（新教材）人教版高中物理必修第三册第12章 电能　能量守恒定律全章课件.pptx

1、第十二章第十二章 电能电能 能量守恒定律能量守恒定律 学学 习习 目目 标标 1.通过实例分析通过实例分析,知道电流做功的实质知道电流做功的实质,理解电功、电功率的概念理解电功、电功率的概念 和物理意义和物理意义,掌握电功和电功率的计算掌握电功和电功率的计算,加深对功与能量转化关加深对功与能量转化关 系的认识系的认识. 2.通过分析电流通过电热水器时电能全部转化为内能通过分析电流通过电热水器时电能全部转化为内能,理解焦耳理解焦耳 定律定律,知道电流热效应在生产、生活中的应用知道电流热效应在生产、生活中的应用. 3.通过分析电动机工作时电路中的能量转化情况通过分析电动机工作时电路中的能量转化情况

2、,能从能量守恒能从能量守恒 的角度理解电功和电热的关系的角度理解电功和电热的关系,提升用能量的观点来解释物理现提升用能量的观点来解释物理现 象的能力象的能力. 1 电路中的能量转化电路中的能量转化 知识点一知识点一 电功和电功率电功和电功率 答案答案:(1)电风扇电风扇:电能转化为机械能和内能电能转化为机械能和内能. (2)电解槽电解槽:电能转化为化学能和内能电能转化为化学能和内能. (3)电热水器电热水器:电能转化为内能电能转化为内能. 用电器工作时用电器工作时,电能转化为其他形式的能电能转化为其他形式的能,是通过电流做功来实现的是通过电流做功来实现的. 1.结合已学知识和你的生活经验结合已

3、学知识和你的生活经验,说明下列用电器工作时的能量转化情况以及说明下列用电器工作时的能量转化情况以及 这些转化是如何实现的这些转化是如何实现的. (1)电风扇电风扇 (2)电解槽电解槽 (3)电热水器电热水器 2.电荷的定向移动形成电流电荷的定向移动形成电流,电能转化为其他形式的能是通过电流做功实现的电能转化为其他形式的能是通过电流做功实现的, 那么电流做功的实质是什么那么电流做功的实质是什么?电流做功的多少和快慢分别用哪个物理量表示电流做功的多少和快慢分别用哪个物理量表示? 答案答案:电流做功的实质电流做功的实质:导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功

4、.自由电自由电 荷在静电力的作用下做定向移动荷在静电力的作用下做定向移动,结果电荷的电势能减少结果电荷的电势能减少,其他形式的能增加其他形式的能增加. 电流做功的多少和快慢分别用电功、电功率表示电流做功的多少和快慢分别用电功、电功率表示. 3.电功电功. (1)电流在一段电路中所做的功电流在一段电路中所做的功,等于这段电路、等于这段电路、 、三者的乘积、三者的乘积. (2)计算公式计算公式:. 4.电功率电功率. (1)概念概念:电流在一段电路中与之比叫作电功率电流在一段电路中与之比叫作电功率,用用P表示表示. (2)公式公式:P= =. (3)单位单位:,符号为符号为. 两端的电压两端的电压

5、U 电路中的电流电路中的电流I 通电时间通电时间t W=UIt 所做的功所做的功 通电时间通电时间 UI 瓦特瓦特 W 知识点二知识点二 焦耳定律焦耳定律 1.电热水壶工作时电热水壶工作时,通过电热丝和导线的电流相同通过电热丝和导线的电流相同,为什么通电一段时间后水壶为什么通电一段时间后水壶 可以把水烧开可以把水烧开,而导线却几乎不发热而导线却几乎不发热?电流通过导体产生热量的多少可能跟什么电流通过导体产生热量的多少可能跟什么 因素有关因素有关? 答案答案:由于导线的电阻很小由于导线的电阻很小,在相同的通电时间内导线上产生的热量很少在相同的通电时间内导线上产生的热量很少,所以所以 导线几乎不发

6、热导线几乎不发热.电流通过导体产生热量的多少可能与导体的电阻、电流、通电流通过导体产生热量的多少可能与导体的电阻、电流、通 电时间有关电时间有关. 2.焦耳定律焦耳定律. (1)内容内容:电流通过导体产生的热量跟成正比电流通过导体产生的热量跟成正比,跟导体的及成正比跟导体的及成正比. (2)表达式表达式:Q=. (3)电流通过导体发热的功率电流通过导体发热的功率:P热 热= =. 电流的二次方电流的二次方 电阻电阻 通电时间通电时间 I2Rt I2R 知识点三知识点三 电路中的能量转化电路中的能量转化 1.电吹风工作时电吹风工作时,电能转化为什么能电能转化为什么能?电熨斗工作时电熨斗工作时,电

