2021高中物理人教版必修第三冊教案 第12章

6電路中的能量轉(zhuǎn)化

［學習目標］1.理解電功和電功率的概念，知道電流做功的實質(zhì).(重點)2.

理解電功和電熱的區(qū)別，會區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路.(難點)3.理解電功

率和熱功率.(重點)4.會從能量守恒角度理解焦耳定律.(難點)

自主預(yù)習》裾新翔

ZIZHLJYLJXITAZXIZ/HI

口r知識梳理Q

一、電功和電功率

1.電功

(1)定義：電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓、電路中的

電流、通電時間三者的乘積.

(2)公式：W=IUt.

(3)單位：國際單位是焦耳,符號是J.

(4)意義：描述電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的多少.

2.電功率

(1)定義：單位時間內(nèi)電速所做的功.

⑵公式：P=IU.

(3)單位：瓦特，符號是叱.

(4)意義：描述電能轉(zhuǎn)化為其他能的快慢或者是電流做功的快慢.

二、焦耳定律

1.內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導體的電阻

及通電時間成正比.

2.表達式：O=I2Rt.

3.熱功率

L意義:表示電流發(fā)熱快慢的物理量

熱功率，一定義:單位時間內(nèi)的發(fā)熱量

一公式:P熱=，■二單位:瓦特（W）

「7基礎(chǔ)自測「

1.思考判斷（正確的打“，錯誤的打“X”）

（1）電功與電能的單位相同，電功就是電能.（X）

（2）電功率越大，電功越大.（X）

11IJ1

（3）根據(jù)/="可導出尸=》,該公式用于任何用電器.（X）

KK

（4）電流通過電解槽時，電功大于電熱.（J）

2.（多選）關(guān)于電功和焦耳熱，下列說法正確的是（）

A.在純電阻電路中，計算電功可用公式W=F心

B.在非純電阻電路中，計算電功可用公式W=I2Rt

C.在非純電阻電路中，計算焦耳熱可用Q=I2Rt

D.在純電阻電路中，計算焦耳熱可用。

ACD[電功的計算式〃適用于任何形式的電路，焦耳熱計算式。=

尸Rf也是普遍適用的，但是只有在純電阻電路中，電功W才等于焦耳熱。，A、

C、D正確，B錯誤.]

3.把六個相同的小燈泡接成如圖甲、乙所示的電路，調(diào)節(jié)變阻器使燈泡正

常發(fā)光，甲、乙兩電路所消耗的總功率分別用P單和尸乙表示，則下列結(jié)論中正

確的是（）

12V-----------Hh---------12V

甲乙

A.P甲=尸乙B.P甲=3尸乙

C.P乙=3P甲D.尸乙＞3P甲

B[設(shè)每個燈泡正常工作時的電流為/,則甲圖中電路的總電流為31,PT

=12VX3Z,乙圖中電路的總電流為I,Pa=12NXl,故有尸甲=3尸匕，B正確.]

合作探究。及重Hi

HEZUOTANJIUCONGZHONGNAN

［逮點1

串、并聯(lián)電路中電功率的計算

1.串聯(lián)電路功率關(guān)系

(1)各部分電路電流/相同，根據(jù)P=rR,各電阻上的電功率與電阻成正比.

(2)總功率P總=U/=(Ui+S+…+U”)/=Pi+P2+…+P”.

2.并聯(lián)電路功率關(guān)系

U2

(1)各支路電壓相同，根據(jù)p=菅，各支路電阻上的電功率與電阻成反比.

(2)總功率R總=U/=U(/i+心+…+1”)=尸］+P2+…+

3.結(jié)論

無論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，電路消耗的總功率均等于各負載消耗的功

率之和.

【例1】有額定電壓都是110V,額定功率PA=100W,PB=40W的電

燈兩盞，若接在電壓是220V的電路上，兩盞電燈均能正常發(fā)光，那么電路中消

耗功率最小的電路是()

思路點撥：(1)電路的總功率等于各用電器消耗的功率之和.

(2)串聯(lián)電路中，功率與電阻成正比；并聯(lián)電路中，功率與電阻成反比.

C［若要兩燈均正常發(fā)光，亦即每燈的電壓均為110V,對A電路，因為

RAVRB,所以〃<見，即UB>U0V,B燈將被燒壞；對B電路，UK>U

B燈將被燒壞；對C電路，網(wǎng)可能等于B燈與變阻器并聯(lián)后的電阻，所以以

可能等于UB,等于110V,兩燈可能正常發(fā)光，且電路消耗總功率為200W;

對D電路，變阻器電阻可能等于兩燈并聯(lián)后總電阻，可能有UA=UB=U*=110

V,兩燈可能正常發(fā)光，且電路中消耗總功率為280W.綜上可知，C正確.]

規(guī)律)5法

功率求解的技巧

(1)在純電阻電路中，比較用電器的電功率時，要根據(jù)已知條件靈活選用公

式，如用電器電流相同時，用P=/2R比較，若電壓相同時用尸=力比較，若電

阻相同時，可根據(jù)/或U的關(guān)系比較.

(2)求解串、并聯(lián)電路中的功率分配問題，比例法求解會使問題簡化，但一

定要明確是正比還是反比關(guān)系.

(3)當求解用電器的功率時，要明確求解的是什么功率.實際功率與額定功

率不一定相等.

