(共50张PPT)
2 闭合电路的欧姆定律
核心素养点击
物理观念 (1)知道电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电势能的装置，知道电动势的定义式。
(2)理解闭合电路的欧姆定律。
(3)知道欧姆表测量电阻的原理。
科学思维 经历闭合电路欧姆定律的理论推导过程，理解内、外电路的能量转化，体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用。
科学探究 (1)通过探究电源两端电压与电流的关系，体会图像法在研究物理问题中的作用。
(2)能根据闭合电路欧姆定律解释路端电压与负载的关系。
科学态度与责任 了解电源短路可能会带来的危害，加强安全用电意识。
1．填一填
(1)闭合电路：由导线、电源和 连成的电路。 和导线组成外电路，电源内部是内电路。
(2)非静电力：在电源内部把正电荷从 搬运到 的力。
(3)电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为 的装置。
用电器
用电器
负极
正极
电势能
2．判断
(1)电源只能把电能转化为其他形式的能。 ( )
(2)电动势与电势差实质上是一样的。 ( )
(3)电源的电动势越大，电源内部非静电力做功的本领越大。 ( )
×
×
√
3．想一想
电源中非静电力的作用是什么？
提示：在电源中，非静电力做功，把一定数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极，使电荷的电势能增加，从而把其他形式的能转化为电势能。
(4)闭合电路中能量的转化情况，电路图如图所示。
电源的非静电力做功：W＝Eq＝EIt
在外电路中电能转化为内能：Q外＝I2Rt
电流通过内阻r时，在内电路中电能转化为内能：Q内＝I2rt
由能量守恒得：W＝Q外＋Q内
即：EIt＝I2Rt＋I2rt
2．判断
(1)闭合电路中沿着电流的方向电势一定降低。 ( )
(2)闭合电路的电流跟内、外电路电阻之和成反比。 ( )
(3)电路断开时，电路中的电流为零，路端电压也为零。 ( )
×
√
×
3.想一想
如图为闭合电路中的电势变化情况的示意图，试说明哪部分是外电路、内电路，电势是如何变化的？电源电动势为多大？
提示：从A直接到B为外电路，电势逐渐降低；从B到C到A为内电路，在内电路中，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”——BC 和DA化学反应层；电源电动势为BC＋DA。
[问题驱动]
日常生活中我们经常接触到各种各样的电源，如图所示的干电池、手机电池，它们有的标有“1.5 V”字样(甲)，有的标有“3.7 V”字样(乙)。
甲 标有“1.5 V”的干电池 乙 标有“3.7 V”的手机电池
如果把1 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，电荷的电势能增加了多少？非静电力做了多少功？如果把1 C的正电荷从3.7 V手机电池的负极移到正极呢？哪个电池做功的本领大？
提示：把1 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，电势能增加了1.5 J，非静电力做功1.5 J；从3.7 V手机电池的负极移到正极，电势能增加了3.7 J，非静电力做功3.7 J。3.7 V手机电池做功的本领大。
理解电动势的“三点注意”
(1)电动势由电源本身决定，与外电路无关。
(2)电动势是标量，但有方向，物理学中规定方向为由负极经电源内部指向正极，即电源内部电流的方向。
(3)电源的内部也有电阻(即内电阻)，当电流经电源内部时也有电压降(即内电压)。
【素养训练】
1．电源电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的能力，因此( )
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．电动势一定等于闭合电路中电源两端的电压
D．电动势的大小是非静电力做功本领的反映
解析：电动势是反映电源通过非静电力做功将其他形式的能转化为电势能本领的物理量，电动势不是一种非静电力，电动势越大说明这种转化本领越强，但不能说明储存的电能越多，A、B错误，D正确；闭合电路中电源电动势大小等于内、外电压之和，或者等于开路电压，电源有内阻，所以闭合电路中电源两端的电压小于电动势，故C错误。
答案：D
2．下面对电源电动势概念的认识正确的是 ( )
A．电源的电动势与体积有关
B．在闭合电路中，电动势等于内、外电压之和
C．电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领，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、电压和电势差虽名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同
