2021高中物理人教版必修第三册教案 第12章

6电路中的能量转化

［学习目标］1.理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质.(重点)2.

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.(难点)3.理解电功

率和热功率.(重点)4.会从能量守恒角度理解焦耳定律.(难点)

自主预习》裾新翔

ZIZHLJYLJXITAZXIZ/HI

口r知识梳理Q

一、电功和电功率

1.电功

(1)定义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压、电路中的

电流、通电时间三者的乘积.

(2)公式：W=IUt.

(3)单位：国际单位是焦耳,符号是J.

(4)意义：描述电能转化为其他形式能的多少.

2.电功率

(1)定义：单位时间内电速所做的功.

⑵公式：P=IU.

(3)单位：瓦特，符号是叱.

(4)意义：描述电能转化为其他能的快慢或者是电流做功的快慢.

二、焦耳定律

1.内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻

及通电时间成正比.

2.表达式：O=I2Rt.

3.热功率

L意义:表示电流发热快慢的物理量

热功率，一定义:单位时间内的发热量

一公式:P热=，■二单位:瓦特（W）

「7基础自测「

1.思考判断（正确的打“，错误的打“X”）

（1）电功与电能的单位相同，电功就是电能.（X）

（2）电功率越大，电功越大.（X）

11IJ1

（3）根据/="可导出尸=》,该公式用于任何用电器.（X）

KK

（4）电流通过电解槽时，电功大于电热.（J）

2.（多选）关于电功和焦耳热，下列说法正确的是（）

A.在纯电阻电路中，计算电功可用公式W=F心

B.在非纯电阻电路中，计算电功可用公式W=I2Rt

C.在非纯电阻电路中，计算焦耳热可用Q=I2Rt

D.在纯电阻电路中，计算焦耳热可用。

ACD[电功的计算式〃适用于任何形式的电路，焦耳热计算式。=

尸Rf也是普遍适用的，但是只有在纯电阻电路中，电功W才等于焦耳热。，A、

C、D正确，B错误.]

3.把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡正

常发光，甲、乙两电路所消耗的总功率分别用P单和尸乙表示，则下列结论中正

确的是（）

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[设每个灯泡正常工作时的电流为/,则甲图中电路的总电流为31,PT

=12VX3Z,乙图中电路的总电流为I,Pa=12NXl,故有尸甲=3尸匕，B正确.]

合作探究。及重Hi

HEZUOTANJIUCONGZHONGNAN

［逮点1

串、并联电路中电功率的计算

1.串联电路功率关系

(1)各部分电路电流/相同，根据P=rR,各电阻上的电功率与电阻成正比.

(2)总功率P总=U/=(Ui+S+…+U”)/=Pi+P2+…+P”.

2.并联电路功率关系

U2

(1)各支路电压相同，根据p=菅，各支路电阻上的电功率与电阻成反比.

(2)总功率R总=U/=U(/i+心+…+1”)=尸］+P2+…+

3.结论

无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功

率之和.

【例1】有额定电压都是110V,额定功率PA=100W,PB=40W的电

灯两盏，若接在电压是220V的电路上，两盏电灯均能正常发光，那么电路中消

耗功率最小的电路是()

思路点拨：(1)电路的总功率等于各用电器消耗的功率之和.

(2)串联电路中，功率与电阻成正比；并联电路中，功率与电阻成反比.

C［若要两灯均正常发光，亦即每灯的电压均为110V,对A电路，因为

RAVRB,所以〃<见，即UB>U0V,B灯将被烧坏；对B电路，UK>U

B灯将被烧坏；对C电路，网可能等于B灯与变阻器并联后的电阻，所以以

可能等于UB,等于110V,两灯可能正常发光，且电路消耗总功率为200W;

对D电路，变阻器电阻可能等于两灯并联后总电阻，可能有UA=UB=U*=110

V,两灯可能正常发光，且电路中消耗总功率为280W.综上可知，C正确.]

规律)5法

功率求解的技巧

(1)在纯电阻电路中，比较用电器的电功率时，要根据已知条件灵活选用公

式，如用电器电流相同时，用P=/2R比较，若电压相同时用尸=力比较，若电

阻相同时，可根据/或U的关系比较.

