第十二章电能能量守恒定律导学案高二上学期物理人教版

第十二章电能能量守恒定律第一节电路中的能量转化知识梳理▼一、电功和电功率1.电功（1）实质：电流做功的实质是电场力对电荷做正功，电势能转化为其他形式的能的过程．（2）公式：W＝qU＝UIt，这是计算电功普遍适用的公式．（3）单位：焦耳（J）常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1kW·h＝3.6×106J.2．电功率（1）定义：单位时间内电流做的功叫电功率．（2）公式：P=W（3）单位：瓦特（W）二、焦耳定律1.焦耳定律：电流通过电阻时产生的热量Q=I22．热功率（1）定义：单位时间内的发热量．（2）表达式：P热三、电路中的能量转化1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较2.（1）无论是纯电阻还是非纯电阻，电功均可用W=UIt，电热均可用Q=I（2）判断是纯电阻电路还是非纯电阻电路的方法：一是根据电路中的元件判断；二是看消耗的电能是否全部转化为内能．（3）计算非纯电阻电路时，要善于从能量转化和守恒的角度，利用“电功＝电热＋其他能量”寻找等量关系求解电源总功率任意电路：P纯电阻电路：P总电源内部消耗的功率P内电源的输出功率任意电路：P出纯电阻电路：PP出与外电阻R电源的效率任意电路：η=纯电阻电路：η=R四、电源的功率及效率问题（1）解决最大功率问题时，要弄清楚是定值电阻还是可变电阻的最大功率，定值电阻的最大功率用P=I（2）电源输出功率最大时，效率不是最大，只有50%经典例题▼1．判断下列说法的正误．(1)电功率越大，表示电流做功越多．()(2)电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功．()(3)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热．()(4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热．()(5)三个公式P＝UI、P=I2R、P=2．通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为eq\f(I,2)，则在时间t内产生的热量为________．3.(多选)对电功及焦耳定律公式的理解正确的是()A．焦耳定律适用于一切电路的焦耳热的求解B．电功公式W＝UIt、焦耳定律公式Q＝I2Rt都适合于任何电路，因此W一定等于QC．非纯电阻电路中的电功可能等于焦耳热D．电功的另一表达式W＝U24.如图所示，一幢居民楼里住着生活需求各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等．停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是()A．P＝I2R B．P＝eq\f(U2,R)C．P＝IU D．P＝I2R＋eq\f(U2,R)5.如图所示为某两个电阻的U－I图像，则电阻之比R1∶R2和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1∶P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1′∶P2′分别是()A．2∶12∶11∶2B．2∶11∶22∶1C．1∶21∶22∶1D．1∶22∶11∶26.定值电阻R1、R2、R3的阻值均为2Ω，在电路中允许消耗的电功率的最大值分别为10W、10W、2W，现将这三个电阻按照如图所示的方式连接，则这部分电路消耗的电功率的最大值为()A．22WB．12WC．15WD．16W7.把相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节滑动变阻器使灯泡均正常发光，两电路所消耗的电功率分别用P甲和P乙表示，则下列结论正确的是()A．P甲＝3P乙 B．P甲>3P乙C．P乙＝3P甲 D．P乙>3P甲8.有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A；把它接入2V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A.(1)求这台电动机的内阻；(2)求电动机正常工作时的输出功率；(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？9.小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1Ω)与规格为“4V4W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5Ω的电阻串联，然后接至U＝12V的电源上，如图4所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：(1)通过电动机的电流；(2)电动机的输出功率P出；(3)电动机的效率．第二节闭合电路的欧姆定律知识梳理▼一、电动势1.闭合电路：由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路。用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。2.非静电力：在电源内部使正电荷向正极移动，与静电力方向相反的力作用于电荷的力叫非静电力。（1）电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中，这种非静电力在做功，使电荷的电势能增加。