第十二章電能+能量守恒定律+知識(shí)點(diǎn)清單 高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)

2/2新教材人教版高中物理必修第三冊(cè)第十二章知識(shí)點(diǎn)清單目錄第12章電能能量守恒定律第1節(jié)電路中的能量轉(zhuǎn)化第2節(jié)閉合電路的歐姆定律第3節(jié)實(shí)驗(yàn)：電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量第4節(jié)能源與可持續(xù)發(fā)展第12章電能能量守恒定律第1節(jié)電路中的能量轉(zhuǎn)化一、電功和電功率1.電功(1)定義：靜電力移動(dòng)電荷所做的功，簡(jiǎn)稱電功。(2)公式：(3)單位：在國(guó)際單位制中，電功的單位是焦耳，符號(hào)為J。常用的單位還有千瓦時(shí)，1kW·h=3.6×106J。2.電功率(1)定義：電流在一段電路中所做的功與通電時(shí)間之比叫作電功率，它在數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功。(2)公式：(3)單位：在國(guó)際單位制中，電功率的單位是瓦特，符號(hào)為W。常用的單位還有千瓦

(kW)，1kW=1000W。(4)意義：電功率表示電流做功的快慢。二、焦耳定律1.焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電

時(shí)間成正比。(2)表達(dá)式：2.熱功率(1)定義：熱功率指單位時(shí)間內(nèi)電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量。(2)表達(dá)式：P熱=I2R。三、電路中的能量轉(zhuǎn)化1.純電阻電路：電流通過(guò)純電阻電路做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能。此時(shí)電功等于電熱，W=Q=UIt=I2Rt=U2Rt，電功率等于熱功率，P=P熱=UI=I2R=2.非純電阻電路：含有電動(dòng)機(jī)、電解槽等用電器的電路稱為非純電阻電路。在非純電阻電路中，電流做的功一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能，還有一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。此時(shí)電功大于電熱，W=UIt=Q+E其他>Q=I2Rt，電功率大于熱功率，P=UI=P熱+P其他>P熱=I2R。四、純電阻電路和非純電阻電路的理解純電阻電路非純電阻電路電路特點(diǎn)電路中只有電阻元件，只能把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能除電阻外還包括能把電能轉(zhuǎn)化為除內(nèi)能外的其他形式能的用電器是否遵循歐姆定律遵循歐姆定律I=U不遵循歐姆定律U>IR或I<U能量轉(zhuǎn)化電流做功，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電流做功，電能除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還要轉(zhuǎn)化為其他形式的能元件舉例電阻、電爐絲、白熾燈等電動(dòng)機(jī)、電解槽等電功W=UIt=I2Rt=U2W=UIt電熱Q=I2Rt=UIt=U2Q=I2Rt電功率P=UI=I2R=UP=UI熱功率P熱=I2R=UI=UP熱=I2R五、電動(dòng)機(jī)的功率和效率1.電動(dòng)機(jī)模型如圖，電動(dòng)機(jī)由線圈電阻和其他元件組成。電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，部分電壓加在線圈電阻上，大部分電壓加在其他元件上用來(lái)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，此時(shí)電路為非純電阻電路；電動(dòng)機(jī)通電但電動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，電壓全部加在線圈電阻上，此時(shí)電路為純電阻電路。?2.電動(dòng)機(jī)的功率和效率輸入功率電動(dòng)機(jī)消耗的電功率(總功率)，由電動(dòng)機(jī)兩端的電壓和通過(guò)的電流決定，P總=UI發(fā)熱功率電動(dòng)機(jī)線圈上有電阻，電流通過(guò)線圈時(shí)要發(fā)熱，P熱=I2r輸出功率電動(dòng)機(jī)做有用功的功率，P出=Fv，F(xiàn)為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的牽引力，v為使物體獲得的速度大小功率關(guān)系P總=P出+P熱電動(dòng)機(jī)效率η=P出P總×100%=P第2節(jié)閉合電路的歐姆定律一、電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻1.電動(dòng)勢(shì)(1)定義：非靜電力所做的功與所移動(dòng)的電荷量之比。