解析：电动势是由电源的性质决定的，与体积大小无关，故A项错误；电源电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，即在电路中通过一定电荷量时，电源提供的电能越多，电动势越大，并不是电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势越大，因为转化的能量除与电动势有关外，还与所经历的时间、用电情况有关，故C项错误；电动势和电势差意义不同，电势差是表示电能转化为其他形式的能的本领的物理量，故D项错误。
答案：B
[问题驱动]
如图为闭合电路的组成。
(1)在外、内电路中，沿着电流方向，各点电势如何变化？
提示：在外电路中沿电流方向电势降低；在内电路中沿电流方向电势升高。
(2)若电源电动势为E，电路中的电流为I，在t时间内非静电力做功多少？内、外电路中产生的焦耳热分别为多少？它们之间有怎样的关系？
提示：EIt I2rt I2Rt EIt＝I2Rt＋I2rt
(3)闭合电路的电流I与电动势E、外电阻R和内电阻r的关系怎样？
【重难释解】
1．闭合电路中的几个关系式
[特别提醒]
(1)外电路短路时电路中电流较大，为防止将电源、电路烧坏或引发火灾事故，一般不允许这种情况发生。
(2)外电路含有非纯电阻元件(如电动机、电解槽等)时，不能直接用欧姆定律解决电流问题，可以根据串、并联电路特点或能量守恒定律列式计算。
解题指导：
(1)两电表读数增减的分析：
①开关S断开后，外电阻的变化：由R1、R2并联变化为只有R1接入电路，电阻变大；
②两电表读数的变化：电流表读数减小，电压表读数变大。
(2)电压表测量的是路端电压，电流表测量的是干路电流，它们之间的关系满足闭合电路欧姆定律， 即U＝E－Ir。
[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－0.4r①
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)r②
由①②解得：E＝2 V，r＝1 Ω。
[答案] 2 V 1 Ω
闭合电路问题的求解方法
(1)分析电路特点：认清各元件之间的串、并联关系，特别要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量哪个用电器的电流。
(2)求干路中的电流：若各电阻阻值和电动势都已知，可用闭合电路的欧姆定律直接求出，也可以利用各支路的电流之和来求。
(3)应用闭合电路的欧姆定律解决问题时，应根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流。
【素养训练】
3．如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，下面结论正确的是 ( )
A．电源的电动势为6.0 V B．电源的内阻为12 Ω
C．电源的短路电流为0.5 A D．电流为0.3 A时外电阻是1.8 Ω
4.如图所示的电路中，当开关S接a点时，标有“4 V，8 W”的小灯泡L正常发光，当开关S接b点时，通过电阻R的电流为1 A，时电阻R两端的电压为5 V。求：
(1)电阻R的阻值；
(2)电源的电动势和内阻。
[问题驱动]
用导线把旧干电池组、电流表、电压表、两只相同的小灯泡、开关等按如图所示电路连接。
(1)闭合开关S和S1，观察小灯泡L1的亮度，并记下电流表和电压表的示数。
(2)再闭合开关S2，观察小灯泡L1的亮度如何变化，电流表和电压表的示数如何变化。
请结合闭合电路欧姆定律，分析发生以上变化的原因。
提示：当闭合开关S2后，小灯泡L1变暗，电流表示数增大，电压表示数减小。当闭合开关S2，小灯泡L1和L2并联，电路总电阻减小，总电流增大，由U＝E－Ir可知，电源的路端电压减小，灯泡L1变暗。
3．电源的U I图像：如图所示是一条倾斜的直线，图像中U轴截距E表示电源电动势，I轴截距I0等于短路电流(纵、横坐标都从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻。
解题指导：在路端电压U与电流I的U I图像中：纵坐标的截距表示电动势，横坐标的截距表示短路电流，斜率的绝对值表示电源的内阻。
【素养训练】
5．电源电动势为E，内阻为r，向可变电阻R供电，关于路端电压，下列说法正确的是 ( )
A．因为电源电动势不变，所以路端电压也不变
B．因为U＝IR，所以当I增大时，路端电压也增大
C．因为U＝E－Ir，所以当I增大时，路端电压减小
D．若外电路断开，则路端电压为零
解析：路端电压U＝IR＝E－Ir，因为I增大时，R减小，所以不能用U＝IR判断路端电压的变化情况，根据U＝E－Ir可知，当I增大时，路端电压减小，所以选项A、B错误，C正确；当外电路断开时，路端电压等于E，选项D错误。
答案：C
6．如图所示，电源的内阻不能忽略，当电路中点亮的电灯的数目增多时，下面说法正确的是 ( )
A．外电路的总电阻逐渐变大，电灯两端的电压逐渐变小
B．外电路的总电阻逐渐变大，电灯两端的电压不变
C．外电路的总电阻逐渐变小，电灯两端的电压不变
D．外电路的总电阻逐渐变小，电灯两端的电压逐渐变小
解析：由题图可知，电灯均为并联；当点亮的电灯数目增多时，并联的支路增多，由并联电路的电阻规律可知，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，则内电压增大，故路端电压减小，电灯两端的电压变小，故D正确。
