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第12章 电能 能量守恒定律
探究案
学习目标
理解电功和电热的区别，会区分纯电阻电路和非纯电阻电路。
会用闭合电路的欧姆定律分析路端电压与负载的关系，会进行相关的电路分析和计算。
知道伏安法测量电池电动势和内阻的实验原理，进一步理解电源路端电压随电流变化的关系。
知道什么是能量耗散和品质降低．了解能源与人类社会、环境的关系。
课堂探究
考点一：
电源和电流
1．电功：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功。
电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间 t 三者的乘积。
在国际单位制中电功的单位是焦（J），常用单位有千瓦时（kW·h）。
1kW·h＝3.6×106J
2．电功率：电流所做的功与通电时间之比。
（1）一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积。
（2）电功率表示电流做功的快慢。
（3）单位：在国际单位制中是瓦（W）；
常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）。
1kW＝103W＝106mW=10-3MW
3．焦耳定律：
（1）焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。
（2）纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件。
（3）非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路。
4.电路中的能量转化
典例精析
一个电动机，线圈电阻是0.4Ω，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？
考点二：
闭合电路的欧姆定律
1.电动势
（1）由导线、电源、用电器连成的电路叫做闭合电路。用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。
静电力做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫做电动势。用字母 表示。
（2）单位：V
（3）电动势与外电路无关，由电源本身特性决定的。
2.闭合电路欧姆定律及其能量分析
（1）欧姆定律
（2）在外电路中，电流方向由正极流向负极，沿电流方向电势降低。
（3）在内电路中，通过非静电力做功使正电荷由负极移到正极，所以电流方向为负极流向正极。内电路一方面，存在内阻，沿电流方向电势也降低；另一方面，沿电流方向存在电势“跃升”。
闭合电路中只要电路的某一部分发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。其分析的一般思路为：
(1)明确电路结构，即电路各元件的连接方式。
(2)明确局部电阻的变化和外电路总电阻R总的变化。
(3)运用I总＝判断I总的变化。
(4)运用U内＝I总r判断U内的变化。
(5)运用U外＝E－U内判断U外的变化。
(6)运用电学公式定性分析各支路相关量变化。
典例精析：
如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6 V和0.4 A。当S断开时，它们的示数各改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势和内电阻。
考点三：
实验：电池电动势和内阻的测量
实验电路如图所示，根据闭合电路的欧姆定律，改变R的阻值，测出两组U、I的值，根据闭合电路欧姆定律可列出两个方程：
实验操作：电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A。因此，实验中不要将I调得过大，读电表示数要快，每次读完后应立即断电。
数据处理
(1)当路端电压变化不是很明显时，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点不从零开始，把纵坐标的比例放大。
(2)画UI图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。
典例精析：
某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合。为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是 (　　)
A．一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器
B．一个伏特表和多个定值电阻
C．一个安培表和一个电阻箱
D．两个安培表和一个滑动变阻器
考点四：
能源与可持续发展
1. 能的转移和转化
2.能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。
3.能量转化和转移的方向性
燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫做能量的耗散。能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少。但是可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了。这是节约能源的根本原因。这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。
4.能源的分类与应用
（1）从人类开发能源的历史划分
常规能源：如煤、石油、天然气、水能等
新能源：如核能、风能、太阳能、地热能、海洋能等
（2）从使用分类
一次能源：如煤、石油、天然气、水能、风能、生物质能、海洋能等
二次能源：如电能、氢能、焦炭等
（3）从能否再生分类
可再生能源：如水能、风能、潮汐能等
不可再生能源：如石油、煤等
（4）从对环境的影响分类
清洁能源：如太阳能、风能等
非清洁能源：如煤、石油、天然气等
人类利用能源大致经历了三个时期，即柴薪时期，煤炭时期，石油时期。
典例精析：
能源短缺和环境恶化指的是(　　)
①煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的，这叫能源短缺．②煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺．
③煤炭和石油具有很大的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气，使环境恶化．④大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化．
A．①③
B．①④
C．②③
D．②④
随堂检测
1．某型号节能电饭煲，其额定功率800W，该电饭煲正常工作0.25h所消耗的电能为（　　）
A．0.2kW h
B．0.8kW h
C．12.5kW h
D．55kW h
2．下列关于电动势的说法正确的是（　　）
A．电动势是一种非静电力
B．电动势越大，表明电源储存的电能越多
C．电动势的大小是非静电力做功本领的反映
D．电动势就是闭合电路中电源两端的电压
3. 如图所示，是甲、乙、丙三位同学设计的测量电源电动势和内电阻的电路。电路中R1、R2为已知阻值的电阻。下列说法中正确的是（　　）
A．只有甲同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
B．只有乙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
C．只有丙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
D．三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻
4.下列说法正确的是（　　）
A．随着科技的发展，永动机是可能制成的
B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的
D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可能凭空产生的
本课小结
参考答案
课堂探究
考点一
典例精析
【解析】解：电动机发热的功率为
电动机消耗的电功率为
电动的对外做功的功率为
考点二
典例精析
【解析】当S闭合时， R1、R2并联接入电路，当S断开时，只有R1接入电路，此时路端电压增大、干路电流减小。
当S闭合时，由闭合电路欧姆定律得：
U＝E－Ir，即1.6＝E－0.4r ①
当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：
U′＝E－I′r，即1.6＋0.1＝E－(0.4－0.1)r ②
由①②得：E＝2 V，r＝1 Ω。
[答案]　2 V　1 Ω
考点三
典例精析
【答案】D
【解析】　A选项属于伏安法测定干电池的电动势和内阻的实验器材，A项正确；由U＝E－r知，B项正确；由E＝I(R＋r)知，C项正确；因不能读出滑动变阻器的阻值，D项错误。
考点四
典例精析
【答案】D
【解析】煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源不能再次生成，也不可重复使用，它们的储量是有限的，并不是取之不尽、用之不竭的，这是所讲的能源短缺，②正确；能源在使用时会排出有害气体污染空气，这是所讲的环境恶化，④正确．故D正确
随堂检测
1．A
【解析】该电饭煲的功率为P=800W=0.8kW；则0.25h的电能W=Pt=0.8×0.25kW h=0.2kW h，故A正确，BCD错误。
故选：A。
2．C
【解析】A、电动势表示电源把其他形式的能转化为电能本领的大小，电动势E＝，它不属于力的范畴，故A错误；
BC、电动势表征非静电力做功的本领，电动势越大，表明电源将其他形式的能转化为电能的本领越大，故B错误，C正确；
D、电动势与电压是两个不同的概念，通常情况下，电动势大于闭合电路电源两端电压，故D错误。
故选：C。
3．D
【解析】要测量电动势和内电阻，只需根据闭合电路欧姆定律列出两个方程即可求得电动势和内电阻；
图甲中可由E=I（R+r）列式进行计算；
图乙可用E=U+r进行列式计算；
图丙可用E=U+Ir进行列式计算；
故三个电路均可求出电动势和内电阻；
故选：D。
4．C
【解析】A、永动机违背了能量守恒定律，或违背热力学第二定律，故永远无法制成；故A错误；
B、太阳照射到宇宙空间的能量均能转化成了其他形式的能量；故B错误；
C、马儿奔跑时同样需要消耗能量；故“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的；故C正确；
D、不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动的“全自动”手表是不存在的，它违背的热力学第一定律。故D错误
故选：C。

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