1.(多選)如圖所示，Li、L2是兩個不同的小燈泡，。、萬間有恒定電壓，當滑

動變阻器的滑動觸頭向右滑動時，發(fā)生的現(xiàn)象是()

L2

L.

01--------o

ab

3

A.Li亮度不變，L2變暗

B.Li變暗，L2變亮

C.電路消耗的總功率減小

D.經(jīng)過滑動變阻器的電流減小

BCD[當滑動變阻器的觸頭向右滑動時，滑動變阻器接入電路的電阻變大，

Rs變大，/g減小，由Pi=^Ri知Li實際功率變小，即亮度變暗；U^=U-1&

Ri變大，由尸2=方知L2的實際功率變大，L2變亮，P總=W總變小，/史=總一12,

由于，2變大，所以/史變小.]

苫點2

純電阻電路和非純電阻電路

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

元件特除電阻外還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能

電路中只有電阻元件

點的用電器

歐姆定

服從歐姆定律不服從歐姆定律

律

能量轉(zhuǎn)電流做功全部轉(zhuǎn)化為電流做功除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外還要轉(zhuǎn)化為其他形

化電熱式的能

元件舉

電阻、電爐、白熾燈等電動機、電解槽等

例

2.電功與電熱的區(qū)別與聯(lián)系

⑴純電阻電路

1/2

W=Q=UIt=I2Rt=^t；

____止

P電=Pjt?=U/=1~2R=五.

(2)非純電阻電路

電功W=U〃，電熱Q=I2Rt,W>Qi

電功率尸電=",熱功率P熱=FR,P電〉尸熱.

3.電動機的功率和效率

(1)電動機的總功率(輸入功率)：P&=UI.

(2)電動機發(fā)熱的功率：P熱=/2幾

⑶電動機的輸出功率(機械功率)：

尸機=尸檢一尸熱=U/一?r.

P機

(4)電動機的效率：〃=言義100%.

【例2】在研究微型電動機的性能時，可采用如圖所示的實驗電路.當調(diào)

節(jié)滑動變阻器R使電動機停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5A和

1.0V；重新調(diào)節(jié)R使電動機恢復正常運轉(zhuǎn)時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0

A和15.0V.求這臺電動機正常運轉(zhuǎn)時的輸出功率和電動機的線圈電阻.

思路點撥：(1)電動機停止轉(zhuǎn)動，電路為純電阻電路.

⑵電動機正常運轉(zhuǎn)，電路為非純電阻電路.

［解析］當電流表和電壓表的示數(shù)為0.5A和1.0V時，電動機停止工作,

電動機中只有電動機的內(nèi)阻消耗電能，其阻值.=?=欄。=2。

11U.3

當電動機正常工作時，電流表、電壓表示數(shù)分別為2.0A和15.0V,

則電動機的總功率P3=5/2=15.0X2.0W=30.0W

線圈電阻的熱功率P熊=1%=2.()2x2W=8.0W

所以電動機的輸出功率

P..=P&-P*=30.0W-8.0W=22.0W.

［答案］22.0W2。

［一題多變］

上例中，若電動機以。=1m/s勻速豎直向上提升重物，該重物的質(zhì)量為多

少？(g=10m/s2)

產(chǎn)出

提不：P貝”6=.=2.2kg.

規(guī)律方法

電動機電路的分析與計算

J電功W電汽卯電二u〃,u為電動機兩端電壓

電動機正T電熱Q卜匚。=尸改,火為電動機的內(nèi)阻

常運轉(zhuǎn)

1電功率尸入hp入="

工*——I\關(guān)系：P入=P次+P出

1熱功率P熱'P熱=/2R/I-----------------------

即電=Qby即釁U/t=/2RuQ

電動機被

卡住

/電=尸假卜［尸電=〃/=/2/=產(chǎn)系

2.規(guī)格為“220V36W”的排氣扇，線圈電阻為40。,

(1)接上220V的電壓后，求排氣扇轉(zhuǎn)化為機械能的功率和發(fā)熱的功率；

(2)如果接上220V的電壓后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動，求電動機消耗的功

率和發(fā)熱的功率.

［解析］(1)排氣扇在220V的電壓下正常工作時的電流為

p36

^=I/=220AQ0.16A,

發(fā)熱功率為P*=FR=(0.16)2X40W^lW.

轉(zhuǎn)化為機械能的功率為

產(chǎn)機=尸.一尸*=36W-lW=35W.

(2)扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動后，電動機成為純電阻電路，電流做功全部轉(zhuǎn)化為

熱能，此時電動機中電流為

電動機消耗的功率即發(fā)熱功率為

PJ=P『=UI'=220X5.5W=1210W.

［答案］(1)35W1W⑵1210W1210W

課堂小結(jié)知識脈絡(luò)

電功推導

1.對電功、電功率、電熱及熱功率的理解與

?L電功率一F二〃/

計算.

Q=/2及■任何電路一非純電阻電路一能量轉(zhuǎn)化

2.串、并聯(lián)電路的功率分析與計算.候工［|純電阻fP皿=網(wǎng)考

夜律N電路［W=Q=Ug產(chǎn)取昭

3.對純電阻電路與非純電阻電路的比較.