(2)表達(dá)式：(3)物理意義：反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)大小的物理量。2.內(nèi)阻電源內(nèi)部也是由導(dǎo)體組成的，也有電阻，叫作電源的內(nèi)阻，它是電源的另一重要參數(shù)。二、閉合電路歐姆定律1.內(nèi)容：閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。2.公式?3.常用的變形公式(1)公式：E=U外+U內(nèi)或U=E-Ir。(2)適用范圍：既適用于外電路為純電阻電路也適用于非純電阻電路。三、路端電壓U與電流I的關(guān)系1.關(guān)系式：U=E-Ir。2.U-I圖像如圖所示。(1)當(dāng)電路斷路即I=0時(shí)，圖線與U軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為電源電動(dòng)勢(shì)。(2)當(dāng)外電路電壓為U=0時(shí)，圖線與I軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為短路電流。(3)圖線的斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻。四、閉合電路的動(dòng)態(tài)分析1.判定總電阻變化情況的規(guī)律(1)當(dāng)外電路的任何一個(gè)電阻增大(或減小)時(shí)，電路的總電阻一定增大(或減小)。(2)若開(kāi)關(guān)的通、斷使串聯(lián)的用電器增多，則電路的總電阻增大；若開(kāi)關(guān)的通、斷使并聯(lián)的支路增多，則電路的總電阻減小。(3)在如圖所示分壓電路中，滑動(dòng)變阻器可視為由兩段電阻構(gòu)成，其中一段R并與用電器并聯(lián)，另一段R串與并聯(lián)部分串聯(lián)。電路中的總電阻與R串的變化趨勢(shì)一致。?2.電路動(dòng)態(tài)分析的方法(1)程序法：遵循“局部—整體—部分”的思路，按以下步驟分析：?(2)極限法：因滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)引起的電路變化問(wèn)題，可將滑動(dòng)變阻器的滑片分別滑至兩個(gè)極端去討論。(3)串反并同法：“串反”是指某一電阻增大(或減小)時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(或增大)；“并同”是指某一電阻增大(或減小)時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(或減小)。五、閉合電路的功率及效率問(wèn)題1.閉合電路的功率和效率電源總功率任意電路：P總=EI=P出+P內(nèi)純電阻電路：P總=I2(R+r)=E電源內(nèi)部消耗的功率P內(nèi)=I2r=P總-P出電源的輸出功率任意電路：P出=UI=P總-P內(nèi)純電阻電路：P出=I2R=E電源的效率任意電路：η=P出P總純電阻電路：η=RR+r2.電源的輸出功率與外電阻的關(guān)系由P出與外電阻R的關(guān)系圖像可知：(1)當(dāng)R=r時(shí)，電源的輸出功率最大，為E2(2)當(dāng)R>r時(shí)，隨著R的增大，輸出功率越來(lái)越小。(3)當(dāng)R<r時(shí)，隨著R的增大，輸出功率越來(lái)越大。(4)當(dāng)P出<P出m時(shí)，每個(gè)輸出功率對(duì)應(yīng)兩個(gè)外電阻R1和R2，且R1R2=r2。六、含容電路問(wèn)題1.電路的簡(jiǎn)化不分析電容器的充、放電過(guò)程時(shí)，把電容器所在的支路視為斷路，簡(jiǎn)化電路時(shí)可以去掉，求電荷量時(shí)再在相應(yīng)位置補(bǔ)上。2.電路穩(wěn)定時(shí)電容器的處理方法電容器所在的支路中沒(méi)有電流，同支路的電阻相當(dāng)于導(dǎo)線，即電阻不分壓，是等勢(shì)體。電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的支路兩端的電壓。3.電容器所帶電荷量的變化如果變化前后極板帶電的電性相同，那么通過(guò)所連導(dǎo)線的電荷量等于初、末狀態(tài)電容器所帶電荷量之差；如果變化前后極板帶電的電性相反，那么通過(guò)所連導(dǎo)線的電荷量等于初、末狀態(tài)電容器所帶電荷量之和。第3節(jié)實(shí)驗(yàn)：電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)思路1.伏安法：根據(jù)閉合電路歐姆定律，電源電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)阻r與路端電壓U、電流I的關(guān)系可以寫(xiě)成E=U+Ir，測(cè)出U、I的兩組數(shù)據(jù)，就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程，從中解出E和r。電路如圖所示。?2.安阻法：根據(jù)閉合電路的歐姆定律，電源電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)阻r與外電阻R、電流I的關(guān)