(2)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一

定要明确是正比还是反比关系.

(3)当求解用电器的功率时，要明确求解的是什么功率.实际功率与额定功

率不一定相等.

1.(多选)如图所示，Li、L2是两个不同的小灯泡，。、万间有恒定电压，当滑

动变阻器的滑动触头向右滑动时，发生的现象是()

L2

L.

01--------o

ab

3

A.Li亮度不变，L2变暗

B.Li变暗，L2变亮

C.电路消耗的总功率减小

D.经过滑动变阻器的电流减小

BCD[当滑动变阻器的触头向右滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变大，

Rs变大，/g减小，由Pi=^Ri知Li实际功率变小，即亮度变暗；U^=U-1&

Ri变大，由尸2=方知L2的实际功率变大，L2变亮，P总=W总变小，/史=总一12,

由于，2变大，所以/史变小.]

苫点2

纯电阻电路和非纯电阻电路

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

元件特除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能

电路中只有电阻元件

点的用电器

欧姆定

服从欧姆定律不服从欧姆定律

律

能量转电流做功全部转化为电流做功除转化为内能外还要转化为其他形

化电热式的能

元件举

电阻、电炉、白炽灯等电动机、电解槽等

例

2.电功与电热的区别与联系

⑴纯电阻电路

1/2

W=Q=UIt=I2Rt=^t；

____止

P电=Pjt»=U/=1~2R=五.

(2)非纯电阻电路

电功W=U〃，电热Q=I2Rt,W>Qi

电功率尸电=",热功率P热=FR,P电〉尸热.

3.电动机的功率和效率

(1)电动机的总功率(输入功率)：P&=UI.

(2)电动机发热的功率：P热=/2几

⑶电动机的输出功率(机械功率)：

尸机=尸检一尸热=U/一»r.

P机

(4)电动机的效率：〃=言义100%.

【例2】在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路.当调

节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5A和

1.0V；重新调节R使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0

A和15.0V.求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻.

思路点拨：(1)电动机停止转动，电路为纯电阻电路.

⑵电动机正常运转，电路为非纯电阻电路.

［解析］当电流表和电压表的示数为0.5A和1.0V时，电动机停止工作,

电动机中只有电动机的内阻消耗电能，其阻值.=?=栏。=2。

11U.3

当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0A和15.0V,

则电动机的总功率P3=5/2=15.0X2.0W=30.0W

线圈电阻的热功率P熊=1%=2.()2x2W=8.0W

所以电动机的输出功率

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

［答案］22.0W2。

［一题多变］

上例中，若电动机以。=1m/s匀速竖直向上提升重物，该重物的质量为多

少？(g=10m/s2)

产出

提不：P贝”6=.=2.2kg.

规律方法

电动机电路的分析与计算

J电功W电汽卯电二u〃,u为电动机两端电压

电动机正T电热Q卜匚。=尸改,火为电动机的内阻

常运转

1电功率尸入hp入="

工*——I\关系：P入=P次+P出

1热功率P热'P热=/2R/I-----------------------

即电=Qby即衅U/t=/2RuQ

电动机被

卡住

/电=尸假卜［尸电=〃/=/2/=产系

2.规格为“220V36W”的排气扇，线圈电阻为40。,

(1)接上220V的电压后，求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；

(2)如果接上220V的电压后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功

率和发热的功率.

［解析］(1)排气扇在220V的电压下正常工作时的电流为

p36

^=I/=220AQ0.16A,

发热功率为P*=FR=(0.16)2X40W^lW.

转化为机械能的功率为

产机=尸.一尸*=36W-lW=35W.

(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为

热能，此时电动机中电流为

电动机消耗的功率即发热功率为

PJ=P『=UI'=220X5.5W=1210W.

［答案］(1)35W1W⑵1210W1210W

课堂小结知识脉络

电功推导

1.对电功、电功率、电热及热功率的理解与

।L电功率一F二〃/

计算.

Q=/2及■任何电路一非纯电阻电路一能量转化

2.串、并联电路的功率分析与计算.候工［|纯电阻fP皿=网考

夜律N电路［W=Q=Ug产取昭

3.对纯电阻电路与非纯电阻电路的比较.

