能量轉(zhuǎn)化的方向性-高二下學(xué)期物理滬科版（2020）選擇性必修第三冊

12.3能量轉(zhuǎn)化的方向性各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化。如圖12-10所示是-輛行駛中的蒸汽機(jī)車，燃料燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，蒸汽機(jī)再將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。在吸熱化學(xué)反應(yīng)中，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能;在發(fā)電機(jī)和電動機(jī)中，電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化;照明燈發(fā)光時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為光能;電池充放電時(shí)，化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化。利用能源本質(zhì)上就是利用能量的轉(zhuǎn)化過程。電能的產(chǎn)生及其使用包含了哪些能量轉(zhuǎn)化過程?能量轉(zhuǎn)化過程是否會產(chǎn)生或損失能量?在學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律時(shí)我們知道，在只有重力和彈力做功的情況下物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而兩者之和即總機(jī)械能保持不變。人們根據(jù)積累的經(jīng)驗(yàn)和大量的生產(chǎn)實(shí)踐、科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不只是機(jī)械能守恒，在任何能量轉(zhuǎn)化過程中能量的總量都不變。這就是能量守恒定律(lawofconservationofenergy):能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失;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)移到其他物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到其他部分;在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)史上的重大事件。人們曾經(jīng)認(rèn)為互不相關(guān)的各種現(xiàn)象，如力學(xué)的、熱學(xué)的、電磁學(xué)的、光學(xué)的、化學(xué)的、生物學(xué).......都能通過能量守恒定律聯(lián)系起來，把表面上不同的各類運(yùn)動統(tǒng)一在同一個(gè)自然規(guī)律之中。恩格斯把能量守恒定律與細(xì)胞學(xué)說、生物進(jìn)化論一起列為19世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)。能量守恒定律是自然界中最普遍的規(guī)律之一，一切現(xiàn)象都遵循這一定律。直到現(xiàn)在，能量守恒定律仍然是我們研究自然科學(xué)強(qiáng)有力的工具。一.電功與電功率1.電功①定義：電流流過導(dǎo)體，電場力所做的功叫電功，用W表示。②表達(dá)式：電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I和通電時(shí)間t三者的乘積。③單位：焦耳，簡稱焦，符號：J常用單位：千瓦時(shí)，也叫度符號：kW·h，1kW·h=3.6×106J④物理意義：電功是電能轉(zhuǎn)化成其它形式的能的量度。一.電功與電功率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②表達(dá)式：電流在一段電路中做功的功率P等于這段電路兩端的電壓U與電流I的乘積。③單位：瓦特，簡稱瓦，符號：W常用單位：千瓦，1kW=1×103W④物理意義：表示電流做功快慢的物理量。二.熱功與熱功率1.熱功（焦耳定律）：電流通過導(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。這個(gè)關(guān)系式最初是由焦耳通過實(shí)驗(yàn)直接得到的，物理學(xué)中就把它叫作焦耳定律。熱功也叫電熱是電路中產(chǎn)生的內(nèi)能。表達(dá)式：2.熱功率：電流發(fā)熱的功率，表示單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生熱量快慢的物理量。表達(dá)式：三.純電阻電路與非純電阻電路1.純電阻電路：只含電阻、熱得快、白熾燈、電爐、被卡住的電動機(jī)等元件的電路。電流做功特點(diǎn)：電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能。電功W等于熱功Q。R電功電熱（內(nèi)能）100%三.純電阻電路與非純電阻電路2.非純電阻電路：含電動機(jī)、電風(fēng)扇、電解槽、正在充電的電池等元件的電路。電流做功特點(diǎn)：電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能之外，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能。電功W大于熱功Q。M電功電熱（內(nèi)能）部分部分其它能(機(jī)械能功化學(xué)能)結(jié)論1.在通電電流和通電時(shí)間相同的條件下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.結(jié)論2.在電阻和通電時(shí)間相同的條件下，電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.結(jié)論3.在通電電流和電阻相同的條件下，通電時(shí)間越長，電流產(chǎn)生的熱量越多.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：公式推導(dǎo)：

電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：

Q=W=IUt歐姆定律：U=IRQ=I2Rt1.焦耳定律內(nèi)容：電流通過電阻產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟電阻值成正比，跟通電時(shí)間成正比.2.焦耳熱：電流通過電阻而產(chǎn)生的熱量稱為焦耳熱3.熱功率：電阻通電時(shí)所產(chǎn)生的