7、能转化为什么能电能转化为什么能? 答案答案:电吹风工作时电吹风工作时,电能转化为机械能和内能电能转化为机械能和内能.电熨斗工作时电熨斗工作时,电能全部转化为电能全部转化为 内能内能. 2.电动机的能量转化电动机的能量转化. 从能量转化和守恒的角度看从能量转化和守恒的角度看,电动机从电源获得能量电动机从电源获得能量,一部分转化为机械能一部分转化为机械能,还还 有一部分转化为内能有一部分转化为内能. 设电动机两端的电压为设电动机两端的电压为U,通过电动机线圈的电流为通过电动机线圈的电流为I,电动机线圈的电阻为电动机线圈的电阻为R. (1)求电动机消耗的总功率求电动机消耗的总功率P总 总、电动机的发

8、热功率 、电动机的发热功率P热 热和电动机的机械功率 和电动机的机械功率P机 机. 答案答案:P总 总=UI P热 热=I2R P机 机=P总总-P热热=UI-I2R (2)在计算电动机的机械功率时渗透了哪种物理思想在计算电动机的机械功率时渗透了哪种物理思想? 答案答案:守恒思想守恒思想. (3)接通电源接通电源,若电动机转轴被卡住若电动机转轴被卡住,则电动机的总功率和发热功率满足什么关系则电动机的总功率和发热功率满足什么关系? 答案答案:若电动机转轴被卡住若电动机转轴被卡住,则电动机的输出功率为则电动机的输出功率为0,电动机的总功率和发热电动机的总功率和发热 功率相等功率相等. 小试身手小试

9、身手 判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流( (正确的打“正确的打“”, ,错误的打“错误的打“”).”). 1.电功与电能的单位都是焦耳电功与电能的单位都是焦耳,电功就是电能电功就是电能. ( ) 2.电功率越大电功率越大,表示电流做功越多表示电流做功越多. ( ) 3.电功率越大电功率越大,电路中产生的热量一定越多电路中产生的热量一定越多. ( ) 4.电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程. ( ) 5.热功率一定等于电功率热功率一定等于电功率.( ) 6.在任何电路中都可以用在任何电路中都可以用Q=I2R

10、t求电热求电热.( ) 探究一探究一 电功和电功率电功和电功率 问题情境问题情境 下图表示一段导体下图表示一段导体,已知这段导体两端的电势差为已知这段导体两端的电势差为U,电荷从左向右定向移动电荷从左向右定向移动,导体导体 中的电流为中的电流为I. 1.经过时间经过时间t,通过这段导体某截面的电荷量是多少通过这段导体某截面的电荷量是多少?把这些电荷从左端移到右把这些电荷从左端移到右 端端,静电力做功是多少静电力做功是多少? 答案答案:通过这段导体任一截面的电荷量通过这段导体任一截面的电荷量q=It.根据公式根据公式W=qU,静电力做的功为静电力做的功为 W=UIt. 2.结合已学知识和生活经验

11、与同学讨论结合已学知识和生活经验与同学讨论,如何表示电流做功的快慢如何表示电流做功的快慢. 答案答案:可用电流所做的功与通电时间之比来表示电流做功的快慢可用电流所做的功与通电时间之比来表示电流做功的快慢,由由P= 和和W=UIt 得电功率得电功率P=UI. 3.若把这段导体等效为阻值为若把这段导体等效为阻值为R1的电阻的电阻,当它与另一个阻值为当它与另一个阻值为R2的电阻串联接入的电阻串联接入 电路中时电路中时,它们消耗的电功率有什么关系它们消耗的电功率有什么关系?若二者并联接入电路中若二者并联接入电路中,它们消耗的电它们消耗的电 功率有什么关系功率有什么关系?两种连接方式中两种连接方式中,如

12、何计算电流做功的总功率如何计算电流做功的总功率? 答案答案:串联串联:由由P=UI和和U=IR得得P=I2R,电阻电阻R1消耗的电功率消耗的电功率P1= I2R1,电阻电阻R2消耗的电功率消耗的电功率P2=I2R2,则则 = ,即串联电路中 即串联电路中,各电阻消耗的电功率与各电阻消耗的电功率与 它们的电阻成正比它们的电阻成正比. 由由P总 总=U总总I=(U1+U2)I=U1I+U2I得 得P总 总=P1+P2,即串联电路中 即串联电路中,电流做功的总功率等电流做功的总功率等 于各电阻消耗的功率之和于各电阻消耗的功率之和. 并联并联:由由P=UI和和I= 得 得P= ,电阻电阻R1消耗的电功

13、率消耗的电功率P1= ,电阻 电阻R2消耗的电功率消耗的电功率 P2= ,则 则 = ,即并联电路中 即并联电路中,各电阻消耗的电功率与它们的电阻成反比各电阻消耗的电功率与它们的电阻成反比. 由由P总 总=UI总总=U(I1+I2)=UI1+UI2得 得P总 总=P1+P2,即并联电路中 即并联电路中,电流做功的总功率等电流做功的总功率等 于各电阻消耗的功率之和于各电阻消耗的功率之和. 过程建构过程建构 1.对电功的理解对电功的理解. (1)从力的角度看从力的角度看,电流做功的实质是静电力对自由电荷做功电流做功的实质是静电力对自由电荷做功. (2)从能的角度看从能的角度看,电流做功的过程是电能