当堂达标。固巴基

「AZGI),oc;us

1.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是()

A.电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多

B.W=U〃适用于任何电路，而叩=/2口=左1只适用于纯电阻电路

C.在非纯电阻电路中，UI>fR

D.焦耳热。=/2放适用于任何电路

A［电功率公式为尸二5,功率越大，表示电流做功越快.对于一段电路,

有尸=皿1=~,焦耳热。=份）即可见。与尸、U、，都有关.所以，P越

大，2不一定越大，A错误.w=u〃是电功的定义式，适用于任何电路，而/

=名只适用于她电阻电路，B正确.在非纯电阻电路中，电流做的功=焦耳热+

其他形式的能，所以W>°,即U/>/R,c正确.0=12次是焦耳热的定义式，

适用于任何电路中产生的焦耳热，D正确.]

2.一电动机线圈电阻为R,在它两端加上电压U,电动机正常工作，测得

通过它的电流为/,电动机的机械功率是（）

2（72

A.I2RB下

C.UI-I2RD.UI

C[电动机的电功率P=U1,热功率尸乱=/2R,所以机械功率尸机=尸一尸解

=UI-I2R,选项C正确.]

3.如图所示，电路两端的电压U保持不变，电阻修、£、&消耗的电功率

一样大，则&:&：&是（）

A.1：1：1B.4：1：1

C.1：4：4D.1：2：2

U2

C[对及、由尸=石，5=5知，&:夫3=1:1,对R1>&,由p=

I2R,八=2/2知，R1：/?2=区：A=1：4,C正确.]

电路中的能量转化

【教学目标】

1.理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功

的公式，能进行有关的计算。

2.理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。

3.知道电功率和热功率的区别和联系。

4.通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养分析、推理能力。

【教学重点】

电功和电热的计算。

【教学难点】

电流做功的表达式的推导，纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化过程中的

区别。

【教学过程】

一、创设情景，导入新课

教师：用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量，请同学们列举生

活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况。

学生举例：

1.电灯将电能转化为内能和光能。

2.电炉将电能转化为内能。

3.电动机将电能转化为机械能。

4.电解槽将电能转化为化学能。

教师：用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程。电流

做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢？本节课我们学习关于电功和

电功率的知识。

二、新课教学

（―）电功和电功率

请同学们思考下列问题：

（1）电场力的功的定义式是什么？

（2）电流的定义式是什么？

答：电场力的功的定义式W=qUa

I=-

电流的定义式,

如图所示，一段电路两端的电压为U,由于这段电路两端有电势差，电路中

就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I。

在时间t通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少？

这相于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程

中，电场力做了多少功？

电场力做功的功率是多少？

这些公式分别用语言怎么描述？

教师讲解：

在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=H

在这一过程中，电场力做的功W=qU=UIt

p—w—ui

电场力做功的功率为‘

电功：电流在这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。

电流做功的功率等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I的乘积。

在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号J。

电功常用单位是千瓦时，俗称“度”，符号是kW・h.

lkW-h表示功率为IkW的用电器正常工作lh所消耗的电能。

1kWh=l000Wx3600s=3.6x106J

利用电功率的公式P=u/计算时，电压U的单位：V,电流I的单位：

A,电功率P的单位就是W。

总结如下：

1.电功(W)

(1)表达式：电流在一段电路中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，即W=UIto

(2)单位：国际单位制中：焦耳(J)o

(3)物理意义：反应了电能转化为其他形式能的多少。

2.电功率(P)

（1）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。

（2）表达式：电流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段电路两端的

电压U的乘积，即P=Ulo

（3）单位：国际单位制中：瓦特（W）。

（4）物理意义：表示电流做功的快慢。

让学生观察用电器上的铭牌，提问：用电器上写的功率是它在工作中的实际

功率吗？引出额定功率与实际功率。

3.额定功率和实际功率

用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电压下工作的功率是

实际功率。

观察实验，同一个小灯泡接入不同的电压，亮度不一样，并且测量得出的电

功率也不一样，因此我们知道，用电器的实际功率与额定功率的关系:

用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率。

教师展示几种常见家用电器的额定功率

用电路29寸彩电电熨斗电冰箱微波炉台灯

额定电压（V）220220220220220

额定功率（W）70~150300~800100—150800~120040〜60

（二）焦耳定律

教师：家用热水器是将电能转化成内能，那么消耗的电能转化成热量，我们

可以得到Q=W=Uh由欧姆定律U=IR,可以得到热量??的表达式

z

0=lRto

即：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电

时间成正比。我们把它称为焦耳定律。

那么产生热量的快慢怎么表示呢？

p=上=£

由Q=12Rt,t'得：P=/2R,表示电流做功全部变成

热的功率，我们称为热功率。

总结如下：

1.焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的

电阻及通电时间成正比。这个关系最初是焦耳由实验得到的。表达式:

Q=I2Rt

2.热功率：单位时间的发热量通常称为热功率，表达式为P=，2上

（三）电路中的能量转化

教师：电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程。

再次请同学们列举电能转化成其他能量的例子：

1.电灯将电能转化为内能和光能。

2.电炉将电能转化为内能。

3.电动机将电能转化为机械能。

4.电解槽将电能转化为化学能。

提问：电动机是将消耗的电能全部转化成机械能了吗？玩具汽车运行久了会

怎么样？为什么会这样？

学生回答：电动机除了将电能转化成机械能以外，还有一部分电能转化成了

热量。

思考：一个电动机，线圈电阻是0.4Q,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？

P蛆=I2R=52X0.4W=10W

解：电动机发热的功率为

P由=IU=5AX220V=1100W

电动机消耗的电功率为电

电动的对外做功的功率为「机=「电—「热=1100W-1°W=1090W

教师和学生一起总结电动机类和电热水器类的不同

纯电阻电路非纯电阻电路

除电阻外还包括能把电能转化

元件特点电路中只有电阻元件

为其他形式的能的用电器

符合欧姆定律不符合欧姆定律

电流、电压、

U=IRU>IR

电阻的关系

能量转化形式电流做功全部转化为内能电流做功转化为内能和

其他形式的能量

W=UIl

电功

可应用的公式Q=rRt

YR电热

W=Q+W其他

例题：规格为“220V,1000W”的电炉，求：①电炉正常工作时，通过电

阻丝的电流；②电炉的电阻。

三、课堂练习

1.如右图所示的电路，若将玩具电动机卡住，电流表的示数如何变化?