當堂達標。固巴基

「AZGI),oc;us

1.下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中錯誤的是()

A.電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多

B.W=U〃適用于任何電路，而叩=/2口=左1只適用于純電阻電路

C.在非純電阻電路中，UI>fR

D.焦耳熱。=/2放適用于任何電路

A［電功率公式為尸二5,功率越大，表示電流做功越快.對于一段電路,

有尸=皿1=~,焦耳熱。=份）即可見。與尸、U、，都有關(guān).所以，P越

大，2不一定越大，A錯誤.w=u〃是電功的定義式，適用于任何電路，而/

=名只適用于她電阻電路，B正確.在非純電阻電路中，電流做的功=焦耳熱+

其他形式的能，所以W>°,即U/>/R,c正確.0=12次是焦耳熱的定義式，

適用于任何電路中產(chǎn)生的焦耳熱，D正確.]

2.一電動機線圈電阻為R,在它兩端加上電壓U,電動機正常工作，測得

通過它的電流為/,電動機的機械功率是（）

2（72

A.I2RB下

C.UI-I2RD.UI

C[電動機的電功率P=U1,熱功率尸亂=/2R,所以機械功率尸機=尸一尸解

=UI-I2R,選項C正確.]

3.如圖所示，電路兩端的電壓U保持不變，電阻修、￡、&消耗的電功率

一樣大，則&:&：&是（）

A.1：1：1B.4：1：1

C.1：4：4D.1：2：2

U2

C[對及、由尸=石，5=5知，&:夫3=1:1,對R1>&,由p=

I2R,八=2/2知，R1：/?2=區(qū)：A=1：4,C正確.]

電路中的能量轉(zhuǎn)化

【教學目標】

1.理解電功的概念，知道電功是指電場力對自由電荷所做的功，理解電功

的公式，能進行有關(guān)的計算。

2.理解電功率的概念和公式，能進行有關(guān)的計算。

3.知道電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。

4.通過推導電功的計算公式和焦耳定律，培養(yǎng)分析、推理能力。

【教學重點】

電功和電熱的計算。

【教學難點】

電流做功的表達式的推導，純電阻電路和非純電阻電路在能量轉(zhuǎn)化過程中的

區(qū)別。

【教學過程】

一、創(chuàng)設(shè)情景，導入新課

教師：用電器通電后，可以將電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，請同學們列舉生

活中常用的用電器，并說明其能量的轉(zhuǎn)化情況。

學生舉例：

1.電燈將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能。

2.電爐將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

3.電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能。

4.電解槽將電能轉(zhuǎn)化為化學能。

教師：用電器把電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程，就是電流做功的過程。電流

做功的多少及電流做功的快慢與哪些因素有關(guān)呢？本節(jié)課我們學習關(guān)于電功和

電功率的知識。

二、新課教學

（―）電功和電功率

請同學們思考下列問題：

（1）電場力的功的定義式是什么？

（2）電流的定義式是什么？

答：電場力的功的定義式W=qUa

I=-

電流的定義式,

如圖所示，一段電路兩端的電壓為U,由于這段電路兩端有電勢差，電路中

就有電場存在，電路中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流I。

在時間t通過這段電路上任一橫截面的電荷量q是多少？

這相于在時間t內(nèi)將這些電荷q由這段電路的一端移到另一端。在這個過程

中，電場力做了多少功？

電場力做功的功率是多少？

這些公式分別用語言怎么描述？

教師講解：

在時間t內(nèi)，通過這段電路上任一橫截面的電荷量q=H

在這一過程中，電場力做的功W=qU=UIt

p—w—ui

電場力做功的功率為‘

電功：電流在這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和通電時間t三者的乘積。

電流做功的功率等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I的乘積。

在國際單位制中，電功的單位是焦耳，簡稱焦，符號J。

電功常用單位是千瓦時，俗稱“度”，符號是kW?h.

lkW-h表示功率為IkW的用電器正常工作lh所消耗的電能。

1kWh=l000Wx3600s=3.6x106J

利用電功率的公式P=u/計算時，電壓U的單位：V,電流I的單位：

A,電功率P的單位就是W。

總結(jié)如下：

1.電功(W)

(1)表達式：電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓U、電

路中的電流I和通電時間t三者的乘積，即W=UIto

(2)單位：國際單位制中：焦耳(J)o

(3)物理意義：反應(yīng)了電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的多少。

2.電功率(P)

（1）定義：單位時間內(nèi)電流所做的功叫做電功率。

（2）表達式：電流在一段電路上做功的功率等于電流I與這段電路兩端的

電壓U的乘積，即P=Ulo

（3）單位：國際單位制中：瓦特（W）。

（4）物理意義：表示電流做功的快慢。

讓學生觀察用電器上的銘牌，提問：用電器上寫的功率是它在工作中的實際

功率嗎？引出額定功率與實際功率。

3.額定功率和實際功率

用電器銘牌上所標稱的功率是額定功率，用電器在實際電壓下工作的功率是

實際功率。

觀察實驗，同一個小燈泡接入不同的電壓，亮度不一樣，并且測量得出的電

功率也不一樣，因此我們知道，用電器的實際功率與額定功率的關(guān)系:

用電器只有在額定電壓下工作實際功率才等于額定功率。

教師展示幾種常見家用電器的額定功率

用電路29寸彩電電熨斗電冰箱微波爐臺燈

額定電壓（V）220220220220220

額定功率（W）70~150300~800100—150800~120040?60

（二）焦耳定律

教師：家用熱水器是將電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，那么消耗的電能轉(zhuǎn)化成熱量，我們