14、转化为其他形式的能的过程电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程,电功电功 的大小量度了电能的减少量的大小量度了电能的减少量,标志着电能转化为其他形式的能的多少标志着电能转化为其他形式的能的多少. (3)W=qU=UIt是电功的计算式是电功的计算式,适用于任何电路适用于任何电路. 2.对电功率的理解对电功率的理解. (1)电功率的计算式电功率的计算式P= =UI对任何电路都适用对任何电路都适用. (2)额定功率和实际功率额定功率和实际功率. 比较项比较项 额定功率额定功率 实际功率实际功率 概念概念 用电器上标的功率用电器上标的功率,即用电即用电 器正常工作时消耗的电功率器正常工作时消耗的

15、电功率 用电器实际工作时消耗的电用电器实际工作时消耗的电 功率功率 计算计算 P额 额=U额额I额额 P实 实=U实实I实实 联系联系 用电器正常工作时用电器正常工作时,实际功率等于额定功率实际功率等于额定功率 【典例【典例1】有分别标有“】有分别标有“220 V 100 W”“”“220 V 60 W”的两个灯泡”的两个灯泡(电阻不电阻不 变变),把它们串联接到把它们串联接到220 V的电源上的电源上. (1)两灯泡的实际功率各是多少两灯泡的实际功率各是多少?哪个灯泡更亮哪个灯泡更亮? (2)通电通电0.5 h,两灯泡各消耗多少电能两灯泡各消耗多少电能? 解析解析:由由P=UI和和I= 得

16、得P= ,100 W的灯泡电阻的灯泡电阻R1= =484 , 60 W的灯泡电阻的灯泡电阻R2= =807 .当串联接到当串联接到220 V电源上时电源上时,由由I= 得电路中的电流 得电路中的电流 I= + =0.17 A.100 W灯泡两端的实际灯泡两端的实际 电 压电 压 U 1 实实 = I R 1 , 灯 泡 的 实 际 功 率灯 泡 的 实 际 功 率 P 1 实实 = U 1 实实 I = I 2 R 1 = 1 4 . 0 W ; 60 W灯泡两端的实际电压灯泡两端的实际电压U2实 实=IR2,灯泡的实际功率 灯泡的实际功率P2实 实=U2实实I=I2R2=23.3 W. 因为

17、因为P2实 实P1实实,所以 所以60 W的灯泡更亮的灯泡更亮. (2)100 W灯泡消耗的电能灯泡消耗的电能W1=P1实 实t=25 200 J, 60 W灯泡消耗的电能灯泡消耗的电能W2=P2实 实t=41 940 J. 答案答案:(1)14.0 W 23.3 W 60 W的灯泡更亮的灯泡更亮 (2)25 200 J 41 940 J 探究探究二二 焦耳定律焦耳定律 问题情境问题情境 电热水器是生活中常用的一种电加热器电热水器是生活中常用的一种电加热器,如图所示如图所示.其内部电热元件的电阻为其内部电热元件的电阻为R,电电 路接通后路接通后,通过电热水器的电流为通过电热水器的电流为I. 答

18、案答案:电流通过电热水器做功时电流通过电热水器做功时,电能全部转化为内能电能全部转化为内能,即电流做的功即电流做的功W等于电热等于电热 水器产生的热量水器产生的热量Q,有有Q=W=UIt,根据根据U=IR,得热量得热量Q的表达式为的表达式为Q=I2Rt. 1.若通电时间为若通电时间为t,如何计算电流通过电热水器产生的热量如何计算电流通过电热水器产生的热量? 2.如何计算电流的发热功率如何计算电流的发热功率?电流的发热功率一定与电流做功的功率相等吗电流的发热功率一定与电流做功的功率相等吗? 答案答案:因为因为W=Q,所以此时的电功率所以此时的电功率P= = ,此时的电功率就是电流的发热功率此时的

19、电功率就是电流的发热功率,P 热热=I2R.在推导 在推导P热 热=I2R时 时,用到了用到了W=Q,它要求电流做的功全部变成热它要求电流做的功全部变成热,这种电路称这种电路称 为纯电阻电路为纯电阻电路,也就是说也就是说,只有在纯电阻电路中只有在纯电阻电路中,电流的发热功率才与电流做功的电流的发热功率才与电流做功的 功率相等功率相等. 3.若把电热水器换成电风扇接入电路若把电热水器换成电风扇接入电路,则电流做的功与电流通过电风扇产生的热则电流做的功与电流通过电风扇产生的热 量是什么关系量是什么关系?电流做功的功率与电流通过电风扇的发热功率是什么关系电流做功的功率与电流通过电风扇的发热功率是什么