解：电动机转动时，电路为非纯电阻电路，有??阵??/??。

若将玩具电动机卡住，则电路变为纯电阻电路，有??纯=??/??,

即??纯＞??非。电流变示数变大。

2.关于电功，下列说法中正确的有（）

A.电功的实质是电场力所做的功

B.电功是电能转化为内能

C.电场力做功是电能转化为其他形式能量的量度

D.电流通过电动机时的电功率和热功率相等

答案：AC

3.对计算任何用电器的电功率都适用的公式是（）

A.P=12R

U2

BP=k

C.P=UI

D.P=—

答案：CD

4.加在某台电动机上的电压是U,电动机消耗的电功率为P,电动机线圈

的电阻为r,则电动机线圈上消耗的热功率为（）

A.F

U2

B—

p2r

c中

P2r

DP-不

答案：C

闭合电路的欧姆定律

【教学目标】

一、知识与技能

1.借助实验，知道闭合电路欧姆定律。

2.能利用实验结果对实际问题进行简单分析。

3.知道闭合电路中各点的电势高低，加深对于电动势及回路中能量转化的

理解。

二、过程与方法

1.懂得使用电压传感器，学会测量电源电动势的一种方法。

2.通过实验，学会处理实验数据，归纳、总结的科学研究方法。

三、情感、态度与价值观

1.了解电池的结构，感悟物理贴近生活、联系实际。

2.结合实验和探索过程，学会观察、勤于思考，体会科学研究方法，提高

科学素养。

【教学重点】

1.推导闭合电路欧姆定律，应用定律进行有关讨论。

2.路端电压与负载的关系。

【教学难点】

路端电压与负载的关系。

【教学过程】

一、复习提问、新课导入

1.教师：（演示实验）为什么多接几个小灯泡之后，会比之前要暗？

2.介绍闭合电路的组成和内电压、外电压的含义。

外电路

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。

2.提出问题：E、U、U\R、r和I这些物理量之间的内在联系是怎样的？

二、新课教学

（一）电动势

1.电源：

（1）保持两极间有电压。

（2）通过非静电力做功把其它形式的能转化为电能的装置。

2.电动势：电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。

（1）非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E表示。

W

E=—

q

（2）单位：V

（3）电动势与外电路无关，由电源本身特性决定的。

（4）电动势的实质：表征电源把其它形式的能转化为电能的本领。

（二）闭合电路欧姆定律及其能量分析

1.内电路和外电路

（1）内电路：电源内部的电路，叫内电路。如发电机的线圈、电池内的溶

液等。

（2）外电路：电源外部的电路，叫外电路。包括用电器、导线等。

2.内电阻和外电阻上一匕,

（1）内电阻：内电路的电阻，通常称为电源的内阻。。?

（2）外电阻：外电路的总电阻。

【理论分析】

设电源电动势为&内阻为〃与一个负载连成闭合电路，负载两端

电压为U,电路中电流为I,通电时间为t：

W外=Ult

非静电力做功电流做功

化学能---电--能---------->其它形式的能

w非=Eq=Elt

w内3t

根据能量守恒定律，有

EIt=Ult+I2rtE=U+Ir

即:E=U外+U内

4.闭合电路欧姆定律

（1）内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电

阻之和成反比，这个结论叫做闭合电路的欧姆定律。

F

（2）公式：1=3石：

（3）适用条件：外电路是纯电阻的电路。

（三）路端电路与负载的关系

路端电压：外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压，通常叫做路端电

压。

1.路端电路与电压的关系

【实验探究】1）

对某一给定的闭合电路来说，电流、路端电压、内电压随_____（v）___

外电阻的改变而改变，变化情况如下：&Rr-

R变化情况RTR->ooR1RT0

E

I=------

R+r

"I内

当外电阻增大时，电流减小，路端电压增大；当外电阻减小时，电流增大,

路端电压减小。

定性分析

E

R-1(=而"7rlT(=E—Ir)t

E

RK=申)tTiU(=ETr)!

①当外电路断开时,

RT8,/=0,U内=0,1/外=5

此为直接测量电源电动势的依据。

②当电源两端短路时，

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

o

由于r很小，电路中电流很大，容易烧坏电源。

（绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起。）

2.路端电路与电流的关系

路端电压U与电流I的关系图像是一条向下倾斜的直线。U-I图像如图所

不。

①在纵轴上的截距表示电源电动势?？勺

②在横轴上的截距表示电源短路电流E葭

③图象斜率的绝对值表示电源的内阻、、、

（内阻越大，图线倾斜得越厉害）o'-----------一*

/短

3.闭合电路中的功率

（1）闭合电路中的能量转化qE=qU外+qU内

在某段时间内，电能提供的电能等于内、外电路消耗的电能的总和。

电源的电动势又可理解为在电源内部移送1C电量时，电源提供的电能。

（2）闭合电路中的功率

EI=U/+U内I

EI=I2R+I2r

说明了电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上，转化为其他形式的能，

另一部分消耗在内阻上，转化为内能。

（3）电源提供的电功率

电源提供的电功率，又称之为电源的总功率。

E2

R+r

RT—P1，R-8时，p=o

p——

RJ—Pf,RTO时，

（4）外电路消耗的电功率

外电路上消耗的电功率，又称之为电源的输出功率。

P=u外I

定性分析

I痣

u产E-

从这两个式子可知，R很大或R很小时，电源的输出功率均不是最大。

定量分析

E2RE2R

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

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

所以，当R=i•时，电源的输出功率为最大，P4ro

图像表述:

从P—R图像中可知，当电源的输出功率小于最大输出功率时，对应有两个

外电阻Ri.R2时电源的输出功率相等。可以证明，Ri.R?和r必须满足：

r=

（5）内电路消耗的电功率

内电路消耗的电功率是指电源内电阻发热的功率。

E2R

P内=UG=（R+了

Rf-'P内I,RJ-P内T。

（6）电源的效率

电源的输出功率与总功率的比值。

P外R

n=-F=R+7

当外电阻R越大时，电源的效率越高。当电源的输出功率最大时，n=50%。

三、当堂检测

［题1］关于电动势下列说法中正确的是（）

A.在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加

B.对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大

C.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移动，单位

电荷量做功越多

D.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极，移送电

荷量越多

【题2】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L6V和0.4A。当S断开时，它们

的示数各改变0.1V和0.1A,求电源的电动势。

【题3】如图所示的电路中，电源的电动势和内阻分别为E

和r,当闭合开关S,向左移动滑动变阻器的滑片时，下列说法

正确的是（）

A.电流表的示数变大，电压表的示数变大

B.电流表的示数变大，电压表的示数变小

C.电流表的示数变小，电压表的示数变小

D.电流表的示数变小，电压表的示数变大

【题4】如图所示电路中，电源电动势E=10V,内电阻r=0.5Q,电动机的电

阻Ro=LOC，电阻Ri=L5Q,电动机正常工作时，电压表的示数Ui=3.0V,求：

（1）电源释放的电功率。A电动机

（2）电动机消耗的电功率，将电能转化为机械能的功率。一'

（3）电源的输出功率。0

实验：电池电动势和内阻的测量

【教学目标】

一、知识与技能

1.知道测量电源，电动势和内阻的实验原理，进一步感受电源路端电压随

电流的变化关系。

2.经历实验过程，掌握实验原理和方法，学会根据图像合理外推进行数据

处理的方法。

3.尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的方

法。

二、过程与方法

1.体验设计测量电源的电动势和内阻实验的电路、选择实验的仪器、连接

实验电路，这些过程可以让学生得到操作技能的训练。

2.实验数据的采集、实验数据的分析以及图像法对实验数据的处理，可以

锻炼学生的思维方法。

三、情感、态度与价值观

1.使学生理解和掌握基本的实验手段和处理数据的基本过程和技能，严谨

求实的态度和不断探索的精神。

2.培养仔细观察，真实记录实验数据等良好的实验习惯和实事求是的品质。

3.提高学生的思维能力、操作能力，激发学生的学习兴趣，培养学生团队

合作、探究、交流、动手处理问题的能力。

【教学重点】

掌握实验原理和方法，学会处理实验数据。只有掌握了原理和方法，才能加

深对电动势和内阻的理解。

【教学难点】

用图像法处理实验数据、实验误差分析。图像中的两个截距点的处理办法。

【教学过程】

一、复习提问、新课导入

教师：我们的日常生活中，很多用电器都离不开电池，而电池的电动势和内

阻是电池的两个最重要参数，要求学生根据闭合电路，欧姆定律的知识来设计电

路，从而测出电源的电动势和内阻，从而激发学生对所学知识的实际问题应用的

渴望和兴趣。

二、新课教学

1.实验方法：用伏安法测量

如图所示，改变滑动变阻器的阻值，分别测量两组U、I的值，则由闭合电

路欧姆定律可得：

2.数据记录:

实验次数123456

电压U/V

电流I/A

3.数据处理:

方法一：解方程组法

Ur=E-lxr

U2=E-l2r

_IW2-IUi

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

/i一，2

%一%

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

A~~12

方法二：图象法

小U/V

U轴截距等于电动势E

R是直线的斜率的绝对值

4.注意事项：

（1）电压表、电流表要选择合适的量程，使测量时指针的偏角大一些，减

小读数时的误差。

（2）为了使电池的路端电压变化较明显，电池的内阻宜大些。也可以将一

个定值电阻与电池串联在一起作为电源，不过要注意测量结果减去定值电阻才是

电池内阻。

（3）干电池在大电流放电时，电动势会明显下降，内阻会明显增大，故在

实验中，不要将电流调得过大，且读取电表数据要快，每次读完立即断开电键。

（4）在画??-??图线（直线）时，要使尽可能多的点落在这条直线上，而且

在直线两侧的点数大致相等，个别偏离直线较远的点应舍去。求r时选取直线上

相距较远的两点求斜率可以减小误差。

（5）由于电池的内阻r一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了

使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，这时直线与横轴的交点不再是

短路电流，但斜率的绝对值仍然还是电源的内阻r。所以求内阻的一般表达式应

该是??=|A??/A??|。

（6）电阻??的伏安特性曲线中，？?与??成正比，前提是??保持一定。

补充：

电源的U-I图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：E、r不变，外电阻R

改变，电流I增大，路端电压U将随之减小，U与I成线性关系，U=E-Ir0

也就是说它所反映的是电源的性质，所以也叫电源的外特性曲线。

5.误差分析：

（1）偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作??-??图象时描点

不是很准确。

（2）系统误差：选用电路图时，实验电路中的电流表也有内接法和外接法

之分，两种方式测量都会带来误差。

内接法（安培表内接在并联电路之内的电路）

E»i<E我，r»i<r我

外接法（安培表外接在并联电路之外的电路）

E加=后a，r»i>r真

该电路适用于电源内阻很大的情况。

要想测出电池的内阻，如果采用外接法，将电流表的内阻r与电源的内

阻L合并为r+r4,则可以不计电流表的分压作用。最后测到的结果是

相当于电池内阻与电流表内阻的总和r+rA,而两者相差又不太多，这样一

来误差就会比较大。

所以应采用内接法。为了减小系统误差，所选用的电压表的内阻应该大一些。

三、变式应用

变式一：用一只电流表和电阻箱测量

如图所示，改变电阻箱R的阻值，测出不同阻值时对应的电流表的示数，

则由闭合电路欧姆定律可得：

E=Ii/?i+I,E—I-)r

_/l/2（7?2—/?l）llRz—1\R\

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

h-hh-h

变式二：用一只电压表和电阻箱测量

如图所示，改变电阻箱R的阻值，测出不同阻值时对应的电压表的示数,

则由闭合电路欧姆定律可得:

「〃5

E=U\+——r

RT

l〃U2

E=Lh+——r

R2

变式三：定值电阻和一个理想电压表（量程大于电源电动势）

变式四：用两只电压表测量

如图所示，闭合Si、S„记下H读数U”闭合Si、断

I

开S,,记下。读数V,读数u„则由闭合电路欧姆定

律可得：

E=%+挥

«171

t

E=U.+U+六r

12'%2

由上两式可得:

能源与可持续发展

【教学目标】

1.理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。

2.通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。

3.了感知我们周围能源的耗散，树立节能意识。

【教学重难点】

1.能量守恒定律的内容。

2.理解能量守恒定律的确切含义。

【教学过程】

一、新课教学

（一）能的转移和转化

1.教室列举生活中能量转化的例子

（1）化学能转化为内能和机械能（2）风能转化为电能

自

■

*—一j-r*-'1

（3）重力势能转化为电能（口4）电能转化为机械能

（5）电能转化为内能（6）太阳能转化为电能

（7）光能转化为化学能（8）化学能转化为电能

【练习】

指出下列现象中能量的转化或转移情况:

（1）人在跑步时，身体发热（）

化学能转化为内能

（2）风吹动帆船前进（）

风的机械能转移到帆船上

（3）放在火炉旁的冷水变热（）

内能由火炉转移给水

（4）电流通过灯泡，灯泡发光（）

电能转化为光能

（5）植物进行光合作用（）

光能转化为化学能

（二）能量守恒定律

通过上面的练习，我们可以总结得出：

（1）能量转移：能量的形式没改变

（2）能量转化：能量的形式发生变化

无论能量发生转移还是转化，总能量保持不变。

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。

在历史的长河里，物理规律从来都是经过不断的试错和摸索得来的，在此之

前人们认为有永动机存在，它不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。人

们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机。

在这个过程中，还设计了很多不同类型的永动机。

水

塔

式

永

动

机

2.事实和理论都证明永动机是不可能制成的

永动不可能制成的原因：

根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形

式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的。

17~18世纪许多机械专家就已经论证了永动机是不可能的法国科学院在

1775年就正式决定，不再研究和试验任何永动机。

3.能量守恒定律的意义：

（1）能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个

最伟大的科学发现。

（2）能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的

普遍规律之一。

（3）自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒

定律的过程都是不可能实现的，例如“永动机”只能以失败而告终。

（4）机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。

［例题1］下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是（）

A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加

B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加

C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成

的

D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了

【例题2】一个物体沿粗糙斜面匀速滑下，则下列说法正确的是（）

A.物体机械能不变，内能也不变

B.物体机械能减小，内能不变

C.物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量减小

D.物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量不变

（三）能量转化和转移的方向性

教师抛出问题：既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源?

