【物理】電能 能量守恒定律知識(shí)梳理 2023-2024學(xué)年高二物理同步精品課堂（人教版2019必修第三冊(cè)）

第十二章電能能量守恒定律內(nèi)容預(yù)覽內(nèi)容預(yù)覽電能能量守恒定律eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(電功電熱\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(電功W＝UIt，電功率P電＝UI,電熱Q＝I2Rt，熱功率P熱＝I2R,純電阻電路W電＝Q＝UIt＝I2Rt＝\f(U2,R)t，P電＝P熱＝UI＝I2R＝\f(U2,R),非純電阻電路W電＝UIt；Q＝I2Rt，W>Q)),閉合電路\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(閉合電路的組成：內(nèi)電路和外電路,電動(dòng)勢(shì)：反映電源非靜電力做功的本領(lǐng)大小,閉合電路的歐姆定律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(I＝\f(E,R＋r)（適用于外電路是純電阻的電路）,E＝IR＋I(xiàn)r（適用于外電路是純電阻的電路）,E＝U外＋U內(nèi)（適用于任何電路）)),電源的U－I圖像：|k|＝r，b＝E,路端電壓隨外電阻的變化關(guān)系：I＝\f(E,R＋r)，U＝E－Ir,電路的功率\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(電源的總功率P＝EI,內(nèi)電路消耗的功率P內(nèi)＝I2r,外電路消耗的功率P外＝U外I)))),實(shí)驗(yàn)：電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(伏安法,伏阻法,安阻法)),能源與可持續(xù)發(fā)展\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(能量守恒定律,能量轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化的方向性、能量的耗散,能量的分類：可再生能源與不可再生能源))))電能能量守恒定律電功和電熱知識(shí)點(diǎn)一電功和電熱知識(shí)點(diǎn)一1.電功和電功率W＝UIt是電功的計(jì)算式，P＝UI是電功率的計(jì)算式，適用于任何電路。2.電熱和熱功率Q＝I2Rt是電熱的計(jì)算式，P熱＝I2R是熱功率的計(jì)算式，可以計(jì)算任何電路產(chǎn)生的電熱和熱功率。3.串、并聯(lián)電路的功率分配關(guān)系(以純電阻電路為例)(1)串聯(lián)電路中各個(gè)電阻的電功率跟它的阻值成正比，即eq\f(P1,R1)＝eq\f(P2,R2)＝…＝eq\f(Pn,Rn)＝I2。(2)并聯(lián)電路中各個(gè)電阻的電功率跟它的阻值成反比，即P1R1＝P2R2＝…＝PnRn＝U2。(3)無(wú)論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，電路消耗的總功率均等于電路中各電阻消耗的功率之和。4.額定功率和實(shí)際功率(1)用電器正常工作時(shí)所消耗的功率叫作額定功率。當(dāng)用電器兩端電壓達(dá)到額定電壓U額時(shí)，電流達(dá)到額定電流I額，電功率也達(dá)到額定功率P額，且P額＝U額I額。(2)用電器的實(shí)際功率是用電器在實(shí)際工作時(shí)消耗的電功率。為了用電器不被燒毀，要求實(shí)際功率不能大于其額定功率。非純電阻電路中的電功、電熱知識(shí)點(diǎn)二非純電阻電路中的電功、電熱知識(shí)點(diǎn)二1.純電阻電路和非純電阻電路的比較純電阻電路非純電阻電路舉例白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋電動(dòng)機(jī)、電解槽能量轉(zhuǎn)化情況電功和電熱的關(guān)系W＝Q即IUt＝I2RtW＝Q＋E其他UIt＝I2Rt＋E其他電功率和熱功率的關(guān)系P＝P熱即IU＝I2RP＝P熱＋P其他即IU＝I2R＋P其他歐姆定律是否成立U＝IR，I＝eq\f(U,R)，歐姆定律成立U＞IR，I＜eq\f(U,R)，歐姆定律不成立說(shuō)明W＝UIt、P電＝UI適用于任何電路計(jì)算電功和電功率Q＝I2Rt、P熱＝I2R適用于任意電路計(jì)算電熱和熱功率只有純電阻電路滿足W＝Q，P電＝P熱；非純電阻電路W>Q，P電>P熱2.電功率與熱功率的區(qū)別與聯(lián)系(1)區(qū)別：電功率是指某段電路的總功率，即這段電路上消耗的全部電功率，表示電流在一段電路中做功的功率等于這段電路兩端的電壓U和通過(guò)這段電路的電流I的乘積，P電＝UI。熱功率是指元件(導(dǎo)體)因發(fā)熱而消耗的功率，電流通過(guò)元件發(fā)熱的功率等于通過(guò)元件(導(dǎo)體)的電流的平方與電阻的乘積，P熱＝I2R。(2)聯(lián)系：對(duì)純電阻電路，電功率等于熱功率；對(duì)非純電阻電路，電功率等于熱功率與轉(zhuǎn)化為除內(nèi)能外其他形式的能的功率之和。