可以得到Q=W=Uh由歐姆定律U=IR,可以得到熱量??的表達式

z

0=lRto

即：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電

時間成正比。我們把它稱為焦耳定律。

那么產(chǎn)生熱量的快慢怎么表示呢？

p=上=￡

由Q=12Rt,t'得：P=/2R,表示電流做功全部變成

熱的功率，我們稱為熱功率。

總結(jié)如下：

1.焦耳定律：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的

電阻及通電時間成正比。這個關(guān)系最初是焦耳由實驗得到的。表達式:

Q=I2Rt

2.熱功率：單位時間的發(fā)熱量通常稱為熱功率，表達式為P=，2上

（三）電路中的能量轉(zhuǎn)化

教師：電流做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過程。

再次請同學們列舉電能轉(zhuǎn)化成其他能量的例子：

1.電燈將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能。

2.電爐將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

3.電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能。

4.電解槽將電能轉(zhuǎn)化為化學能。

提問：電動機是將消耗的電能全部轉(zhuǎn)化成機械能了嗎？玩具汽車運行久了會

怎么樣？為什么會這樣？

學生回答：電動機除了將電能轉(zhuǎn)化成機械能以外，還有一部分電能轉(zhuǎn)化成了

熱量。

思考：一個電動機，線圈電阻是0.4Q,當它兩端所加的電壓為220V時，通

過的電流是5A。這臺電動機發(fā)熱的功率與對外做功的功率各是多少？

P蛆=I2R=52X0.4W=10W

解：電動機發(fā)熱的功率為

P由=IU=5AX220V=1100W

電動機消耗的電功率為電

電動的對外做功的功率為「機=「電—「熱=1100W-1°W=1090W

教師和學生一起總結(jié)電動機類和電熱水器類的不同

純電阻電路非純電阻電路

除電阻外還包括能把電能轉(zhuǎn)化

元件特點電路中只有電阻元件

為其他形式的能的用電器

符合歐姆定律不符合歐姆定律

電流、電壓、

U=IRU>IR

電阻的關(guān)系

能量轉(zhuǎn)化形式電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和

其他形式的能量

W=UIl

電功

可應(yīng)用的公式Q=rRt

YR電熱

W=Q+W其他

例題：規(guī)格為“220V,1000W”的電爐，求：①電爐正常工作時，通過電

阻絲的電流；②電爐的電阻。

三、課堂練習

1.如右圖所示的電路，若將玩具電動機卡住，電流表的示數(shù)如何變化?

解：電動機轉(zhuǎn)動時，電路為非純電阻電路，有??陣??/??。

若將玩具電動機卡住，則電路變?yōu)榧冸娮桦娐?，??純=??/??,

即??純＞??非。電流變示數(shù)變大。

2.關(guān)于電功，下列說法中正確的有（）

A.電功的實質(zhì)是電場力所做的功

B.電功是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

C.電場力做功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的量度

D.電流通過電動機時的電功率和熱功率相等

答案：AC

3.對計算任何用電器的電功率都適用的公式是（）

A.P=12R

U2

BP=k

C.P=UI

D.P=—

答案：CD

4.加在某臺電動機上的電壓是U,電動機消耗的電功率為P,電動機線圈

的電阻為r,則電動機線圈上消耗的熱功率為（）

A.F

U2

B—

p2r

c中

P2r

DP-不

答案：C

閉合電路的歐姆定律

【教學目標】

一、知識與技能

1.借助實驗，知道閉合電路歐姆定律。

2.能利用實驗結(jié)果對實際問題進行簡單分析。

3.知道閉合電路中各點的電勢高低，加深對于電動勢及回路中能量轉(zhuǎn)化的

理解。

二、過程與方法

1.懂得使用電壓傳感器，學會測量電源電動勢的一種方法。

2.通過實驗，學會處理實驗數(shù)據(jù)，歸納、總結(jié)的科學研究方法。

三、情感、態(tài)度與價值觀

1.了解電池的結(jié)構(gòu)，感悟物理貼近生活、聯(lián)系實際。

2.結(jié)合實驗和探索過程，學會觀察、勤于思考，體會科學研究方法，提高

科學素養(yǎng)。

【教學重點】

1.推導閉合電路歐姆定律，應(yīng)用定律進行有關(guān)討論。

2.路端電壓與負載的關(guān)系。

【教學難點】

路端電壓與負載的關(guān)系。

【教學過程】

一、復習提問、新課導入

1.教師：（演示實驗）為什么多接幾個小燈泡之后，會比之前要暗？

2.介紹閉合電路的組成和內(nèi)電壓、外電壓的含義。

外電路

由導線、電源、用電器連成的電路叫做閉合電路。用電器和導線組成外電路,

電源內(nèi)部是內(nèi)電路。

2.提出問題：E、U、U\R、r和I這些物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系是怎樣的？

二、新課教學

（一）電動勢

1.電源：

（1）保持兩極間有電壓。

（2）通過非靜電力做功把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

2.電動勢：電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓。

（1）非靜電力做的功與所移動的電荷量之比來表示電源的這種特性，叫做

電動勢。用字母E表示。

W

E=—

q

（2）單位：V

（3）電動勢與外電路無關(guān)，由電源本身特性決定的。

（4）電動勢的實質(zhì)：表征電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)。

（二）閉合電路歐姆定律及其能量分析

1.內(nèi)電路和外電路

（1）內(nèi)電路：電源內(nèi)部的電路，叫內(nèi)電路。如發(fā)電機的線圈、電池內(nèi)的溶

液等。

（2）外電路：電源外部的電路，叫外電路。包括用電器、導線等。

2.內(nèi)電阻和外電阻上一匕,

（1）內(nèi)電阻：內(nèi)電路的電阻，通常稱為電源的內(nèi)阻。。?