师生活动1:

活动要求：

根据给定器材设计活动，使能量发生转化和转移；

思考并记录：活动的目标是什么、使用了何种能源、能量转化过程怎样、能

量最终去了哪里？

第1组：长木板弹簧小车

第2组：干电池导线小电珠开关

第3组：高功率红外灯电动机小型叶片（或者蜂鸣器）

第4组：电吹风电动机小型叶片

第5组：脸盆水水车

教师提问：现在请各小组派一代表来说一下你们这组的活动目标是什么？利

用什么能源？能量的转化情况如何？

学生回答：略

师生总结：

（1）虽然我们的器材不同、使用的能源不同，但是能量在转化和转移的过

程中都完成了目标，因此能源的利用本质就是能量的转化和转移；

（2）所有的能量最终“归宿”都为内能。

教师提问：那你们感受到了内能吗？

学生回答：没有

教师提问：为什么？

学生回答：能量太小了

教师提问：那为什么当它是机械能、水能、化学能其他形式的时候我们能感

知到了呢，难道能量不守恒了吗？

学生回答：守恒

教师提问：那是为什么？

学生回答：（引导回答）那是因为环境太大，内能分散到各个角落都有可能,

无序度高；

教师提问：那我们有没有办法把散发在空气的所有内能收集回来，比如重新

让你们的灯泡发光、叶片旋转、小车运动起来呢？

学生回答：不能

教师总结：不管何种形式的能源，其能量最终“归宿”都为内能，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。

教师展示一座房屋的红外线照片

可以看出，由于取暖和使用电器，室内温度比室外高。热量散失到室外后，

不能回收重新利用。

教师提问：能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解？

教师总结：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。

教师提问：我们手拿着冰块，内能是谁转移给谁？冰块能够将内能转移给手

吗？

学生回答：不能

教师总结：内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不会自发的由低

温物体向高温物体转移。

师生活动2

教师提问：同学们当内能向其他形式能量转化时，是否无条件全额地转化

呢？

演示实验：温差热机发电

得出结论：要使叶片转动，前提条件必须与环境存在温度差，第二内能也会

自发地向低温环境传递热量，因此内能不能百分之百的转化为其他形式的能量。

能量耗散实际上也是品质降低的过程。

教师提问：对于一个国家，主要能源来自化石能源，如石油、天然气、煤炭

等，主要的发电形式也是火力发电，过渡使用能源将会出现什么问题？

学生回答：能源危机和环境问题。

穿插介绍：能源危机引发一个国家的能源掠夺、经济的震荡；

图片展示：介绍环境问题和引发的危害

（1）温室效应

大量燃烧石油、煤炭、天然气等产生的二氧化碳气体，增大了大气中二氧化

碳的含量，由于二氧化碳对长波的辐射有强烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一样,

只准太阳光的热辐射进来，不让室内长波热辐射出去，使地球气温上升，这种效

应叫温室效应。温室效应使两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海

水倒流入河流，从而使耕地盐碱化。

（2）酸雨

酸雨是指pH小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水。形成酸雨的主要原

因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫和氮氧化物，通

过化学反应分别转化为硫酸和硝酸，混入雨水和雪水中，使其酸度增加。同时，

酸雨的形成还与大气中其他许多碱性物质如飞灰中的氧化钙、土壤中的碳酸钙等

与酸发生中和反应有关。

酸雨对人类是有害的，首先危害人体健康：由于酸雨可溶解空气及土壤中的

重金属粒子，使其变成对人体有害的金属，人饮用了这种水就能诱发各