高中物理必修3 第十二章 電能 能量守恒定律（閉合電路歐姆）（2024人教版）

必修三第十二章

電能能量守恒定律這章我們要研究的是電路中的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？

第一節(jié)電路中的能量轉(zhuǎn)化

引入：有趣的小問題在一個完全密閉的房間里放著一個運行的冰箱，把冰箱門打開，長期觀察房間的溫度將會A持續(xù)升高B持續(xù)降低C保持不變一、電功和電功率初中我們就知道：電熱水壺通電時，電能轉(zhuǎn)化為_________；電動機通電時，電能轉(zhuǎn)化為__________；蓄電池充電時，電能轉(zhuǎn)化為_________。電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是__________________來實現(xiàn)的內(nèi)能機械能化學(xué)能通過電流做功電流做功的實質(zhì)是：導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的靜電力在做功自由電荷在靜電力的作用下做定向移動，靜電力做___功，電荷的電勢能___，其他形式的能______。

減少正增加W＝Uq＝UIt

電功：

電功率（electricpower）

：

想想他們有什么共同點？二、焦耳定律電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能

Q＝W＝UIt

由歐姆定律U＝IR

Q＝I2Rt

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)體的電阻及通電時間成正比。這個關(guān)系式最初是由焦耳通過實驗直接得到的，物理學(xué)中就把它叫作焦耳定律?（Joule’slaw）

P熱＝I2R

焦耳定律討論了電路中電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的情況，但是實際中有些電路除含有電阻外還含有其他負載，如電動機。三、電路中的能量轉(zhuǎn)化P電＝P機＋P熱

★電動機電功率焦耳熱功率機械功率電動機U>IR不滿足歐姆定律UI=P機＋I2R例：一臺電動機，線圈的電阻是0.4Ω，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？

例：如圖所示，求：（1）通過電動機的電流強度

（2）輸入電動機的電功率

（3）電動機的效率

（4）電路的總功率例：M是直流電動機，R是保護電阻，阻值等于1Ω，A、B間輸入12V的電壓，若把電動機的轉(zhuǎn)子剎住，電路中的電流為8A.若使電動機的轉(zhuǎn)子正常運轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)子線圈的電流為2A.此時電動機的輸出功率為___________18w用此電動機勻速提升一個質(zhì)量為m=0.1kg的小物體，不計一切摩擦，物體向上運動的速度為？第二節(jié)閉合電路歐姆定律電源的作用：從能量的角度看，電源是通過非靜電力做功把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的裝置。思考不同的電源中，非靜電力做功的本領(lǐng)相同嗎？一、電動勢——反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的大小。1、定義：電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把單位正電荷在電源內(nèi)從負極移送到正極所做的功。2、定義式：3、單位：

V4、電動勢是電源特性，與外電路無關(guān)。6、電源的另一重要參數(shù)———內(nèi)阻r5、E是標量二、生活中的電池太陽電池干電池鉛蓄電池鋰電池鋅汞電池

電池放電時能輸出的總電荷量，通常以安培小時（A·h）或毫安小時（mA·h）做單位影響電源的參數(shù)

電池的容量單位:內(nèi)阻電動勢容量

電池的容量單位:時下美國市場銷售最火的特斯拉純電動豪華轎車ModelS為例，該車百公里加速4.2秒，最高時速可達208公里，單次充電續(xù)航里程480公里，電池容量為85KWh。對比一下其他傳統(tǒng)汽車商生產(chǎn)的電動車：奧迪A1增程式電動車的電池容量為12千瓦時，純電模式下續(xù)駛里程50公里；沃爾沃C30電動車電池容量24千瓦時，續(xù)駛里程150公里；比亞迪E657千瓦時，續(xù)駛里程360公里。外電路內(nèi)電路三、閉合電路E：電動勢r:內(nèi)阻R：外阻E=U外+U內(nèi)閉合電路歐姆定律：E=U外+IrE=IR+IrI=E/(R+r)路端電壓:電源兩端電壓

外電路斷開時等于電動勢外電路短路時等于0U外（路端電壓）U內(nèi)從能量角度推導(dǎo)：時間t內(nèi)，非靜電力做功W=Eq外電路Q=I2Rt內(nèi)電路Q=I2rtEIt=I2Rt+I2rtE=IR+Ir1、閉合電路的U-I圖像U外＝E－IrY=Y0-kxEI短路例：電源的電動勢為2V，外電阻為9Ω時，路端電壓為1.8V，求電源的內(nèi)電阻？解:電路中電流為內(nèi)阻為RE,r2、閉合電路一些物理量隨外電阻的變化情況（1）路端電壓隨外電阻阻值的變化路端電壓隨外電阻R增大而增大

（2）電源效率隨外電阻的變化電源效率隨外電阻R增大而增大

（3）電源輸出功率隨外電阻的變化當R=r時，電源輸出功率最大說明：此時效率很低，只有50％3、閉合電路的動態(tài)分析當P向上移動，各個理想電表的示數(shù)如何變化當P向上移動，各個燈泡亮度如何變化4、極值電路讓兩個支路阻值都相同的時候，此時并聯(lián)總阻值最大，外電路中主干路的電流有最小值X＝R0/2時，I1有最小值X＝r+R0/2時，I1有最小值5、含容電路已知ε＝12V，r＝1Ω，R1＝3Ω，R2＝2Ω，R3＝5Ω，C1＝4μF，C2＝1μF，求C1，C2的帶電量？E＝12V，無r，R1＝1Ω，R2＝1Ω，R3＝5Ω，R4＝1Ω，C＝4μF，求（1）當K閉合穩(wěn)定后，C的帶電量，以及上下板的電性？（2）斷開K到重新達到穩(wěn)定過程中，流過R3的電量以及電流方向？6、含二極管電路3.一太陽能電池板,測得它的開路電壓為800mV,短路電流為40mA,若將該電池板與一阻值為20Ω的電阻器連成一閉合電路,則它的路端電壓是()A、0.10VB、0.20VC、0.30VD、0.40V解:E=800mV=0.8V,由得r=20Ω,所以:D4．用圖5所示電路，測定電池組的電動勢和內(nèi)電阻，定值電阻R=7.0Ω。在電鍵S未接通時，電壓表的讀數(shù)是6.0V；電鍵S接通后，電壓表的讀數(shù)變?yōu)?.6V。那么電池組的電動勢和內(nèi)電阻分別等于（）

A．6.0V0.5ΩB．6.0V1.25ΩC．5.6V1.25ΩD．5.6V0.5Ω

A解:開路電壓就是電源電動勢,E=6.0V內(nèi)阻和外阻是串聯(lián)關(guān)系流過的電流相同則有∴r=0.5Ω5、如圖所示是某電源的伏安特性曲線,則下列結(jié)論正確的是()A.電源的電動勢為6.0VB.電源的內(nèi)阻為12ΩC.電流為0.2A時的外電阻是28.4ΩD.電源的短路電流為0.5A6.000.20.4U/VI/AABD6．如圖6所示，直線A為電源的路端電壓U與電流I的關(guān)系圖線，直線B是電阻R的兩端電壓U與電流I的關(guān)系圖線，用該電源與電阻R組成閉合電路，電源的輸出功率和電阻R分別是（）

A．4W；1ΩB．4W；