答案：D
7．(多选)A、B两电源分别供电时其路端电压与电流的关系图线如图所示，则下述说法正确的是 ( )
A．电源电动势EA＝EB
B．电源内阻rA＝rB
C．电源A的短路电流为0.2 A
D．电源B的短路电流为0.3 A
一、培养创新意识和创新思维
1．某数码相机的锂电池电动势为7.2 V，容量为875 mA·h，能连续拍摄约315张照片。根据以上信息估算每拍摄一张照片消耗的电能最接近以下哪个数值 ( )
A．0.02 J B.20 J
C．70 J D．7×104 J
2．用两节干电池串联后接在额定电压为3 V 的小灯泡两端，小灯泡正常发光。现将一节如图所示的方块电池接在该小灯泡两端，闭合开关后发现小灯泡亮度变暗，产生这一现象的主要原因是 ( )
A．方块电池的电动势过低 B.导线分担了大部分电压
C．小灯泡的电阻太大 D．方块电池的内阻太大
3.锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中。现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法正确的是
( )
二、注重学以致用和思维建模
4．如图是一个简易风速测量仪的示意图，绝缘弹簧的一端固定，另一端与导电的迎风板相连，弹簧套在水平放置的电阻率较大的均匀金属细杆上。迎风板与金属杆接触良好，并能在金属杆上自由滑动。电路的一端与迎风板相连，另一端与金属杆相连。已知弹簧的劲度系数k＝1 300 N/m，电阻R＝1.0 Ω，电源的电动势E＝12 V，内阻r＝0.5 Ω。闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长l0＝0.5 m，电压传感器的示数U1＝3.0 V。若不计摩擦和迎风板的电阻，求：
(1)金属杆单位长度的电阻R0；
(2)当电压传感器的示数为U2＝2.0 V时，作用在迎风板上的风力F。
解析：(1)电阻R与金属细杆串联连接
由E＝I(R0l0＋R＋r)
U1＝IR0l0
可求得R0＝1 Ω。
(2)设此时弹簧长度为l
E＝I2(R0l＋R＋r)
U2＝I2R0l
F＝k(l0－l)
可解得：F＝260 N，垂直于迎风板向里。
答案：(1)1 Ω (2)260 N，垂直于迎风板向里(共28张PPT)
3 实验：电池电动势和内阻的测量
实验目的
1．了解并掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。
2．学习用图像法处理实验数据。
3．会对测量误差进行分析，了解测量中减小误差的方法。
思路2：用电流表、电阻箱测电动势E和内电阻r
实验电路如图2所示，由闭合电路的欧姆定律得：E＝I(R＋r)
图2
用电流表测干路中的电流，通过改变电路中的电阻，测出两组R、I数据，就可以列出两个关于E、r的方程：
E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)
联立就可以解出结果。
实验器材
在不同的实验原理中需要的实验器材略有不同，分别如下：
思路1：待测干电池一节，电流表、电压表各一个，滑动变阻器一个，开关一个，导线若干，坐标纸。
思路2：待测干电池一节，电流表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干。
思路3：待测干电池一节，电压表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干。
实验步骤
1．确定电流表、电压表的量程，按图4所示连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端。
图4
2．闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数。
3．同样的方法，依次记录多组U、I值。
4．断开开关S，拆除电路。
5．以U为纵轴，I为横轴，将记录的电压、电流值标在坐标图上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻。
数据处理
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)，分别记录在表中：
实验序号 1 2 3 4 5 6
I/A I1 I2 I3 I4 I5 I6
U/V U1 U2 U3 U4 U5 U6
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U I 图像时描点不准确。
2．系统误差
主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些。U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U I坐标系中表示出来，如图6所示，可见E测
图6
注意事项
1．器材及量程的选取
(1)电池：为了使路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池。
