展出了他制作的一 块绕有 400 圈导线的磁铁。他除了以包上丝绸的绝缘铜导线代替在铁上涂清漆， 以及增加在软 铁上绕导线的匝数外，还用两端自由的线圈缠绕铁心，由于线圈是并联排列的，因此电池的电 流可以分成几份。亨利对电磁铁的改进工作卓有成效， 他制作的电磁铁在和手的宽度差不多的 电极板的单一电池的激发下， 能提起
35、五十倍于自己重量的物体， 这就是电磁起重机的初始模型 太阳送给地球的能量太阳送给地球的能量 对于地球来说，太阳是一个巨大的天体，它放射出的能量相当大，这些能量到达地球的只 有几十亿分之一，但就是这部分太阳的能量已经相当可观。太阳照射地球年所发出的能量，按 现在人类一年所需要的能量计算， 大约能用两万年。 换句话说， 太阳只要照射地球 20 多分钟， 就足够我们一年所需的能量了。 这么多能量哪里去了？这些能量大部分被地球反射到宇宙中去了，其余的被地球表面、 空 气、水、植物等吸收而变成了自然界的能量。 我们最熟悉的是植物的光合作用。植物进行光合作用，把太阳能储存在身体里，动物吃植 物，动物吃动物
36、，在食物链和食物网的关系中，植物的能量又转化成了所有动物体的能量，并 且能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的。能量沿食物链传递的平均效率为 10%-20%，即 一个营养级中的能量只有 10%-20%的能量被下一个营养级所利用。 远古时代的生物体在地下长期被掩埋，慢慢变成了煤、石油和天然气。空气在太阳的照射 下温度上升，冷热不均就形成了风。风所拥有的能量是太阳能转化的。 海洋和陆地上的水被阳光加热蒸发，先变成云，再变成雨、雪等，最后又落回到地面，通 过河流流向海洋，形成水的循环。我们利用的水力资源，最终也是太阳能转化而来的 人类使用的能量几乎都来自太阳。 太阳是地球能源的“母亲” ， “她”给了地球光和热，创造了地球上的生命，创造了地球上 蓬勃壮丽的景象。