20、关系? 答案答案:电风扇转动是靠电动机带动的电风扇转动是靠电动机带动的,电风扇工作时电动机从电源获得能量电风扇工作时电动机从电源获得能量,一部一部 分转化为电风扇的机械能分转化为电风扇的机械能,另一部分转化为内能另一部分转化为内能.从能量转化与守恒的角度看从能量转化与守恒的角度看,三三 者满足者满足W电 电=Q+W机械机械,其中 其中W电 电=UIt,Q=I2Rt,W电电Q.对应的功率关系为 对应的功率关系为P电 电=P热热+P机机 械械,其中 其中P电 电=UI,P热热=I2R,P电电P热热. 4.含有电动机的电路可看成哪种电路含有电动机的电路可看成哪种电路?能量转化时能量转化时,它与纯电阻

21、电路有何区别它与纯电阻电路有何区别? 5.有“有“220 V 40 W”的白炽灯和“”的白炽灯和“220 V 40 W”的电动机”的电动机,把它们并联后把它们并联后 接到接到220 V 的照明电路中的照明电路中,二者都能正常工作二者都能正常工作,它们在相同的时间内产生的热量它们在相同的时间内产生的热量 相同吗相同吗?为什么为什么? 答案答案:含有电动机的电路可看成非纯电阻电路含有电动机的电路可看成非纯电阻电路.能量转化时能量转化时,在非纯电阻电路中在非纯电阻电路中, 电能转化为内能和其他形式的能电能转化为内能和其他形式的能;在纯电阻电路中在纯电阻电路中,电能全部转化为内能电能全部转化为内能.

22、答案答案:不相同不相同.电动机和白炽灯消耗的电能相同电动机和白炽灯消耗的电能相同,电动机把一部分电能转化为内能电动机把一部分电能转化为内能, 另一部分转化为机械能另一部分转化为机械能;白炽灯消耗的电能全部转化为内能白炽灯消耗的电能全部转化为内能. 过程建构过程建构 纯电阻电路和非纯电阻电路的比较纯电阻电路和非纯电阻电路的比较. 比较项比较项 纯电阻电路纯电阻电路 非纯电阻电路非纯电阻电路 用电器用电器 举例举例 白炽灯、电炉、电熨斗、白炽灯、电炉、电熨斗、 电饭锅电饭锅 电动机、电解槽电动机、电解槽 能量转化能量转化 能量关系能量关系 W=Q,即即UIt=I2Rt= t W=Q+E其他 其他,

23、即 即UIt=I2Rt+E其他 其他 功率关系功率关系 P=P热 热,即 即UI=I2R P=P热 热+P其他其他,即 即UI=I2R+P其他 其他 是否遵守是否遵守 欧姆定律欧姆定律 遵守欧姆定律遵守欧姆定律,I= 不遵守欧姆定律不遵守欧姆定律,II2R D.Q=I2Rt适用于任何电路适用于任何电路 答案答案:C 2.室内有几种用电器室内有几种用电器:1.5 kW的电饭煲、的电饭煲、200 W的电冰箱、的电冰箱、750 W的取暖器、的取暖器、 250 W的电视机和的电视机和2 kW的空调器的空调器.如果进户线处有如果进户线处有13 A的保险丝的保险丝,供电电压为供电电压为 220 V,下列情

24、况下不能同时使用的是下列情况下不能同时使用的是( ) A.电饭煲和电冰箱电饭煲和电冰箱 B.取暖器和空调器取暖器和空调器 C.电饭煲和空调器电饭煲和空调器 D.电冰箱、电视机和空调器电冰箱、电视机和空调器 3.(多选多选)有两个灯泡有两个灯泡L1、L2,它们的电阻不变它们的电阻不变,额定电压皆为额定电压皆为6 V,额定功率分别额定功率分别 为为6 W、3 W,将它们接在电路中将它们接在电路中,下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A.若将它们串联接在电路中若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为两灯泡的总功率最大为9 W B.若将它们串联接在电路中若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最

25、大为两灯泡的总功率最大为4.5 W C.若将它们并联接在电路中若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为两灯泡的总功率最大为9 W D.若将它们并联接在电路中若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为两灯泡的总功率最大为4.5 W 答案答案:BC 4.把三个相同的灯泡接成如图甲、乙所示的电路把三个相同的灯泡接成如图甲、乙所示的电路,通过调节供电电压与滑动通过调节供电电压与滑动 变阻器变阻器R1、R2的阻值的阻值,使两组灯泡均能正常发光使两组灯泡均能正常发光,并且两电路消耗的总电功率并且两电路消耗的总电功率 也相同也相同,则则R1、R2满足满足( ) 答案答案:A 甲甲 乙乙 A.R2=9R