系可以寫(xiě)成E=IR+Ir，測(cè)出I、R的兩組數(shù)據(jù)，也可以得到關(guān)于E和r的兩個(gè)方程，從中解出E和r。電路如圖所示。3.伏阻法：根據(jù)閉合電路的歐姆定律，電源電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)阻r與外電阻R、路端電壓

U的關(guān)系可以寫(xiě)成E=U+URr，測(cè)出U、R的兩組數(shù)據(jù)，也可以得到關(guān)于E和r的兩個(gè)方程，從中解出E和r。電路如圖所示。二、實(shí)驗(yàn)步驟(以伏安法為例)1.電流表用0~0.6A量程，電壓表用0~3V量程，按實(shí)驗(yàn)原理圖連接好電路。2.把滑動(dòng)變阻器的滑片移到最左端，使其接入電路的阻值最大。3.閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表有明顯的示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(I1、U1)。用同樣的方法測(cè)量幾組I、U值。4.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，整理好器材。三、數(shù)據(jù)分析(以伏安法為例)1.計(jì)算法：由E=U1+I1r，E=U2+I2r可解得E=I1U2?I2U1I1?2.作圖法(1)本實(shí)驗(yàn)中，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，一般用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即根據(jù)多次測(cè)出的U、I值，作U-I圖像。(2)將圖線兩端延長(zhǎng)，縱軸截距點(diǎn)對(duì)應(yīng)斷路情況，這時(shí)的電壓U等于電源電動(dòng)勢(shì)E。(3)橫軸截距點(diǎn)(路端電壓U=0)對(duì)應(yīng)短路情況，這時(shí)的電流I等于短路電流Er(4)圖線斜率的絕對(duì)值等于電源的內(nèi)阻r，即r=ΔUΔI=E四、伏安法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻中的誤差分析1.系統(tǒng)誤差根據(jù)E=U+Ir測(cè)E、r，要求U是路端電壓，I是流過(guò)電源的總電流。但由于電流表、電壓表內(nèi)阻的影響，存在系統(tǒng)誤差。(1)如圖甲所示，電壓表的讀數(shù)是準(zhǔn)確的，但由于電壓表的分流作用，電流表的讀數(shù)小于總電流I。而且電壓表的讀數(shù)越大，分流越大；讀數(shù)越小，分流越小。如圖乙所示，對(duì)實(shí)驗(yàn)作出的測(cè)量圖線(實(shí)線)進(jìn)行修正可得到虛線，對(duì)比實(shí)驗(yàn)圖線和修正圖線，易得E測(cè)<E真，r測(cè)<r真。即用圖甲所示的方式測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，測(cè)量值均小于真實(shí)值。?甲乙(2)如果采用圖丙的電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，系統(tǒng)誤差來(lái)源于電流表分壓，且電流表讀數(shù)越大，電流表分壓越大，如圖丁所示，對(duì)實(shí)驗(yàn)作出的測(cè)量圖線(實(shí)線)進(jìn)行修正，可得到虛線，對(duì)比實(shí)驗(yàn)圖線和修正圖線，可得E測(cè)=E真，r測(cè)=RA+r真>r真。丙丁2.偶然誤差引起偶然誤差的原因：(1)電表讀數(shù)視差或電表接線柱接觸不良。(2)每次讀完電表示數(shù)沒(méi)有立即斷電，而是長(zhǎng)時(shí)間閉合開(kāi)關(guān)，甚至改變變阻器阻值的全過(guò)程中始終通電，造成電池電動(dòng)勢(shì)E減小，內(nèi)阻r增大。(3)用圖像法求E和r時(shí)作圖不準(zhǔn)確。五、安阻法和伏阻法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻方法安阻法伏阻法實(shí)驗(yàn)電路數(shù)據(jù)處理計(jì)算法E=I1(R1+r)E=I2(R2+r)E=Ir=IE=U1+U1E=U2+U2E=Ur=R圖像法1I=1ER+1E?1U=rE·1第4節(jié)能源與可持續(xù)發(fā)展一、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性1.能量守恒定律：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。2.能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的。