（2）外電阻：外電路的總電阻。

【理論分析】

設(shè)電源電動勢為&內(nèi)阻為〃與一個負載連成閉合電路，負載兩端

電壓為U,電路中電流為I,通電時間為t：

W外=Ult

非靜電力做功電流做功

化學能---電--能---------->其它形式的能

w非=Eq=Elt

w內(nèi)3t

根據(jù)能量守恒定律，有

EIt=Ult+I2rtE=U+Ir

即:E=U外+U內(nèi)

4.閉合電路歐姆定律

（1）內(nèi)容：閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電

阻之和成反比，這個結(jié)論叫做閉合電路的歐姆定律。

F

（2）公式：1=3石：

（3）適用條件：外電路是純電阻的電路。

（三）路端電路與負載的關(guān)系

路端電壓：外電路的電勢降落，也就是外電路兩端的電壓，通常叫做路端電

壓。

1.路端電路與電壓的關(guān)系

【實驗探究】1）

對某一給定的閉合電路來說，電流、路端電壓、內(nèi)電壓隨_____（v）___

外電阻的改變而改變，變化情況如下：&Rr-

R變化情況RTR->ooR1RT0

E

I=------

R+r

"I內(nèi)

當外電阻增大時，電流減小，路端電壓增大；當外電阻減小時，電流增大,

路端電壓減小。

定性分析

E

R-1(=而"7rlT(=E—Ir)t

E

RK=申)tTiU(=ETr)!

①當外電路斷開時,

RT8,/=0,U內(nèi)=0,1/外=5

此為直接測量電源電動勢的依據(jù)。

②當電源兩端短路時，

R=0,I=E/r,U=0,U^=E

o

由于r很小，電路中電流很大，容易燒壞電源。

（絕對不允許將電源兩端用導線直接連接在一起。）

2.路端電路與電流的關(guān)系

路端電壓U與電流I的關(guān)系圖像是一條向下傾斜的直線。U-I圖像如圖所

不。

①在縱軸上的截距表示電源電動勢?？勺

②在橫軸上的截距表示電源短路電流E葭

③圖象斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻、、、

（內(nèi)阻越大，圖線傾斜得越厲害）o'-----------一*

/短

3.閉合電路中的功率

（1）閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化qE=qU外+qU內(nèi)

在某段時間內(nèi)，電能提供的電能等于內(nèi)、外電路消耗的電能的總和。

電源的電動勢又可理解為在電源內(nèi)部移送1C電量時，電源提供的電能。

（2）閉合電路中的功率

EI=U/+U內(nèi)I

EI=I2R+I2r

說明了電源提供的電能只有一部分消耗在外電路上，轉(zhuǎn)化為其他形式的能，

另一部分消耗在內(nèi)阻上，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

（3）電源提供的電功率

電源提供的電功率，又稱之為電源的總功率。

E2

R+r

RT—P1，R-8時，p=o

p——

RJ—Pf,RTO時，

（4）外電路消耗的電功率

外電路上消耗的電功率，又稱之為電源的輸出功率。

P=u外I

定性分析

I痣

u產(chǎn)E-

從這兩個式子可知，R很大或R很小時，電源的輸出功率均不是最大。

定量分析

E2RE2R

p=1U=----=-----

(R+r)2(Z?+r)2

所以，當R=i?時，電源的輸出功率為最大，P4ro

圖像表述:

從P—R圖像中可知，當電源的輸出功率小于最大輸出功率時，對應(yīng)有兩個

外電阻Ri.R2時電源的輸出功率相等?？梢宰C明，Ri.R?和r必須滿足：

r=

（5）內(nèi)電路消耗的電功率

內(nèi)電路消耗的電功率是指電源內(nèi)電阻發(fā)熱的功率。

E2R

P內(nèi)=UG=（R+了

Rf-'P內(nèi)I,RJ-P內(nèi)T。

（6）電源的效率

電源的輸出功率與總功率的比值。

P外R

n=-F=R+7

當外電阻R越大時，電源的效率越高。當電源的輸出功率最大時，n=50%。

三、當堂檢測

［題1］關(guān)于電動勢下列說法中正確的是（）

A.在電源內(nèi)部把正電荷從負極移到正極，非靜電力做功，電能增加

B.對于給定的電源，移動正電荷非靜電力做功越多，電動勢就越大

C.電動勢越大，說明非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負極向正極移動，單位

電荷量做功越多

D.電動勢越大，說明非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負極移到正極，移送電

荷量越多

【題2】如圖所示的電路中，當S閉合時，電壓表和電流表

（均為理想電表）的示數(shù)各為L6V和0.4A。當S斷開時，它們

的示數(shù)各改變0.1V和0.1A,求電源的電動勢。

【題3】如圖所示的電路中，電源的電動勢和內(nèi)阻分別為E

和r,當閉合開關(guān)S,向左移動滑動變阻器的滑片時，下列說法

正確的是（）

A.電流表的示數(shù)變大，電壓表的示數(shù)變大

B.電流表的示數(shù)變大，電壓表的示數(shù)變小

C.電流表的示數(shù)變小，電壓表的示數(shù)變小

D.電流表的示數(shù)變小，電壓表的示數(shù)變大

【題4】如圖所示電路中，電源電動勢E=10V,內(nèi)電阻r=0.5Q,電動機的電

阻Ro=LOC，電阻Ri=L5Q,電動機正常工作時，電壓表的示數(shù)Ui=3.0V,求：

（1）電源釋放的電功率。A電動機

（2）電動機消耗的電功率，將電能轉(zhuǎn)化為機械能的功率。一'