26、1 B.R2=6R1 C.R2=3R1 D.R1=R2 5.小型直流电动机的线圈电阻为小型直流电动机的线圈电阻为r=1 ,与规格为“与规格为“4 V 4 W”的小灯泡并”的小灯泡并 联联,再与阻值为再与阻值为R=5 的电阻串联的电阻串联,然后接在然后接在U=12 V的电源上的电源上,如图所示如图所示,闭合闭合 开关开关,小灯泡恰好正常发光小灯泡恰好正常发光,电动机正常工作电动机正常工作,求求: (1)通过电动机的电流通过电动机的电流; (2)电动机的输出功率电动机的输出功率P出 出; (3)电动机的效率电动机的效率. 解析解析:(1)流经灯泡的电流流经灯泡的电流IL= =1 A, 流经电阻的电

27、流流经电阻的电流IR= =1.6 A, 流经电动机的电流流经电动机的电流I=IR-IL=0.6 A. (2)电动机消耗的总功率电动机消耗的总功率P=ULI=2.4 W, 电动机的热功率电动机的热功率P热 热=I2r=0.36 W, 电动机的输出功率电动机的输出功率P出 出=P-P热热=2.04 W. (3)电动机的效率电动机的效率= 出 出 =85%. 答案答案:(1)0.6 A (2)2.04 W (3)85% 第十二章第十二章 电能电能 能量守恒定律能量守恒定律 学学 习习 目目 标标 1.通过对电源内部结构的分析通过对电源内部结构的分析,了解其工作原理了解其工作原理,理解电动势的概理解电

28、动势的概 念和物理含义念和物理含义,知道电源电动势和内阻是标志电源性能的主要参知道电源电动势和内阻是标志电源性能的主要参 数数. 2.通过分析闭合电路中的能量转化通过分析闭合电路中的能量转化,理解闭合电路欧姆定律理解闭合电路欧姆定律,掌握掌握 电源电动势与路端电压和内电压的关系电源电动势与路端电压和内电压的关系,并能用能量的观点解释并能用能量的观点解释, 体会能量守恒定律在闭合电路的欧姆定律中的应用体会能量守恒定律在闭合电路的欧姆定律中的应用. 3.能用闭合电路的欧姆定律解释负载对路端电压和电源输出功能用闭合电路的欧姆定律解释负载对路端电压和电源输出功 率的影响等实际问题率的影响等实际问题,体

29、会图像法在研究物理问题中的作用体会图像法在研究物理问题中的作用,知知 道欧姆表测量电阻的原理道欧姆表测量电阻的原理. 2 闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律 知识点一知识点一 电动势电动势 答案答案:当干电池充当电源时当干电池充当电源时,在电源外部在电源外部,负电荷从电源的负极流到电源的正极负电荷从电源的负极流到电源的正极; 在电源内部在电源内部,负电荷从电源的正极流向负极负电荷从电源的正极流向负极. 1.一干电池如图所示一干电池如图所示,当这节干电池充当电源时当这节干电池充当电源时,负电荷是从电源的正极流到负负电荷是从电源的正极流到负 极极,还是从电源的负极流到正极还是从电源的负极流到正极

30、? 2.电动势电动势. (1)概念概念:在物理学中在物理学中,我们用我们用 所做的功与所移动的电荷量之比来表示所做的功与所移动的电荷量之比来表示 电源的特性电源的特性,叫作电动势叫作电动势. (2)定义式定义式: . (3)单位单位:伏特伏特(V). (4)物理意义物理意义:电动势在数值上等于电动势在数值上等于 把把 1 C 的正电荷在电源内从的正电荷在电源内从 移送到移送到 所做的功所做的功,即电动势是反映电源中非静电力做功本领的物理量即电动势是反映电源中非静电力做功本领的物理量. 非静电力非静电力 E= 非静电力非静电力 负极负极 正极正极 (5)不同型号的电池如图所示不同型号的电池如图所

31、示,能否依据电池体积的大小判断电池电动势的能否依据电池体积的大小判断电池电动势的 大小大小?为什么为什么? 答案答案:不能不能.因为电动势由电源中非静电力的特性决定因为电动势由电源中非静电力的特性决定,对于常用的干电池对于常用的干电池 来说来说,电动势跟电池的体积无关电动势跟电池的体积无关. 知识点二知识点二 闭合电路欧姆定律及其能量分析闭合电路欧姆定律及其能量分析 1.将一节电压为将一节电压为1.5 V的新电池接在如图所示的电路中的新电池接在如图所示的电路中,且电路中有一阻值为且电路中有一阻值为R 的电阻的电阻.当开关断开时当开关断开时,用电压表测量出的电压为用电压表测量出的电压为1.5 V

32、.当开关闭合后当开关闭合后,电压表的电压表的 读数变小读数变小.如何解释这种现象如何解释这种现象? 答案答案:因为电源内有电阻因为电源内有电阻,当开关闭合后当开关闭合后,电源内的电阻分得了一部分电压电源内的电阻分得了一部分电压,所以所以 电压表读数小于电压表读数小于1.5 V. 2.部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律:I= . 3.在下图所示的电路中标出内电路和外电路在下图所示的电路中标出内电路和外电路,并分析外电路中电势的变化规并分析外电路中电势的变化规 律律. 答案答案:内电路和外电路如图所示内电路和外电路如图所示.在外电路中在外电路中,沿电流的方向沿电流的方向,电势逐渐降低电势逐渐降低.