電源的電動(dòng)勢(shì)電源的電動(dòng)勢(shì)知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)三1.靜電力和非靜電力(1)靜電力是帶電體之間通過(guò)電場(chǎng)相互作用的力，非靜電力是指除靜電力外能對(duì)電荷移動(dòng)起作用的力。(2)非靜電力的來(lái)源①在化學(xué)電池(干電池、蓄電池)中，非靜電力是化學(xué)作用，它使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能。②在發(fā)電機(jī)中，非靜電力是電磁作用，它使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能。2.靜電力與非靜電力做功的比較(1)非靜電力只存在于電源內(nèi)部，因此非靜電力只在電源內(nèi)部對(duì)電荷做功。通過(guò)非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。(2)靜電力存在于整個(gè)閉合電路上，所以在電路中任何部位靜電力都要做功。靜電力做功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。3.電動(dòng)勢(shì)(1)電源的電動(dòng)勢(shì)是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小的物理量，即在電源內(nèi)部，非靜電力移送相同電荷量的電荷做功越多，則電動(dòng)勢(shì)越大。(2)公式E＝eq\f(W,q)是電動(dòng)勢(shì)的定義式而不是決定式，E的大小與W和q無(wú)關(guān)，是由電源中非靜電力的特性決定的，不同種類的電源電動(dòng)勢(shì)大小不同。(3)電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功。閉合電路的歐姆定律閉合電路的歐姆定律知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)四1.內(nèi)、外電路中的電勢(shì)變化如圖所示，外電路中電流由電源正極流向負(fù)極，沿電流方向電勢(shì)降低，內(nèi)電路中電流由電源負(fù)極流向正極，沿電流方向電勢(shì)升高。2.閉合電路的歐姆定律的表達(dá)形式表達(dá)式物理意義適用條件I＝eq\f(E,R＋r)電流與電源電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路總電阻成反比純電阻電路E＝I(R＋r)①E＝U外＋I(xiàn)r②E＝U外＋U內(nèi)③電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電路中內(nèi)、外電壓之和①式適用于純電阻電路；②、③式普遍適用EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt④W＝W外＋W內(nèi)⑤電源提供的總能量等于內(nèi)、外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的總和④式適用于純電阻電路；⑤式普遍適用3.電源的總功率P總＝EI；電源內(nèi)電阻消耗的功率P內(nèi)＝U內(nèi)I＝I2r；電源輸出功率P出＝U外I。4.對(duì)于純電阻電路，電源的輸出功率P出＝I2R＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(E,R＋r)))eq\s\up12(2)R＝eq\f(E2,\f(（R－r）2,R)＋4r)，當(dāng)R＝r時(shí)，電源的輸出功率最大，其最大輸出功率為Pm＝eq\f(E2,4r)。電源輸出功率隨外電阻變化而變化的曲線如圖所示。5.電源的效率指電源的輸出功率與電源的總功率之比，即η＝eq\f(P出,P總)×100%＝eq\f(IU,IE)×100%＝eq\f(U,E)×100%。閉合電路的動(dòng)態(tài)分析對(duì)于純電阻電路，電源的效率η＝eq\f(I2R,I2（R＋r）)×100%＝eq\f(R,R＋r)×100%＝eq\f(1,1＋\f(r,R))×100%，所以當(dāng)R增大時(shí)，效率η提高。當(dāng)R＝r(電源有最大輸出功率)時(shí)效率僅為50%，效率并不高。閉合電路的動(dòng)態(tài)分析知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)五1.程序法(1)分析電路，明確各部分電路的串、并聯(lián)關(guān)系及電流表或電壓表的測(cè)量對(duì)象；(2)由局部電阻變化判斷總電阻的變化；(3)由I＝eq\f(E,R＋r)判斷總電流的變化；(4)據(jù)U＝E－Ir判斷路端電壓的變化；(5)由歐姆定律及串、并聯(lián)電路的規(guī)律判斷各部分電路的電壓及電流的變化。2.結(jié)論法——“并同串反”“并同”：是指某一電阻增大時(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；某一電阻減小時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小。