（3）電源的輸出功率。0

實驗：電池電動勢和內(nèi)阻的測量

【教學目標】

一、知識與技能

1.知道測量電源，電動勢和內(nèi)阻的實驗原理，進一步感受電源路端電壓隨

電流的變化關(guān)系。

2.經(jīng)歷實驗過程，掌握實驗原理和方法，學會根據(jù)圖像合理外推進行數(shù)據(jù)

處理的方法。

3.嘗試進行電源電動勢和內(nèi)阻測量誤差的分析，了解測量中減小誤差的方

法。

二、過程與方法

1.體驗設(shè)計測量電源的電動勢和內(nèi)阻實驗的電路、選擇實驗的儀器、連接

實驗電路，這些過程可以讓學生得到操作技能的訓練。

2.實驗數(shù)據(jù)的采集、實驗數(shù)據(jù)的分析以及圖像法對實驗數(shù)據(jù)的處理，可以

鍛煉學生的思維方法。

三、情感、態(tài)度與價值觀

1.使學生理解和掌握基本的實驗手段和處理數(shù)據(jù)的基本過程和技能，嚴謹

求實的態(tài)度和不斷探索的精神。

2.培養(yǎng)仔細觀察，真實記錄實驗數(shù)據(jù)等良好的實驗習慣和實事求是的品質(zhì)。

3.提高學生的思維能力、操作能力，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生團隊

合作、探究、交流、動手處理問題的能力。

【教學重點】

掌握實驗原理和方法，學會處理實驗數(shù)據(jù)。只有掌握了原理和方法，才能加

深對電動勢和內(nèi)阻的理解。

【教學難點】

用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)、實驗誤差分析。圖像中的兩個截距點的處理辦法。

【教學過程】

一、復習提問、新課導入

教師：我們的日常生活中，很多用電器都離不開電池，而電池的電動勢和內(nèi)

阻是電池的兩個最重要參數(shù)，要求學生根據(jù)閉合電路，歐姆定律的知識來設(shè)計電

路，從而測出電源的電動勢和內(nèi)阻，從而激發(fā)學生對所學知識的實際問題應(yīng)用的

渴望和興趣。

二、新課教學

1.實驗方法：用伏安法測量

如圖所示，改變滑動變阻器的阻值，分別測量兩組U、I的值，則由閉合電

路歐姆定律可得：

2.數(shù)據(jù)記錄:

實驗次數(shù)123456

電壓U/V

電流I/A

3.數(shù)據(jù)處理:

方法一：解方程組法

Ur=E-lxr

U2=E-l2r

_IW2-IUi

E------------2----

/i一，2

%一%

r=----------

A~~12

方法二：圖象法

小U/V

U軸截距等于電動勢E

R是直線的斜率的絕對值

4.注意事項：

（1）電壓表、電流表要選擇合適的量程，使測量時指針的偏角大一些，減

小讀數(shù)時的誤差。

（2）為了使電池的路端電壓變化較明顯，電池的內(nèi)阻宜大些。也可以將一

個定值電阻與電池串聯(lián)在一起作為電源，不過要注意測量結(jié)果減去定值電阻才是

電池內(nèi)阻。

（3）干電池在大電流放電時，電動勢會明顯下降，內(nèi)阻會明顯增大，故在

實驗中，不要將電流調(diào)得過大，且讀取電表數(shù)據(jù)要快，每次讀完立即斷開電鍵。

（4）在畫??-??圖線（直線）時，要使盡可能多的點落在這條直線上，而且

在直線兩側(cè)的點數(shù)大致相等，個別偏離直線較遠的點應(yīng)舍去。求r時選取直線上

相距較遠的兩點求斜率可以減小誤差。

（5）由于電池的內(nèi)阻r一般很小，得到的圖線斜率的絕對值就較小。為了

使測量結(jié)果準確，可以將縱軸的坐標不從零開始，這時直線與橫軸的交點不再是

短路電流，但斜率的絕對值仍然還是電源的內(nèi)阻r。所以求內(nèi)阻的一般表達式應(yīng)

該是??=|A??/A??|。

（6）電阻??的伏安特性曲線中，？?與??成正比，前提是??保持一定。

補充：

電源的U-I圖線的縱坐標是路端電壓，它反映的是：E、r不變，外電阻R

改變，電流I增大，路端電壓U將隨之減小，U與I成線性關(guān)系，U=E-Ir0

也就是說它所反映的是電源的性質(zhì)，所以也叫電源的外特性曲線。

5.誤差分析：

（1）偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作??-??圖象時描點

不是很準確。

（2）系統(tǒng)誤差：選用電路圖時，實驗電路中的電流表也有內(nèi)接法和外接法

之分，兩種方式測量都會帶來誤差。

內(nèi)接法（安培表內(nèi)接在并聯(lián)電路之內(nèi)的電路）

E?i<E我，r?i<r我

外接法（安培表外接在并聯(lián)電路之外的電路）

E加=后a，r?i>r真

該電路適用于電源內(nèi)阻很大的情況。

要想測出電池的內(nèi)阻，如果采用外接法，將電流表的內(nèi)阻r與電源的內(nèi)