這個(gè)過(guò)程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行，因此能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程有些是可以自然發(fā)生的，有些則不能。3.能量的耗散：例如，電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能又通過(guò)燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)吸收之后變成周圍環(huán)境的內(nèi)能，我們很難把這些內(nèi)能收集起來(lái)重新利用。這種現(xiàn)象叫作能量的耗散。能量的耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過(guò)程具有方向性。4.能源危機(jī)的含義：能量的耗散表明，在能源的利用過(guò)程中，能量在數(shù)量上雖未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的能源變成不便于利用的能源。二、能源的分類與應(yīng)用1.能源的分類(1)煤炭、石油和天然氣是目前人類生產(chǎn)、生活中使用的主要能源。這類能源又叫作化石能源。化石能源無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)再生，所以這類能源叫作不可再生能源。(2)水能、風(fēng)能、潮汐能等能源，歸根結(jié)底來(lái)源于太陽(yáng)能。這些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。2.能源的應(yīng)用：太陽(yáng)能發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、核能發(fā)電等。三、能源與社會(huì)發(fā)展1.人類對(duì)能源的利用大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期，即柴薪時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期。2.環(huán)境污染：溫室效應(yīng)、形成酸雨、產(chǎn)生光化學(xué)煙霧等。3.可持續(xù)發(fā)展的核心是追求發(fā)展與資源、環(huán)境的平衡：既滿足當(dāng)代人的需求，又不

損害子孫后代的需求。一方面要大力提倡節(jié)能，另一方面要發(fā)展可再生能源以及天然氣、清潔煤和核能等在生產(chǎn)及消費(fèi)過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染程度低的清潔能源，推動(dòng)形成人與自然和諧發(fā)展的生態(tài)文明。四、閉合電路的功率和效率問(wèn)題1.閉合電路中功率的三種最值問(wèn)題(1)定值電阻的功率：P定=I2RR為定值電阻，P定只與電流有關(guān)，當(dāng)R外最大時(shí)，I最小，P定最??；當(dāng)R外最小時(shí)，I最大，P定最大。(2)電源的輸出功率R外與r越接近，電源的輸出功率越大，當(dāng)R外=r時(shí)，電源的輸出功率最大。(3)變化電阻的功率利用等效思想，把除變化電阻之外的其他的定值電阻等效成電源的內(nèi)阻r'，則變化

電阻的功率即為等效以后的電源的輸出功率，即當(dāng)R變=r'時(shí)，P變有最大值。如圖所示，R1為定值電阻，R2為電阻箱，E為電源的電動(dòng)勢(shì)，r為電源的內(nèi)阻。①當(dāng)R2最小時(shí)，定值電阻R1的功率最大，電源內(nèi)阻的功率最大；②當(dāng)R1+R2=r時(shí)，電源的輸出功率最大；③當(dāng)R2=R1+r時(shí)，變化電阻R2的功率最大。上面的結(jié)論都是在電源的內(nèi)電阻r不變且外電路為純電阻電路的情況下適用。2.解決最大功率問(wèn)題的三點(diǎn)注意(1)在電源的內(nèi)電阻r不變時(shí)，電源的輸出功率(即外電阻消耗的功率)隨外電阻的變化不是單調(diào)的，存在極值。如圖所示，