“串反”：是指某一電阻增大時(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?。荒骋浑娮铚p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、電功率都將增大。含電容器電路的分析與計(jì)算知識(shí)點(diǎn)含電容器電路的分析與計(jì)算知識(shí)點(diǎn)六1.電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無(wú)電流通過(guò)，此支路相當(dāng)于斷路，因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓。2.當(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時(shí)，電容器兩極板間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端的電壓相等。3.電路的電流、電壓變化時(shí)，將會(huì)引起電容器的充(放)電。如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電；如果電壓降低，電容器將通過(guò)與它連接的電路放電。4.根據(jù)公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求電荷量及其變化量。測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻知識(shí)點(diǎn)測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻知識(shí)點(diǎn)七1.伏安法：由E＝U＋I(xiàn)r知，只要測(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，從而解出E、r，電路圖如圖所示。為減小測(cè)量誤差，本實(shí)驗(yàn)常選用以下兩種數(shù)據(jù)處理方法：（1）公式法利用依次記錄的多組數(shù)據(jù)(一般6組)，分別記錄如表所示：實(shí)驗(yàn)序號(hào)123456I/AI1I2I3I4I5I6U外/VU1U2U3U4U5U6分別將1、4組，2、5組，3、6組聯(lián)立方程組解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它們的平均值E＝eq\f(E1＋E2＋E3,3)，r＝eq\f(r1＋r2＋r3,3)作為測(cè)量結(jié)果。（2）圖像法把測(cè)出的多組U、I值，在U－I圖中描點(diǎn)畫(huà)圖像，使U－I圖像的直線經(jīng)過(guò)大多數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)或使各坐標(biāo)點(diǎn)大致分布在直線的兩側(cè)，如圖所示，由U＝E－Ir可知：①縱軸截距等于電源的電動(dòng)勢(shì)E，橫軸截距等于外電路短路時(shí)的電流Im＝eq\f(E,r)。②圖線斜率的絕對(duì)值等于電源的內(nèi)阻r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|＝eq\f(E,Im)。（3）若采用圖甲電路,由于電壓表的分流作用造成誤差,電壓值越大,電壓表的分流越多,對(duì)應(yīng)的I真與I測(cè)的差值越大。其U-I圖像如圖丙所示。結(jié)論:E測(cè)<E真,r測(cè)<r真。（4）若采用圖乙電路,由于電流表的分壓作用造成誤差,電流值越大,電流表的分壓越多,對(duì)應(yīng)的U真與U測(cè)的差值越大。其U-I圖像如圖丁所示。結(jié)論:E測(cè)=E真,r測(cè)>r真。2.安阻法：由E＝IR＋I(xiàn)r可知，只要能得到I、R的兩組數(shù)據(jù)，列出關(guān)于E、r的兩個(gè)方程，就能解出E、r，用到的器材有電池、開(kāi)關(guān)、電阻箱、電流表，電路圖如圖所示。數(shù)據(jù)處理方法：(1)計(jì)算法：由eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝I1R1＋I(xiàn)1r,E＝I2R2＋I(xiàn)2r))解方程組求得E，r。(2)圖像法：由E＝I(R＋r)得eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)R＋eq\f(r,E)，eq\f(1,I)－R圖像的斜率k＝eq\f(1,E)，縱軸截距為eq\f(r,E)(如圖甲)又R＝E·eq\f(1,I)－rR－eq\f(1,I)圖像的斜率k＝E，縱軸截距為－r(如圖乙)。由圖像的斜率和截距求解。3.伏阻法：由E＝U＋eq\f(U,R)r知，如果能得到U、R的兩組數(shù)據(jù)，列出關(guān)于E、r的兩個(gè)方程，就能解出E、r，用到的器材是電池、開(kāi)關(guān)、電阻箱、電壓表，電路圖如圖所示