（2）从能量转化的角度看，电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。3.电动势（1）定义：电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功．（2）表达式：E=W（3）物理意义：反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量（4）单位：功W的单位是焦耳（J），电荷量q的单位是库仑（C），电动势E的单位是伏特（V）二、闭合电路欧姆定律及其能量分析1.部分电路欧姆定律：I=U2.闭合电路：（1）在外电路中，正电荷在恒定电场的作用下由正极移到负极；在电源内部，非静电力把正电荷由负极移到正极。（2）正电荷在静电力的作用下从电势高的位置向电势低的位置移动，电路中正电荷的定向移动方向就是电流的方向，所以，在外电路中，沿电流方向电势降低（3）内阻：电源内部存在电阻，内电路中的电阻叫内电阻，简称内阻。3.闭合电路的欧姆定律（1）内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比（2）公式&I=E①U外表示IR，它是外电路总的电势降落②U内表示三、路端电压与负载的关系1.路端电压U与电流I的关系（1）关系式：U=E−Ir（2）U−I图象如图所示①当电路断路即I=0时，纵坐标的截距为电源电动势②当外电路电压为U=0时，横坐标的截距为短路电流③图线的斜率的绝对值为电源的内阻四、欧姆表原理(多用电表测电阻原理)1.构造：如图所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成．欧姆表内部：电流表、电池、调零电阻串联外部：接被测电阻R全电路电阻R2.工作原理：闭合电路欧姆定律I=E3.刻度的标定：红、黑表笔短接（被测电阻Rx=0）时，调节调零电阻R，使I=（1）当I=Ig时，Rx（2）当I=0时，Rx→∞，在I=0处标为“（3）当I=Ig2时，Rx经典例题▼1．判断下列说法的正误．(1)电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置．()(2)把同一电源接在不同的电路中，电源的电动势也将变化．()(3)电动势就是电势差，两者没有区别．()(4)电源的电动势在数值上等于电源两极之间的电压．()(5)外电路断路时，电源两端的电压就是电源电动势．()(6)当外电阻增大时，外电压随之增大．()(7)当电源两端短路时，路端电压等于电源电动势．()(8)当外电阻趋于无穷大时，外电压大小等于电动势大小．()(9)欧姆表的刻度盘是均匀的，因为电流I随外电阻线性变化．()2．如图所示，电动势为2V的电源跟一个阻值R＝9Ω的电阻接成闭合电路，理想电压表测得电源两端电压为1.8V，则电源的内阻为________Ω.INCLUDEPICTURE"G:\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册（新教材）\\word\\例1.TIF"INCLUDEPICTURE"G:\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册（新教材）\\word\\例1.TIF"INETINCLUDEPICTURE"G:\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册（新教材）\\word\\例1.TIF"INETINCLUDEPICTURE"G:\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册（新教材）\\word\\例1.TIF"INETINCLUDEPICTURE"E:\\2021\\同步\\看\\物理人教必修第三册\\全书完整的Word版文档\\例1.TIF"INET3.(多选)关于电动势E的说法正确的是()A．电动势E的大小，与非静电力所做的功W的大小成正比，与移送电荷量q的大小成反比B．电动势E是由电源本身决定的，跟电源的体积和外电路均无关C．电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量D．电动势E的单位与电势差的单位相同，故两者在本质上相同4.铅蓄电池的电动势为2V，这表示()A．电源将1C的正电荷从正极移至负极的过程中，2J的化学能转变为电能B．电源将1C的正电荷从负极移至正极的过程中，2J的化学能转变为电能C．铅蓄电池在1s内将2J的化学能转变为电能D．铅蓄电池比干电池(电动势为1.5V)的体积大，故电动势大5.电源电动势为E，内阻为r，向可变电阻R供电，关于路端电压，下列说法正确的是()A．因为电源电动势不变，所以路端电压也不变B．因为U＝IR，所以当I增大时，路端电压也增大C．因为U＝E－Ir，所以当I增大时，路端电压减小D．若外电路断开，则路端电压为零6.如图所示，电源的内阻不能忽略，当电路中点亮的电灯的数目增多时，下面说法正确的是()A．外电路的总电阻逐渐变大，电灯两端的电压逐渐变小B．外电路的总电阻逐渐变大，电灯两端的电压不变C．外电路的总电阻逐渐变小，电灯两端的电压不变D．