33、4.闭合电路的能量分析闭合电路的能量分析. 闭合电路如图所示闭合电路如图所示,设电源电动势为设电源电动势为E,电源内阻为电源内阻为r,外电路电阻为外电路电阻为R,电路中电电路中电 流为流为I.试分析通电时间试分析通电时间t内内,非静电力做功与电能转化成其他形式能的关系非静电力做功与电能转化成其他形式能的关系. 答案答案:通电时间通电时间t内内,非静电力做的功非静电力做的功W=EIt, 外电路中电能转化成的内能外电路中电能转化成的内能Q外 外=I2Rt, 内电路中电能转化成的内能内电路中电能转化成的内能Q内 内=I2rt, 根据能量守恒定律可得根据能量守恒定律可得W=Q外 外+Q内内, 所以所以

34、EIt=I2Rt+I2rt. 5.闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律. (1)内容内容:闭合电路的电流跟电源的成正比闭合电路的电流跟电源的成正比,跟跟 成反比成反比. (2)表达式表达式:I= +,也可写成 也可写成. 电动势电动势 内、外电路的电阻之和内、外电路的电阻之和 E=U外 外+U内内 知识点三知识点三 路端电压与负载的关系路端电压与负载的关系 路端电压的路端电压的U-I图像如下图所示图像如下图所示,外电路的电阻为外电路的电阻为R. (1)根据闭合电路欧姆定律根据闭合电路欧姆定律,路端电压与电流的关系为路端电压与电流的关系为U=. (2)当外电路断开时当外电路断开时,电路中电流电路

35、中电流I=0,路端电压路端电压U=,即断路时的路端电压等于即断路时的路端电压等于. (3)当电源两端短路时当电源两端短路时,外电路的电阻外电路的电阻R=0,此时电流此时电流I= . E-Ir E 电源的电动势电源的电动势 小试身手小试身手 判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流( (正确的打“正确的打“”, ,错误的打“错误的打“”).”). 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把同一电源接在不同的电路中,电源的电动势也将变化电源的电动势也将变化. ( ) 3.E

36、=U+Ir适用于任何电路适用于任何电路.( ) 4.在电源一定的闭合电路中在电源一定的闭合电路中,外电路的电阻越大外电路的电阻越大,路端电压越大路端电压越大. ( ) 5.外电路短路时外电路短路时,电路中的电流无穷大电路中的电流无穷大.( ) 探究一探究一 电动势电动势 问题情境问题情境 如图所示如图所示,电源在电路中的作用是不断地将流到负极的正电荷经过电源内部搬运电源在电路中的作用是不断地将流到负极的正电荷经过电源内部搬运 到正极到正极,从而保持正、负极有稳定的电势差从而保持正、负极有稳定的电势差,电路中有持续的电流电路中有持续的电流. 1.在图示电源内部在图示电源内部,正电荷在运动过程中静

37、电力对其做什么功正电荷在运动过程中静电力对其做什么功?非静电力对正非静电力对正 电荷做什么功电荷做什么功?能量如何转化能量如何转化? 答案答案:在电源内部在电源内部,正电荷所受静电力的方向与正电荷运动的方向相反正电荷所受静电力的方向与正电荷运动的方向相反,故静电力故静电力 对正电荷做负功对正电荷做负功;在电源内部在电源内部,正电荷所受非静电力的方向与正电荷运动的方向正电荷所受非静电力的方向与正电荷运动的方向 相同相同,故非静电力对正电荷做正功故非静电力对正电荷做正功;其他形式的能转化为正电荷的电势能其他形式的能转化为正电荷的电势能. 2 . 日 常 生 活 中 我 们 经 常 接 触 到 各

38、种 各 样 的 电 池日 常 生 活 中 我 们 经 常 接 触 到 各 种 各 样 的 电 池 , 如 标 有如 标 有 “1.5 V”字样的普通干电池”字样的普通干电池,标有“标有“3.7 V”字样的锂离子电池”字样的锂离子电池.如果把如果把1 C的正的正 电荷从一节电荷从一节1.5 V的干电池的负极移到正极的干电池的负极移到正极,非静电力做多少功非静电力做多少功?电荷的电势能电荷的电势能 增加多少增加多少?如果把如果把 1 C的正电荷从的正电荷从3.7 V的锂电池的负极移到正极呢的锂电池的负极移到正极呢?哪个电池做功本领大哪个电池做功本领大? 答案答案:把把1 C的正电荷从的正电荷从1.

