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章节复习
第十二章 电能 能量守恒定律
知识框架
电源
1.定义：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置．非静电力所做的功与所移动的电荷量之比叫电动势。
2.电动势
①物理意义：反映电源把其他形式能转化为电能本领大小的物理量．
②大小:
Ⅰ、等于电路中通过1C电荷量时电源所提供的电能的数值E=W/q：
Ⅱ、数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压，在闭合电路中等于内外电路上电势降落之和E=U外+U内
小试牛刀
于电源电动势，下列说法正确的是( )
A. 常见充电宝标有5000mA h或10000mA h等，此物理量越大，则充电电流越大
B. 电动势E跟电源的体积无关，外电路变化时，E也变化
C. 电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领大小，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势越大
D. 电动势E反映电源做功的能力，电动势大，则说明其内部移动1C的正电荷时，非静电力做功要多
D
电源的伏安特性曲线
闭合电路中，当外电阻R发生
变化时，干路电流I发生变化，路
端电压U也随之发生，路端电压U
与电流I的关系可表示为，若以U
为纵坐标、I为横坐标，可在U-I
直角坐标系中作出U-I图线，此图
线称为电源的伏安特性曲线
由可知函数图像是一条向下
倾斜的直线.纵坐标轴上的截距等于电动势的大小;横坐标轴上的截距等于短路电流I短;图线的斜率值等于电源内阻的大小.
小试牛刀
用伏安法测一节干电池的电动势和内电阻，根据实验测得的一系列数据，作出U I图(如图所示)，由图可得被测干电池的电动势和内阻分别为( )
A. 1.5V，1.5Ω
B. 1.5V，0.5Ω
C. 1.0V，1.5Ω
D. 1.0V，1.5Ω
B
电功、电功率、电热、热功率
1.电功:电流做功的实质是电场力对电荷做功.电场力对电荷做功，电荷的电势能减少，电势能转化为其他形式的能.因此电功W=qU=WUt，这是计算电功普遍适用的公式.
2.电功率：单位时间内电流做的功叫电功率，P=W/t=UI，这是计算电功率普遍适用的公式.
3.电热(焦耳定律):Q=I2Rt，式中Q表示电流通过导体产生的热量，单位是J.焦耳定律无论是对纯电阻电路还是对非纯电阻电路都是适用的.
4.热功率：单位时间内导体产生的热量，P热=I2Rt。
电功、电功率、电热、热功率
纯电阻电路消耗的电能全部转化为热能，电功和电热是相等的.所以有
非纯电阻电路消耗的电能一部分转化为热能，另一部分转化为其他形式的能.所以有
小试牛刀
如图是一个电热水壶的铭牌。某同学利用所学知识，结合该铭牌上获取的信息，得出该电热水壶( )
A. 只能在220V电压下工作
B. 正常工作5min耗电约0.5kW h
C. 正常工作时的电流约为6.8A
D. 用多用电表测量其电阻值约为32Ω
C
电机
输入
功率
输出
功率
发热
电机的功率
电机的效率
总输入功率
电机热功率
输出功率
小试牛刀
在如图所示的电路中，电源的电动势E=10V、内阻r=0.5Ω，小型直流电动机M的内阻r0=0.5Ω。闭合开关S后，电动机正常转动，理想电流表的示数I=1.0A，则电动机的机械功率为( )
A.0.5W
B.10W
C.9W
D.9.5W
C
部分电路欧姆定律
1.内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比．
2.表达式： .
3.适用范围：金属导电和电解质溶液导电，不适用于气态导体或半导体元件．
闭合电路欧姆定律
1.内容:闭合电路的电流强度跟电源的电动势成正比，跟闭合电路总电阻成反比.
2.表达式:
①只适用于纯电阻电路：
②只适用于任意电路： 或
小试牛刀
在如图所示的电路中，R1=12.0Ω，电流表、电压表均为理想电表，电容器C=1000μF，电源的电动势E=12.0V，闭合开关S，电路稳定后，电流表的示数I=0.5A，电压表的示数U=5.0V，求：
(1)定值电阻R2；
(2)电源的内阻r；
(3)电容器C极板所带电荷量Q.