外电路的总电阻逐渐变小，电灯两端的电压逐渐变小INCLUDEPICTURE"G:\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册（新教材）\\word\\例2.TIF"INCLUDEPICTURE"G:\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册（新教材）\\word\\例2.TIF"INETINCLUDEPICTURE"G:\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册（新教材）\\word\\例2.TIF"INET7.(多选)如图所示为某一电源的U－I图线，由图可知()A．电源电动势为2VB．电源内电阻为eq\f(1,3)ΩC．电源短路时电流为6AD．电路路端电压为1V时，电路中电流为5A8.(多选)如图所示，图线1、2分别为闭合电路中两个不同电源的U－I图像，则下列说法正确的是()A．电动势E1＝E2，短路电流I1>I2B．电动势E1＝E2，内阻r1>r2C．电动势E1>E2，内阻r1>r2D．当工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大9.把一量程6mA、内阻100Ω的电流表改装成欧姆表，电路如图所示，现备有如下器材：A.电源E＝3V(内阻不计)；B.滑动变阻器0～100Ω；C.滑动变阻器0～500Ω；D.红表笔；E.黑表笔．(1)滑动变阻器选用________．(2)红表笔接________端，黑表笔接________端．(填“M”或“N”)(3)按正确方法测量Rx，指针指在电流表2mA刻度处，则电阻值应为________；若指在电流表3mA刻度处，则电阻值应为________．(4)若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述电阻Rx，其测量结果与原结果相比将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．10.如图所示是把量程为3mA的电流表改装成欧姆表的示意图，其中电源电动势E＝1.5V．改装后若将原电流表3mA刻度处定为零阻值位置，则1.5mA刻度处应标________Ω，1mA刻度处应标________Ω.11.在如图所示的电路中，电源电动势E＝1.5V，内阻r＝0.6Ω，电阻R1＝3Ω，电阻R2＝4Ω，电阻R3＝6Ω.电压表为理想电表，闭合开关S，求：(1)通过电源的电流大小；(2)电源的内电压和电压表的示数．12.在如图所示的电路中，R1＝20Ω，R2＝10Ω，当开关S扳到位置1时，理想电流表的示数为I1＝0.2A；当开关S扳到位置2时，理想电流表的示数为I2＝0.3A，求电源的电动势和内阻．13.在如图所示电路中，电源电动势E＝12V，内电阻r＝1Ω，电阻R1＝9Ω，R2＝15Ω，理想电流表A的示数为0.4A，求电阻R3的阻值和它消耗的电功率．第三节实验：电池电动势和内阻的测量知识梳理▼一、实验目的1.掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法；进一步理解闭合电路的欧姆定律．2.掌握用图象法求电动势和内阻的方法．二、实验原理1.实验依据：闭合电路欧姆定律．2.E和r的求解：由U＝E－Ir得U1=E−I3.图象法处理：以路端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建系、描点、连线，纵轴截距为电动势E，直线斜率k的绝对值为内阻r.三、实验器材：电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔．四、实验步骤：1.电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按实验原理图连接好实物电路．2.把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端．3.闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数．记录一组电流表和电压表的示数，用同样方法测量并记录几组I、U值，并填入表格中．第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/VI/A4.断开开关，拆除电路，整理好器材方法规律一、数据处理1.列多个方程组求解，再求E、r的平均值．2.用作图法处理数据，如图所示．（1）图线与纵轴交点为E；（2）图线与横轴交点为I（3）图线的斜率表示r＝|ΔUΔI1.偶然误差：（1）电表读数不准引起误差．（2）图象法求E和r时作图不准确．2.系统误差：（1）采取电流表内接法，由于电压表分流造成电动势和内阻的测量值均偏小．（2）采取电流表外接法，由于电流表分压，造成内阻的测量值偏大．三、注意事项1.为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池．2.电流不要过大，应小于0.5A，读数要快．每次读数后立即断开电源．3.要测出不少于6组的(U，I)数据，且变化范围要大些．4.若U－I图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r＝|ΔU5.电流表要内接（因为r很小）经典例题▼1.某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r，所给的其他器材有：A．电压表V：0～3V～15VB．电流表A：0～0.6A～3AC．滑动变阻器R1：(20Ω，1A)D．滑动变阻器R2：(1000Ω，0.1A)E．电阻箱R(0～999.9Ω)F．