39、5 V的干电池的负极移到正极的干电池的负极移到正极,非静电力做功非静电力做功1.5 J,电荷的电荷的 电势能增加电势能增加1.5 J;把把1 C的正电荷从的正电荷从 3.7 V的锂电池的负极移到正极的锂电池的负极移到正极,非静电力做功非静电力做功3.7 J,电荷的电势能增加电荷的电势能增加3.7 J.3.7 V 的锂电池做功本领大的锂电池做功本领大. 3.是不是非静电力做功越多是不是非静电力做功越多,电源把其他形式的能转化为电势能的本领就越大电源把其他形式的能转化为电势能的本领就越大? 如何描述电源把其他形式的能转化为电势能的本领如何描述电源把其他形式的能转化为电势能的本领? 答案答案:不是不

40、是.若把相同数量的电荷从电源的一极搬运到另一极若把相同数量的电荷从电源的一极搬运到另一极,做功越多做功越多,电荷获电荷获 得的电势能越多得的电势能越多,表明电源把其他形式的能转化为电势能的本领越大表明电源把其他形式的能转化为电势能的本领越大.可以用非可以用非 静电力做的功与电荷量的比值即静电力做的功与电荷量的比值即E= 来反映非静电力做功的本领来反映非静电力做功的本领. 过程建构过程建构 1.对非静电力的理解对非静电力的理解. (1)非静电力非静电力:电源内使正、负电荷分离电源内使正、负电荷分离,并使正电荷聚积到电源正极、负电并使正电荷聚积到电源正极、负电 荷聚积到电源负极的非静电性质的作用力

41、荷聚积到电源负极的非静电性质的作用力,是对除静电力外能对电荷流动起是对除静电力外能对电荷流动起 作用的其他力的统称作用的其他力的统称. (2)来源来源:在化学电池中在化学电池中,非静电力是化学作用非静电力是化学作用,它使化学能转化为电势能它使化学能转化为电势能;在发在发 电机中电机中,非静电力是电磁作用非静电力是电磁作用,它把机械能转化为电势能它把机械能转化为电势能. 2.电势差与电源电动势的区别电势差与电源电动势的区别. 比较项比较项 电势差电势差 电动势电动势 意义意义 表示静电力做功将电势能转化表示静电力做功将电势能转化 为其他形式的能的本领大小为其他形式的能的本领大小 表示非静电力做功

42、将其他形表示非静电力做功将其他形 式的能转化为电势能的本领式的能转化为电势能的本领 大小大小 概念概念 UAB= ,数值上等于将数值上等于将1 C正正 电荷从导体一端移到另一端静电荷从导体一端移到另一端静 电力所做的功电力所做的功 E= ,数值上等于将数值上等于将1 C正电正电 荷从电源负极移到正极非静荷从电源负极移到正极非静 电力所做的功电力所做的功 单位单位 伏特伏特(V) 伏特伏特(V) 正、负正、负 含义含义 正、负表示相对零电势点的高正、负表示相对零电势点的高 低低,电流流过电阻电流流过电阻,电势降低电势降低 一般地一般地,在中学在中学E取正值取正值,不不 讨论负电动势问题讨论负电动

43、势问题 决定决定 因素因素 由电源及导体的电阻和连接方由电源及导体的电阻和连接方 式决定式决定 仅由电源本身决定仅由电源本身决定 【典例【典例1】(多选多选)一组铅蓄电池的电动势为一组铅蓄电池的电动势为6 V,内阻不为内阻不为0,下列说法正确的是下列说法正确的是 ( ) A.电路中每通过电路中每通过1 C的电荷的电荷,铅蓄电池能把铅蓄电池能把6 J的化学能转化为电势能的化学能转化为电势能 B.体积大的铅蓄电池比体积小的铅蓄电池的电动势大体积大的铅蓄电池比体积小的铅蓄电池的电动势大 C.电路中每通过电路中每通过1 C的电荷的电荷,铅蓄电池内部非静电力做功为铅蓄电池内部非静电力做功为 6 J D.