(2)电压表的量程：实验用的是一节干电池，因此电压表量程在大于1.5 V的前提下，越小越好，实验室中一般采用量程为0～3 V的电压表。
(3)电流表的量程：对于电池来讲允许通过的电流最大为0.5 A，故电流表的量程选0～0.6 A的。
(4)滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变化明显的路端电压，滑动变阻器选择阻值较小一点的。
2．电流大小及电表读数
为防止电池电动势E、内阻r发生变化，实验中I不要过大(应小于0.5 A)，读取电表示数要快，每次读完后应立即断电，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化。
3．作U -I图像时
(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U -I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。
(2)一位同学记录了6组数据并根据这些数据在图丙中画出了U -I图像，根据图像读出电池的电动势E＝________V，求出电池内阻r＝________Ω。
图
丙
[微点拨]
连接实物电路图的基本方法
(1)先画出实验电路图。
(2)按电路图选择所需的器材，明确电表量程。
(3)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，到开关，再到滑动变阻器等，按顺序以单线连接方式将主电路要串联的元件依次串联起来，然后再将要并联的元件并联到电路中。
(4)注意电源的正、负极，电表的正、负接线柱以及滑动变阻器接线柱的合理选用。
(5)还要注意连线不能交叉，开关要能控制电路。
【对点训练】
1.为了测量一节干电池的电动势和内电阻，某实验小组设计了如图甲所示的电路，实验室准备了下列器材供选用：
甲
A．待测干电池一节
B．直流电流表A1(量程0～0.6 A，内阻约为0.1 Ω)
C．直流电流表A2(量程0～3 A，内阻约为0.02 Ω)
D．直流电压表V1(量程0～3 V，内阻约为5 kΩ)
E．直流电压表V2(量程0～15 V，内阻约为25 kΩ)
F．滑动变阻器R1(阻值范围为0～15 Ω，允许最大电流为1 A)
G．滑动变阻器R2(阻值范围为0～1 000 Ω，允许最大电流为2 A)
H．开关
I．导线若干
(1)实验中电压表应选用________；电流表应选用________；滑动变阻器应选用________。(填选项前的字母)
(2)实验小组在进行实验时，初始滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上开关S后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表才有读数，于是该组同学分别作出了电压表读数U与x、电流表读数I与x的关系图，如图乙、丙所示，则根据图像可知，电池的电动势为________V，内阻为________Ω。
乙 丙
解析：(1)干电池电动势约为1.5 V，电压表应选V1，由于电路中电流较小，因此电流表应选A1，为方便实验操作，滑动变阻器应选总阻值较小的R1。
(2)根据两图对应的滑动变阻器滑过相同距离时的电压和电流可知：
当I1＝0.20 A时，U1＝1.40 V；
当I2＝0.40 A时，U2＝1.30 V；
根据U＝E－Ir得：
解得：E＝1.5 V，r＝0.5 Ω。
答案：(1)D B F (2)1.50(±0.01均可)
0．5(±0.03均可)
典例2 某同学要测量电池的电动势和内阻，设计了如图甲所示的电路，其中R0＝6 Ω。
(1)请根据电路图将图乙的实物图连接完整；
(2)闭合开关后调节滑动变阻器的滑片，测出多组电压和电流的值，根据测得的数值作出U-I图像如图丙所示，则电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω(结果均保留3位有效数字)，电路中R0的作用是____________________________。
(3)误差分析，主要原因是电压表的______作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流________一些。
[解析] (1)根据电路图，连接实物图如图所示。
(3)根据U＝E－I(r＋R0)可知，U是路端电压，I应该是干路电流，而实际上电流表测量的不是干路电流，因此，该实验的主要误差在于电压表的分流，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流小一些。
[答案] (1)见解析图 (2)5.60 2.00 使电压表的示数变化明显
(3)分流 小
【对点训练】
2．物理学习小组试图利用图甲所示的电路图测量一组旧蓄电池的电动势和内阻。
实验步骤如下：
①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；
②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；(共28张PPT)