阻L合并為r+r4,則可以不計電流表的分壓作用。最后測到的結(jié)果是

相當于電池內(nèi)阻與電流表內(nèi)阻的總和r+rA,而兩者相差又不太多，這樣一

來誤差就會比較大。

所以應(yīng)采用內(nèi)接法。為了減小系統(tǒng)誤差，所選用的電壓表的內(nèi)阻應(yīng)該大一些。

三、變式應(yīng)用

變式一：用一只電流表和電阻箱測量

如圖所示，改變電阻箱R的阻值，測出不同阻值時對應(yīng)的電流表的示數(shù)，

則由閉合電路歐姆定律可得：

E=Ii/?i+I,E—I-)r

_/l/2（7?2—/?l）llRz—1\R\

E=-----------------r=----------------

h-hh-h

變式二：用一只電壓表和電阻箱測量

如圖所示，改變電阻箱R的阻值，測出不同阻值時對應(yīng)的電壓表的示數(shù),

則由閉合電路歐姆定律可得:

「〃5

E=U\+——r

RT

l〃U2

E=Lh+——r

R2

變式三：定值電阻和一個理想電壓表（量程大于電源電動勢）

變式四：用兩只電壓表測量

如圖所示，閉合Si、S?記下H讀數(shù)U”閉合Si、斷

I

開S,,記下。讀數(shù)V,讀數(shù)u?則由閉合電路歐姆定

律可得：

E=%+揮

?171

t

E=U.+U+六r

12'%2

由上兩式可得:

能源與可持續(xù)發(fā)展

【教學目標】

1.理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。

2.通過對生活中能量轉(zhuǎn)化的實例分析，理解能量守恒定律的確切含義。

3.了感知我們周圍能源的耗散，樹立節(jié)能意識。

【教學重難點】

1.能量守恒定律的內(nèi)容。

2.理解能量守恒定律的確切含義。

【教學過程】

一、新課教學

（一）能的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化

1.教室列舉生活中能量轉(zhuǎn)化的例子

（1）化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機械能（2）風能轉(zhuǎn)化為電能

自

■

*—一j-r*-'1

（3）重力勢能轉(zhuǎn)化為電能（口4）電能轉(zhuǎn)化為機械能

（5）電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（6）太陽能轉(zhuǎn)化為電能

（7）光能轉(zhuǎn)化為化學能（8）化學能轉(zhuǎn)化為電能

【練習】

指出下列現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移情況:

（1）人在跑步時，身體發(fā)熱（）

化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

（2）風吹動帆船前進（）

風的機械能轉(zhuǎn)移到帆船上

（3）放在火爐旁的冷水變熱（）

內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移給水

（4）電流通過燈泡，燈泡發(fā)光（）

電能轉(zhuǎn)化為光能

（5）植物進行光合作用（）

光能轉(zhuǎn)化為化學能

（二）能量守恒定律

通過上面的練習，我們可以總結(jié)得出：

（1）能量轉(zhuǎn)移：能量的形式?jīng)]改變

（2）能量轉(zhuǎn)化：能量的形式發(fā)生變化

無論能量發(fā)生轉(zhuǎn)移還是轉(zhuǎn)化，總能量保持不變。

1.能量守恒定律：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種

形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過

程中，能量的總量保持不變。

在歷史的長河里，物理規(guī)律從來都是經(jīng)過不斷的試錯和摸索得來的，在此之

前人們認為有永動機存在，它不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功。人

們把這種不消耗能量的永動機叫第一類永動機。

在這個過程中，還設(shè)計了很多不同類型的永動機。

水

塔

式

永

動

機

2.事實和理論都證明永動機是不可能制成的

永動不可能制成的原因：

根據(jù)能量守恒定律，任何一部機器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形

式，而不能無中生有地制造能量，因此第一類永動機是不可能制成的。

17~18世紀許多機械專家就已經(jīng)論證了永動機是不可能的法國科學院在

1775年就正式?jīng)Q定，不再研究和試驗任何永動機。

3.能量守恒定律的意義：

（1）能量守恒定律同生物進化論、細胞的發(fā)現(xiàn)被恩格斯譽為19世紀的三個

最偉大的科學發(fā)現(xiàn)。

（2）能量守恒定律是在無數(shù)實驗事實的基礎(chǔ)上建立起來的，是自然科學的

普遍規(guī)律之一。

（3）自然界一切已經(jīng)實現(xiàn)的過程都遵守能量守恒定律。凡是違反能量守恒

定律的過程都是不可能實現(xiàn)的，例如“永動機”只能以失敗而告終。

（4）機械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。

［例題1］下列對能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認識正確的是（）

A.某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加

B.某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加

C.不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永動機是不可能制成

的

D.石子從空中落下，最后靜止在地面上，說明機械能消失了

【例題2】一個物體沿粗糙斜面勻速滑下，則下列說法正確的是（）

A.物體機械能不變，內(nèi)能也不變

B.物體機械能減小，內(nèi)能不變

C.物體機械能減小，內(nèi)能增大，機械能與內(nèi)能總量減小

D.物體機械能減小，內(nèi)能增大，機械能與內(nèi)能總量不變

（三）能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性

教師拋出問題：既然能量是守恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約能源?