44、该铅蓄电池把其他形式的能转化为电势能的本领比一节干电池该铅蓄电池把其他形式的能转化为电势能的本领比一节干电池(电动势为电动势为1.5 V)的强的强 解析解析:由由W=Eq可知可知,电路中每通过电路中每通过1 C的电荷时的电荷时,铅蓄电池将铅蓄电池将6 J的化学能转化的化学能转化 为电势能为电势能,故选项故选项A正确正确;电源的电动势只与电源的性质有关电源的电动势只与电源的性质有关,与体积无关与体积无关,故故 选项选项B错误错误;电路中每通过电路中每通过1 C的电荷的电荷,铅蓄电池内部非静电力做功为铅蓄电池内部非静电力做功为 W=Eq=6 J,故选项故选项C正确正确;电动势反映电源将其他形式的能

45、转化为电势能的电动势反映电源将其他形式的能转化为电势能的 本领本领,故选项故选项D正确正确. 答案答案:ACD 探究探究二二 闭合电路欧姆定律及其能量分析闭合电路欧姆定律及其能量分析 问题情境问题情境 下图为闭合电路的组成示意图下图为闭合电路的组成示意图. 1.若电源电动势为若电源电动势为E,闭合开关闭合开关,电路中的电流为电路中的电流为I,在时间在时间t内非静电力做功多少内非静电力做功多少?内、内、 外电路中产生的热量分别为多少外电路中产生的热量分别为多少?它们之间有怎样的关系它们之间有怎样的关系? 2.闭合电路的电流闭合电路的电流I与电动势与电动势E、外电路的电阻、外电路的电阻R和内阻和内

46、阻r有什么关系有什么关系? 答案答案:根据根据EIt=I2Rt+I2rt,可得可得E=IR+Ir或或I= +. 答案答案:非静电力做功非静电力做功W=EIt,内、外电路产生的热量分别为内、外电路产生的热量分别为Q内 内=I2rt,Q外外=I2Rt, 根据能量守恒定律有根据能量守恒定律有 W=Q外 外+Q内内,即 即EIt=I2Rt+I2rt. 3.图示电路中图示电路中,电源的输出功率与外电路的电阻电源的输出功率与外电路的电阻R有什么关系有什么关系?电源的效率与外电电源的效率与外电 路的电阻路的电阻R有什么关系有什么关系? 答案答案:电源的输出功率为电源的输出功率为 P出 出=UI= (+)=

47、() + .由上式可以看出由上式可以看出 (1)当当R=r时时,电源的输出功率最大电源的输出功率最大,P出 出= . (2)当当Rr时时,随着随着R的增大输出功率越来越小的增大输出功率越来越小. (3)当当Rr时时,随着随着R的增大输出功率越来越大的增大输出功率越来越大. (4)P出 出与 与R的关系如图所示的关系如图所示. 电源的效率为电源的效率为= 出 出 总 总= = (+)= += + ,故外电路电阻越大故外电路电阻越大,电源效率越高电源效率越高. 过程建构过程建构 1.闭合电路欧姆定律的几种表达形式闭合电路欧姆定律的几种表达形式: (1)I= +、 、E=IR+Ir只适用于外电路为纯

48、电阻电路的闭合电路只适用于外电路为纯电阻电路的闭合电路. (2)E=U外 外+Ir、 、E=U外 外+U内内适用于任何闭合电路 适用于任何闭合电路. 2.电源的功率电源的功率. 项目项目 物理意义物理意义 表达形式表达形式 电源的总电源的总 功率功率P总 总 电源向整个电路提供的总电源向整个电路提供的总 功率功率,表示将其他形式的能表示将其他形式的能 转化为电势能的功率转化为电势能的功率 任何电路都有任何电路都有P总 总=EI,若 若 外电路为纯电阻电路外电路为纯电阻电路,可可 表示为表示为P总 总=I2(R+r)= + 电源内阻的电源内阻的 热功率热功率P内 内 电源内阻消耗的功率电源内阻消

49、耗的功率 P内 内=I2r 电源的输出电源的输出 功率功率P出 出 外电路消耗的功率外电路消耗的功率 任何电路都有任何电路都有P出 出=U外外 I, 若外电路为纯电阻电路若外电路为纯电阻电路, P出 出=I2R= (+)= 外 外 三者关系三者关系:P总 总=P内内+P出出 【典例【典例2】如图所示】如图所示,电源电动势为电源电动势为E,内阻为内阻为r.闭合开关闭合开关,当滑动变阻器的滑片当滑动变阻器的滑片P向向 B点移动时点移动时,电压表电压表V1的读数的读数U1与电压表与电压表V2的示数的示数U2的变化情况是的变化情况是 ( ) A.U1变大变大,U2变小变小 B.U1变大变大,U2变大变

50、大 C.U1变小变小,U2变小变小 D.U1变小变小,U2变大变大 学会审题学会审题 解析解析:滑动变阻器的滑片滑动变阻器的滑片P向向B点移动时点移动时,电路总电阻变大电路总电阻变大,根据闭合电路欧姆定根据闭合电路欧姆定 律知干路中的电流律知干路中的电流I= +变小 变小.因为路端电压因为路端电压U=E-Ir,所以所以U增大增大,即电压表即电压表V1示示 数数U1变大变大.由部分电路欧姆定律由部分电路欧姆定律I= 知电压表 知电压表V2示数示数U2变小变小,所以选项所以选项A正确正确. 答案答案:A 【典例【典例3】如图所示】如图所示,E=8 V,r=2 ,R1=8 ,R2为滑动变阻器为滑动变