路端电压、总电流与外电阻的关系
1.一般情况：当R增大（减小）时，变小（增大），增大（减小）；
2.特殊情况：
①当外电路断路时（R增大到∞），I＝0，U＝E；
②当外电路短路时（R减小到零），I短＝E/r，U＝0.
闭合电路中的三个功率
1.电源的总功率:就是电源提供的总功率，即电源将其他形式的能转化为电能的功率，也叫电源消耗的功率.
①任意电路： ．②纯电阻电路： .
2.电源输出功率:整个外电路上消耗的电功率.
①任意电路： ．②纯电阻电路：
由P出与外电阻R的关系图像可以看出:
①当R=r时,电源的输出功率最大,
为P出m=E2/4r ，但效率不是最大,而是只有50%.
②当R>r时,随着R的增大,输出功率越来越小.
③当R④当P出R1和R2,且R1R2=r2,因此需要注意题目中可能出现双解的情况.
小试牛刀
如图所示，已知电源电动势E=5V，内阻r=2Ω，定值电阻R1=0.5Ω，滑动变阻器R2的阻值范围为0～10Ω.求：
(1)当滑动变阻器R2的阻值为多大时，电阻R1消耗的功率最大？最大功率是多少？
(2)当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大？最大功率是多少？
(3)当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？最大功率是多少？
闭合电路中的三个功率
3.电源内耗功率:内电路上消耗的电功率
4.电源的效率:指电源的输出功率与电源的功率之比，即
①任意电路：
②纯电阻电路：
提高纯电阻电路效率的方法：R越大，η越高．
小试牛刀
如图甲所示的电路中定值电阻R=60Ω，电源电动势E=100V，r=10Ω。如图乙所示，曲线为灯泡L的伏安特性曲线，直线为电源的路端电压与电流的关系图线，以下说法正确的是( )
A. 开关S断开时电源的效率为60％
B. 开关S闭合后电源的总功率会变小
C. 开关S闭合后灯泡的亮度增强
D. 开关S断开时小灯泡消耗的功率为240W
D
电源与电机
小试牛刀
利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势E=6V，电源内阻r=1Ω，电动机内阻r0=2Ω，电阻R=3Ω，重物质量m=0.10kg。当电动机以稳定的速度匀速提升重物时，理想电压表的示数为U=5.5V。不计空气阻力和摩擦，取g=10m/s2。求：
(1)流经电源的电流I和电动机两端的电压U2；
(2)电动机的输入功率P入、热功率P热和输出功率P出；
(3)重物匀速上升时的速度v；
(4)电源的工作效率η。
能源与可持续发展
1、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其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变
2、能量的耗散：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
3、能源的分类：可再生能源与不可再生能源
4、能源的利用与节能
小试牛刀
PM2.5主要来自化石燃料、生活物资、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用资源。关于能源和能量，下列说法正确的是( )
A. 自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用
B. 人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源
C. 能量被使用后就完全消失了，所以要节约能源
D. 能量耗散说明自然界的总能量正在不断减少
B
电路的动态分析
1.程序法: 遵循“局部—整体—局部”的思路
电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路的变化→其他支路的变化.
电路的动态分析
2. 结论法：“串反并同”，应用条件为电源内阻不为零．
①所谓“串反”，即某一电阻的阻值增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小，反之则增大．
②所谓“并同”，即某一电阻的阻值增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大，反之则减小
3.极限法:因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论.
4.特殊值法:对于某些特殊电路问题,可以采取代入特殊值的方法去判定.
小试牛刀
如图所示电路，当滑动变阻器R1的滑片向上滑动时，下列说法正确的是( )
A.电流表的示数变大
B.R3两端的电压减小
C.R2的功率增大
D.R1的电流增大
A
小试牛刀
如图所示，开关S闭合后，带电质点P在平行金属板中处于静止状态．则( )
A. 质点P一定带正电
B. 滑片向a端移动时，
两只电表的示数均增大
C. 滑片向a端移动时，
质点P将向上板运动
D. 若将开关S断开，质点P将向下板运动
C

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