开关和导线若干(1)实验中电压表应选用的量程为________(选填“0～3V”或“0～15V”)，电流表应选用的量程为________(选填“0～0.6A”或“0～3A”)，滑动变阻器应选用________(选填字母代号“R1”或“R2”)；(2)根据实验要求在图5甲虚线框中画出电路图，并将图乙所示的实物连接成实验电路；(3)测出几组电流、电压的数值，并画出图像如图丙所示，由图像知该电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.2.某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5Ω的保护电阻R0，实验电路如图甲所示．(1)请按图甲电路原理图把图乙实物电路利用笔画线代替导线连接起来．(2)该同学顺利完成实验，测得如表所示的数据，请根据数据在图丙坐标系中画出U－I图像，由图知：电池的电动势为________，内阻为________．(结果均保留2位有效数字)I/AU/V(3)考虑电表本身电阻对测量结果的影响，造成本实验系统误差的原因是__________________________________________________________________________________.(4)实验所得的电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较：E测_______E真，r测________r真．(均填“<”“＝”或“>”)3.为了测量由两节干电池组成的电源的电动势和内电阻，某同学设计了如图5甲所示的实验电路，其中R为电阻箱，R0＝5Ω为保护电阻．(1)按照图甲所示的电路图，将图乙所示的实物连接成实验电路．eq\f(1,U)为纵坐标，以eq\f(1,R)为横坐标，画出eq\f(1,U)－eq\f(1,R)的关系图线(该图线为一直线)，如图丙所示．由图线可求得电池组的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(结果均保留两位有效数字)4.一同学测量某干电池的电动势和内阻．(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路．请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处____________；____________.(2)实验测得的电阻箱阻值R和理想电流表示数I，以及计算出的eq\f(1,I)数据见下表：R/ΩI/Aeq\f(1,I)/A－1根据表中数据，在图方格纸上作出R－eq\f(1,I)关系图像．由图像可计算出该干电池的电动势为________V(结果保留三位有效数字)；内阻为________Ω(结果保留两位有效数字)．5.某学习小组设计了如图甲所示的电路测量电源电动势E和内阻r.实验器材有：待测电源，电流表A(量程为0.6A，内阻不计)，电阻箱R，开关S，导线若干．闭合S，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应电流I，由测得的数据绘出了如图乙所示的eq\f(1,I)－R图线，则电源电动势E＝______V，内阻r＝________Ω.(结果均保留两位有效数字)第四节能源与可持续发展知识梳理▼一、能量转移或转化的方向性1.能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。2.能量的耗散：像电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫作能量的耗散。3.能量转移或转化的方向性(1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．(2)能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗散．(3)能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．二、能源的分类与应用1.煤炭、石油和天然气是目前人类生成、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作化石能源。化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。2.水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于太阳能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。（1）太阳能发电：通过太阳电池将太阳能直接转化成电能。目前我国是最大的光伏产品制造国。（2）水力发电（水电站）（3）风能发电（风车）（4）核能发电（核电站）三、能源与社会发展1．随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题．2．可持续发展(1)可持续发展的核心：追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求．(2)需要做好两方面：①要大力提倡节能；②发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源．经典例题▼1．判断下列说法的正误．(1)由能量守恒定律知，能量是取之不尽、用之不竭的，也不必要节约能源．()(2)热量可以自发地由高温物体传向低温物体，也可以自发地从低温物体传向高温物体．()(3)大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用