師生活動1:

活動要求：

根據(jù)給定器材設(shè)計活動，使能量發(fā)生轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移；

思考并記錄：活動的目標是什么、使用了何種能源、能量轉(zhuǎn)化過程怎樣、能

量最終去了哪里？

第1組：長木板彈簧小車

第2組：干電池導線小電珠開關(guān)

第3組：高功率紅外燈電動機小型葉片（或者蜂鳴器）

第4組：電吹風電動機小型葉片

第5組：臉盆水水車

教師提問：現(xiàn)在請各小組派一代表來說一下你們這組的活動目標是什么？利

用什么能源？能量的轉(zhuǎn)化情況如何？

學生回答：略

師生總結(jié)：

（1）雖然我們的器材不同、使用的能源不同，但是能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過

程中都完成了目標，因此能源的利用本質(zhì)就是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移；

（2）所有的能量最終“歸宿”都為內(nèi)能。

教師提問：那你們感受到了內(nèi)能嗎？

學生回答：沒有

教師提問：為什么？

學生回答：能量太小了

教師提問：那為什么當它是機械能、水能、化學能其他形式的時候我們能感

知到了呢，難道能量不守恒了嗎？

學生回答：守恒

教師提問：那是為什么？

學生回答：（引導回答）那是因為環(huán)境太大，內(nèi)能分散到各個角落都有可能,

無序度高；

教師提問：那我們有沒有辦法把散發(fā)在空氣的所有內(nèi)能收集回來，比如重新

讓你們的燈泡發(fā)光、葉片旋轉(zhuǎn)、小車運動起來呢？

學生回答：不能

教師總結(jié)：不管何種形式的能源，其能量最終“歸宿”都為內(nèi)能，燃料燃燒時

一旦把自己的熱量釋放出去，它就不會再次自動聚集起來供人類重新利用，電池

中的化學能轉(zhuǎn)化為電能，它又通過燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)吸

收后變?yōu)橹車h(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用。這種現(xiàn)象叫

做能量的耗散。

教師展示一座房屋的紅外線照片

可以看出，由于取暖和使用電器，室內(nèi)溫度比室外高。熱量散失到室外后，

不能回收重新利用。

教師提問：能量耗散與能量守恒是否矛盾，該怎樣理解？

教師總結(jié)：能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的過

程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量上并沒有減少。但是可利用的品質(zhì)上

降低了，從便于利用變?yōu)椴槐阌诶昧恕＿@是節(jié)約能源的根本原因。

這說明能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性。

教師提問：我們手拿著冰塊，內(nèi)能是誰轉(zhuǎn)移給誰？冰塊能夠?qū)?nèi)能轉(zhuǎn)移給手

嗎？

學生回答：不能

教師總結(jié)：內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不會自發(fā)的由低

溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移。

師生活動2

教師提問：同學們當內(nèi)能向其他形式能量轉(zhuǎn)化時，是否無條件全額地轉(zhuǎn)化

呢？

演示實驗：溫差熱機發(fā)電

得出結(jié)論：要使葉片轉(zhuǎn)動，前提條件必須與環(huán)境存在溫度差，第二內(nèi)能也會

自發(fā)地向低溫環(huán)境傳遞熱量，因此內(nèi)能不能百分之百的轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。

能量耗散實際上也是品質(zhì)降低的過程。

教師提問：對于一個國家，主要能源來自化石能源，如石油、天然氣、煤炭

等，主要的發(fā)電形式也是火力發(fā)電，過渡使用能源將會出現(xiàn)什么問題？

學生回答：能源危機和環(huán)境問題。

穿插介紹：能源危機引發(fā)一個國家的能源掠奪、經(jīng)濟的震蕩；

圖片展示：介紹環(huán)境問題和引發(fā)的危害

（1）溫室效應(yīng)

大量燃燒石油、煤炭、天然氣等產(chǎn)生的二氧化碳氣體，增大了大氣中二氧化

碳的含量，由于二氧化碳對長波的輻射有強烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一樣,

只準太陽光的熱輻射進來，不讓室內(nèi)長波熱輻射出去，使地球氣溫上升，這種效

應(yīng)叫溫室效應(yīng)。溫室效應(yīng)使兩極的冰雪融化，海平面上升，淹沒沿海城市，使海

水倒流入河流，從而使耕地鹽堿化。

（2）酸雨

酸雨是指pH小于5.6的雨、雪或其他形式的大氣降水。形成酸雨的主要原

因是燃燒煤炭和石油，以及工業(yè)生產(chǎn)等釋放到大氣中的二氧化硫和氮氧化物，通

過化學反應(yīng)分別轉(zhuǎn)化為硫酸和硝酸，混入雨水和雪水中，使其酸度增加。同時，

酸雨的形成還與大氣中其他許多堿性物質(zhì)如飛灰中的氧化鈣、土壤中的碳酸鈣等

與酸發(fā)生中和反應(yīng)有關(guān)。

酸雨對人類是有害的，首先危害人體健康：由于酸雨可溶解空氣及土壤中的

重金屬粒子，使其變成對人體有害的金屬，人飲用了這種水就能誘發(fā)各