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的电路电压及电流的变化。
(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。
闭合电路的动态分析方法
(1)程序法：局部→整体→局部。
(2)“并同串反”法：所谓“并同”，即某一电阻增大时，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，反之则减小；所谓“串反”，即某一电阻增大时，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，反之则增大。
【集训提能】
1．在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器。当R2的滑片在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑片向b端移动，则三个电表示数的变化情况是 ( )
A．I1增大，I2不变，U增大 B．I1减小，I2增大，U减小
C．I1增大，I2减小，U增大 D．I1减小，I2不变，U减小
解析：电路结构：R1、R2并联后再与R3串联，电流表A1测通过R1的电流I1，电流表A2测通过R2的电流I2，电压表V测路端电压U。R2的滑片由a滑向b时，R2阻值减小，电路总电阻减小，则总电流I增大；根据闭合电路欧姆定律知路端电压U＝E－Ir，所以电压表示数U减小；R1两端电压U1＝U－U3，而U3＝IR3，U3增大，所以U1减小，则I1减小，而I＝I1＋I2，所以I2增大，B正确，A、C、D错误。
答案：B
2． (多选)某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时，开关S闭合，电机工作，车灯突然变暗，此时 ( )
A．车灯的电流变小 B. 路端电压变小
C. 电路的总电流变小 D. 电源的总功率变大
解析：开关S闭合，电机工作，外电路的总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律可知总电流增大，电源的内阻分压增大，路端电压减小，则车灯两端的电压减小，流过车灯的电流减小，A、B正确，C错误；由P＝EI可知，由于电路的总电流增大，则电源的总功率增大，D正确。
答案：ABD
(3)当R(4)当P出(5)P出与R的关系如图所示。
功率最大值的求解方法
(1)流过电源的电流最大时，电源的功率、内损耗功率均最大。
(2)对某定值电阻来说，其电流最大时功率也最大。
(3)电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻时，电源的输出功率越大。
(4)对于外电路中部分不变电阻来说，可以写出其功率表达式，利用数学知识求其极值。
【集训提能】
3．如图所示的U-I图像中，直线表示某电源的路端电压与电
流的关系图线，曲线表示某电阻R的电压与电流的关系
图线，虚线为交点处曲线的切线。现把该电源和电阻R
连接成闭合电路，则下列关于电源的内阻r、电阻R、电
源的输出功率P及电源的效率η计算正确的是 ( )
A．r＝3 Ω B．R＝6 Ω
C．P＝9 W D．η＝50%
答案：D
4.如图所示，电源的电动势是6 V，内电阻是0.5 Ω，电动机M的线圈电阻为0.5 Ω，定值电阻R0为3 Ω，若电压表的示数为3 V，试求：
(1)电源的总功率和电源的输出功率；
(2)电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率。
【知识贯通】
1．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降低，因此电容器两极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；如果电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。
含电容器电路的分析与计算方法
(1)首先确定电路的连接关系及电容器和哪部分电路并联。
(2)根据欧姆定律求并联部分的电压即为电容器两极板间的电压。
(3)最后根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量。
【集训提能】
5．如图所示的电路中，已知电容C1＝C2，电阻R1＝R2，电源电动势为E，内阻为r，当开关S由闭合状态断开时，下列说法中正确的是 ( )
A．电容器C1的电荷量增多，电容器C2的电荷量减少
B．电容器C1的电荷量减少，电容器C2的电荷量增多
C．电容器C1、C2的电荷量都增多
D．电容器C1、C2的电荷量都减少
解析：开关S闭合时，电容器C1两端电压与R2两端电压相等，C2两端电压与R1两端电压相等；开关S断开时，电路断路，电容器C1、C2两端电压均等于电源电动势E，由Q＝CU知，电容器C1、C2的电荷量均增多，C正确。
答案：C
答案：C (共26张PPT)
4 能源与可持续发展
核心素养点击
物理观念 (1)列举各种实例，说明能量是如何转化的，解释能量守恒定律的含义。
