【物理】电能 能量守恒定律知识梳理 2023-2024学年高二物理同步精品课堂（人教版2019必修第三册）

第十二章电能能量守恒定律内容预览内容预览电能能量守恒定律eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(电功电热\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(电功W＝UIt，电功率P电＝UI,电热Q＝I2Rt，热功率P热＝I2R,纯电阻电路W电＝Q＝UIt＝I2Rt＝\f(U2,R)t，P电＝P热＝UI＝I2R＝\f(U2,R),非纯电阻电路W电＝UIt；Q＝I2Rt，W>Q)),闭合电路\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(闭合电路的组成：内电路和外电路,电动势：反映电源非静电力做功的本领大小,闭合电路的欧姆定律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(I＝\f(E,R＋r)（适用于外电路是纯电阻的电路）,E＝IR＋Ir（适用于外电路是纯电阻的电路）,E＝U外＋U内（适用于任何电路）)),电源的U－I图像：|k|＝r，b＝E,路端电压随外电阻的变化关系：I＝\f(E,R＋r)，U＝E－Ir,电路的功率\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(电源的总功率P＝EI,内电路消耗的功率P内＝I2r,外电路消耗的功率P外＝U外I)))),实验：电池电动势和内阻的测量\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(伏安法,伏阻法,安阻法)),能源与可持续发展\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(能量守恒定律,能量转移、转化的方向性、能量的耗散,能量的分类：可再生能源与不可再生能源))))电能能量守恒定律电功和电热知识点一电功和电热知识点一1.电功和电功率W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路。2.电热和热功率Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率。3.串、并联电路的功率分配关系(以纯电阻电路为例)(1)串联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成正比，即eq\f(P1,R1)＝eq\f(P2,R2)＝…＝eq\f(Pn,Rn)＝I2。(2)并联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成反比，即P1R1＝P2R2＝…＝PnRn＝U2。(3)无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和。4.额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的功率叫作额定功率。当用电器两端电压达到额定电压U额时，电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率P额，且P额＝U额I额。(2)用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率。为了用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率。非纯电阻电路中的电功、电热知识点二非纯电阻电路中的电功、电热知识点二1.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较纯电阻电路非纯电阻电路举例白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅电动机、电解槽能量转化情况电功和电热的关系W＝Q即IUt＝I2RtW＝Q＋E其他UIt＝I2Rt＋E其他电功率和热功率的关系P＝P热即IU＝I2RP＝P热＋P其他即IU＝I2R＋P其他欧姆定律是否成立U＝IR，I＝eq\f(U,R)，欧姆定律成立U＞IR，I＜eq\f(U,R)，欧姆定律不成立说明W＝UIt、P电＝UI适用于任何电路计算电功和电功率Q＝I2Rt、P热＝I2R适用于任意电路计算电热和热功率只有纯电阻电路满足W＝Q，P电＝P热；非纯电阻电路W>Q，P电>P热2.电功率与热功率的区别与联系(1)区别：电功率是指某段电路的总功率，即这段电路上消耗的全部电功率，表示电流在一段电路中做功的功率等于这段电路两端的电压U和通过这段电路的电流I的乘积，P电＝UI。热功率是指元件(导体)因发热而消耗的功率，电流通过元件发热的功率等于通过元件(导体)的电流的平方与电阻的乘积，P热＝I2R。(2)联系：对纯电阻电路，电功率等于热功率；对非纯电阻电路，电功率等于热功率与转化为除内能外其他形式的能的功率之和。电源的电动势电源的电动势知识点知识点三1.静电力和非静电力(1)静电力是带电体之间通过电场相互作用的力，非静电力是指除静电力外能对电荷移动起作用的力。(2)非静电力的来源①在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能。②在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能。2.静电力与非静电力做功的比较(1)非静电力只存在于电源内部，因此非静电力只在电源内部对电荷做功。通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能。(2)静电力存在于整个闭合电路上，所以在电路中任何部位静电力都要做功。静电力做功将电能转化为其他形式的能。3.电动势(1)电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即在电源内部，非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，则电动势越大。(2)公式E＝eq\f(W,q)是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q无关，是由电源中非静电力的特性决定的，不同种类的电源电动势大小不同。