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1、第十二章电能 能量守恒定律单元小结：电路中的能量是怎样转化的？导语：本章我们学习了电路中的能量，电功和热量。借助能量守恒定律，研究闭合电路中的能量转化，需要解决以下问题：1.电路中存在哪些形式的能量？2.何为闭合电路？3.如何在闭合电路中准确描述电学物理量之间的关系？4.如何设计实验测量闭合电路的电学物理量？5.能源的利用和可持续发展存在怎样的关系？一、本章主要知识网络梳理如下：从网络图可知，本章的内容编排以及课程学习充分体现物理学科的思维流程。从基础概念入手，学习电功和热量两类概念及其在电路中的转化，进而在学习电动势的基础上引入闭合电路欧姆定律，并深入进行实验操作，测电源的电动势和内阻，最后
2、从能源与可持续发展角度紧扣学科素养。环环相扣，层层递进，符合人类认识事物的一般思路。二、本单元知识网络解读1.基本概念电能生活中随处都可以见到用电器，而电能转化成其他形式的能，是通过电流做功来实现。能量转化的过程中电能消耗了多少，结合电场相关知识可知，电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功，即电流在电路中所做的功，等于这段电路两端的电压U，电路中的电流I，通电时间t三者的乘积。电能转化的快慢用电功率来描述，电流在一段电路中所做的功与通电时间之比可以衡量电流做功的快慢，P=IU。以上两公式是从电流做功的本质出发而得，所以在不清楚电路元件性质的情况下，求电功和电功率可直接使用上述
3、公式。2.基本概念热量电流做功，究竟会转化为哪种形式的能量，取决于用电器的类型。电流通过电热元件做功时，电能全部转变成导体的内能。电流通过导体产生的热量由焦耳定律来计算，跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，。热量转化的快慢即热功率，单位时间内热量的表达式为。3.电路中的能量转化纯电阻电路与非纯电路电路焦耳定律讨论了电能全部转化为内能的情形，但在实际电路中除了含电阻外还含有其他负载，以电动机为例，从能量转化和守恒的角度来看，电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能。因此我们将电路分为纯电阻电路和非纯电阻电路。将消耗的电能全部转化为电路中内能的电路即纯电阻电路，电功和电热
4、是相等的。例如白炽灯电路等。公式、通用。将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的电路即非纯电阻电路，例如电动机电路。非纯电阻电路消耗的电能只是一部分转化为热能，所以在非纯电阻电路中，；在该部分电路中不得使用欧姆定律进行电压和电流的计算，但是串并联电路中的电流和电压规律依旧能用。4.基本概念电动势电源把其他形式的能转化为电能的本领用电源的电动势来描述，电动势是电路中电能的提供者，由电源本身决定，在数值上等于电源未接入电路时两极间的电压。在闭合电路中，电源电动势在数值上等于内、外电压之和。从能量转化的角度说，电动势和电压是截然不同的物理量，电源电动势数值上等于将单位正电荷从电源的
5、负极经电源内部移到正极的过程中非静电力所做的功（其他形式的能转化为电能的多少）。5.闭合电路的欧姆定律闭合电路由内电路和外电路组成，内外电路都会出现电势变化。根据闭合电路欧姆定律的学习，流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内、外电阻之和成反比。从表达式上来看，电流式：电压式：或能量式：在电压式中，电源电动势等于内、外电压之和，外电路断开时，电源两极间的电压等于电源电动势，外电路闭合时，电源两极间的电压往往小于电源电势。在能量式中，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；外是电源输出功率，也就是整个外电路上消耗的电功率；是电源的内耗功率，也就是内电路上消耗的电
6、功率。6.路端电压与外电阻的关系我们常把外电路的用电器叫做负载，把外电路的电势降落叫做路端电压。负载变化时，电路中的电流就会变化，路端电压也会随之变化。根据闭合电路的欧姆定律可知，当R增大时U增大，R减小时U减小。外电路断开时，R为无限大，I变为零，路端电压等于电源电动势。外电路短路时，R0，U0，(称为短路电流)。7.闭合电路欧姆定律的应用实验测量电池电动势和内阻纸上谈兵终觉浅，只有将理论应用到实践之中才能深入理解。电动势和内阻都是电源的重要参数，根据闭合电路欧姆定律，有多种方法可以测定电池的电动势和内阻。以为例，测量两组路端电压和电流的数值，进而联立方程组求解，但此过程中误差可能较大，只有
7、多次测量，并对数据进行处理，才能减小误差，体现物理实验严谨科学的探究精神，因而借助滑动变阻器改变外电路的电阻，进行多次测量。8.深化本章主旨能源与可持续发展新课程更多地与社会实际相联系，引导我们考虑能量转化和转移的方向。从物理学的角度研究宏观过程的方向性，现阶段我们初步地体会了一些简单的实例。例如：达到相同温度的鸡蛋和水不能自发的变成原来温度的热鸡蛋和冷水，在其他的宏观过程中也是如此。通过实例说明，在能量的转化和转移过程中，能量是守恒的，但能量的品质却降低了，可被人直接利用的能源在逐渐减少，这是能量耗散现象。所以，能量虽然守恒，但我们还要节约能源。通过能源的分类以及应用的学习，我们了解到目前我国能源开发方面取得的重大成就以及社会发展都离不开能源推动，清洁能源更有利于推动形成人与自然和谐发展的生态文明。本章我们学习了电路中能量是如何转化的，不仅从理论角度定量研究能量转化，更重要的是从实验角度对理论知识进行应用，测定电源的电动势和内阻，充分体现了实验在物理学中的地位，这将贯穿我们整个物理生涯的学习，也侧面体现实验是检验真理的唯一标准。最后回扣本章主旨，能量虽守恒却仍有方向性，构建人与自然和谐共生的生态文明离不开我们每个人的节能意识。学科网（北京）股份有限公司