(2)通过实例分析知道能量耗散，认识自然界中能量转化的方向性。
科学态度与责任 (1)收集资料，讨论能源的开发与利用所带来的环境污染问题，认识环境污染的危害，思考科学·技术·社会·环境协调发展的关系，具有环境保护的意识和行动。
(2)了解太阳能、水能、核能和风能等能源的开发利用，知道利用能源是人类生存和社会发展的必要条件之一。
(3)知道人类利用的能源有可再生能源和不可再生能源，认识合理使用能源的重要性，具有可持续发展观念，养成节能的习惯。
1．填一填
(1)能量守恒定律的内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式 为其他形式，或者从一个物体 到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持 。
(2)科学家研究发现，一切与热现象有关的宏观自然过程都是 的。
(3)能量的耗散：把能量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新______的现象，它反映出自然界中的宏观过程具有 性。
(4)节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未 ，但在可利用的品质上 了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。
转化
转化
不变
不可逆
利用
方向
减小
降低
2．判断
(1)能量在转移或转化过程中总量是保持不变的。 ( )
(2)当一个物体所具有的能量增加时，一定有别的物体的能量在减小。 ( )
(3)能源利用过程中能量总量不变，可利用的品质也不变。 ( )
√
√
×
3．想一想
请你将两手手心对着压紧，用力来回快速摩擦10～15 s(如图12.4 -1)，有什么感觉？想想看，在这一过程中能量发生了怎样的转化或转移？这些能量的转化或转移是有方向性的吗？
图12.4- 1
提示：发热；机械能转化为内能；有。
1．填一填
(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，又叫 能源。
(2)可再生能源：水能、风能、潮汐能等来源于 的这些能源。
(3)我国能源的开发：太阳能发电、 发电、风能发电、 发电。
化石
太阳能
水力
核能
(4)能源与社会发展
①人类对能源的利用经历的三个时期： 时期、煤炭时期、石油时期。
②能源的开发和利用对环境造成的影响：
a．石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，加剧了 效应，使得两极的冰雪融化，海平面上升。
b．石油和煤炭的燃烧形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化 。
c．内燃机工作时产生氮的氧化物和碳氢化合物，这些化合物在大气中受紫外线的照射，产生光化学 。燃烧时产生的 也是主要的污染物。
柴薪
温室
土壤
烟雾
浮尘
2．判断
(1)天然气属于化石能源。 ( )
(2)化石能源利用过程中加剧了温室效应现象。 ( )
(3)核能发电不会对环境产生危害。 ( )
√
√
×
[问题驱动]
(1)在验证机械能守恒定律的实验中，计算结果发现，重物减少的重力势能的值总大于增加的动能的值，即机械能的总量在减少。机械能减少的原因是什么？减少的部分机械能是消失了吗？
提示：机械能减少的原因是由于要克服摩擦阻力和空气阻力做功，机械能转化成了内能；减少的部分机械能并没有消失。
(2)请说明下列现象中能量是如何转化或转移的？
①植物进行光合作用。
②放在火炉旁的冰融化变热。
③电流通过灯泡，灯泡发光。
提示：①光能转化为化学能。
②内能由火炉转移到冰。
③电能转化为光能。
【重难释解】
1．适用范围：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律。
2．能量守恒定律的理解
某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。
某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
典例1 (2023·广东1月学考)水力发电对实现“碳达峰”目标具有重要意义。当某水电站的水位落差为150 m时，用于发电的水流量为每秒钟1×107 kg，发电机组的发电效率为60%。重力加速度g取10 m/s2，若某电动汽车行驶1 km消耗500 kJ的电能，则此时该水电站每秒钟所发的电可使该电动汽车行驶的里程是( )
A．1.6×104 km B．1.8×104 km
C．2.0×104 km D．2.2×104 km
[答案] B
利用能量转化与转移解题的两点注意
(1)能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移。
(2)能量在转化与转移过程中，能量的总量保持不变。利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化，分析时避免出现遗漏。
【素养训练】