(3)电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律知识点知识点四1.内、外电路中的电势变化如图所示，外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高。2.闭合电路的欧姆定律的表达形式表达式物理意义适用条件I＝eq\f(E,R＋r)电流与电源电动势成正比，与电路总电阻成反比纯电阻电路E＝I(R＋r)①E＝U外＋Ir②E＝U外＋U内③电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和①式适用于纯电阻电路；②、③式普遍适用EIt＝I2Rt＋I2rt④W＝W外＋W内⑤电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和④式适用于纯电阻电路；⑤式普遍适用3.电源的总功率P总＝EI；电源内电阻消耗的功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P出＝U外I。4.对于纯电阻电路，电源的输出功率P出＝I2R＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(E,R＋r)))eq\s\up12(2)R＝eq\f(E2,\f(（R－r）2,R)＋4r)，当R＝r时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为Pm＝eq\f(E2,4r)。电源输出功率随外电阻变化而变化的曲线如图所示。5.电源的效率指电源的输出功率与电源的总功率之比，即η＝eq\f(P出,P总)×100%＝eq\f(IU,IE)×100%＝eq\f(U,E)×100%。闭合电路的动态分析对于纯电阻电路，电源的效率η＝eq\f(I2R,I2（R＋r）)×100%＝eq\f(R,R＋r)×100%＝eq\f(1,1＋\f(r,R))×100%，所以当R增大时，效率η提高。当R＝r(电源有最大输出功率)时效率仅为50%，效率并不高。闭合电路的动态分析知识点知识点五1.程序法(1)分析电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象；(2)由局部电阻变化判断总电阻的变化；(3)由I＝eq\f(E,R＋r)判断总电流的变化；(4)据U＝E－Ir判断路端电压的变化；(5)由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分电路的电压及电流的变化。2.结论法——“并同串反”“并同”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。“串反”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大。含电容器电路的分析与计算知识点含电容器电路的分析与计算知识点六1.电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，此支路相当于断路，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。2.当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联电阻两端的电压相等。3.电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放)电。如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。4.根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量。测电源电动势和内电阻知识点测电源电动势和内电阻知识点七1.伏安法：由E＝U＋Ir知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，电路图如图所示。为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法：（1）公式法利用依次记录的多组数据(一般6组)，分别记录如表所示：实验序号123456I/AI1I2I3I4I5I6U外/VU1U2U3U4U5U6分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值E＝eq\f(E1＋E2＋E3,3)，r＝eq\f(r1＋r2＋r3,3)作为测量结果。（2）图像法把测出的多组U、I值，在U－I图中描点画图像，使U－I图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图所示，由U＝E－Ir可知：①纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流Im＝eq\f(E,r)。②图线斜率的绝对值等于电源的内阻r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|＝eq\f(E,Im)。（3）若采用图甲电路,由于电压表的分流作用造成误差,电压值越大,电压表的分流越多,对应的I真与I测的差值越大。其U-I图像如图丙所示。结论:E测<E真,r测<r真。（4）若采用图乙电路,由于电流表的分压作用造成误差,电流值越大,电流表的分压越多,对应的U真与U测的差值越大。其U-I图像如图丁所示。结论:E测=E真,r测>r真。2.安阻法：由E＝IR＋Ir可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图所示。数据处理方法：(1)计算法：由eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝I1R1＋I1r,E＝I2R2＋I2r))解方程组求得E，r。(2)图像法：由E＝I(R＋r)得eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)R＋eq\f(r,E)，eq\f(1,I)－R图像的斜率k＝eq\f(1,E)，纵轴截距为eq\f(r,E)(如图甲)又R＝E·eq\f(1,I)－rR－eq\f(1,I)图像的斜率k＝E，纵轴截距为－r(如图乙)。由图像的斜率和截距求解。3.伏阻法：由E＝U＋eq\f(U,R)r知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图所示