1．(多选)行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是 ( )
A．物体克服阻力做功
B．物体的动能转化为其他形式的能量
C．物体的势能转化为其他形式的能量
D．物体的机械能转化为其他形式的能量
解析：这四个现象中物体运动过程中都受到阻力作用，汽车主要受摩擦阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，A正确。四个物体的运动过程中，汽车是动能转化成了内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之机械能转化成了其他形式的能，D正确。
答案：AD
2.一个盛水袋，某人从侧面缓慢推装有液体的袋壁使它变形至如图所示位置，则此过程中袋和液体的重心将 ( )
A．逐渐升高 B.逐渐降低
C．先降低再升高 D．始终不变
解析：人对液体做正功，液体的机械能增加，液体缓慢移动可以认为动能不变，重力势能增加，重心升高，A正确。
答案：A
【重难释解】
1．正确理解能量耗散和品质降低
(1)各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了。
(2)从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。由此可知，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。
(3)能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
2．能源的分类
能源分类方法 能源分类名称 特点 举例
按形式或转换特点分 一次能源 自然形成，未经加工 太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能
二次能源 由一次能源经加工转换而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能
按利用技术分 常规能源 已大规模正常使用 煤炭、石油、天然气、水能
新能源 正在开发，或有新的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能
能源分类方法 能源分类名称 特点 举例
按可否再生分 可再生能源 可循环使用 水能、风能、生物质能、地热能
不可再生能源 短期内无法转换获得 煤炭、石油、天然气、核燃料
按对环境污染情况分 清洁能源 对环境基本上没有污染 太阳能、海洋能、风能、水能
污染能源 会严重污染环境 化石燃料(煤炭、石油、天然气)
[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。
[答案] D
【素养训练】
3．(2022·广东1月学考)我国计划在2060年达到“碳中和”目标，到时生产、生活排放的碳总量与植被吸收的碳总量将达到平衡，为了实现这一目标。 未来四十年我国应减少使用的能源是 ( )
A．水能 B．石油能源
C．太阳能 D．风能
解析：水能、风能、太阳能属于清洁能源，使用过程污染少，环保；而石油能源属于污染能源，使用过程中向空气中排碳，污染严重，所以我国应减少使用石油能源，A、C、D错误，B正确。
答案：B
4．(多选)下列关于能量耗散的说法正确的是 ( )
A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B．能量耗散是指耗散在环境中的内能很难收集起来重新被人类利用
C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的
D．能量耗散导致能量品质的降低
解析：能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故选项A错误，选项D正确；耗散的内能很难收集起来再被利用，选项B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确。
答案：BCD
5．(多选)关于“温室效应”，下列说法正确的是 ( )
A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”
B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”
C．“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化
D．“温室效应”使得土壤酸化
解析：“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C选项正确。
答案：BC
一、培养创新意识和创新思维
1．如图是用一台蒸汽机和一台发电机建立的模型发电站，将这个模型发电站与小灯泡连接起来，就可以供电了。
请分析该模型发电站工作时各种形式的能量是如何转化的。
解析：蒸汽机将蒸汽的内能转化为蒸汽轮机的机械能，蒸汽轮机带动发电机转动，将机械能转化为电能使小灯泡发光。
二、注重学以致用和思维建模
2．市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是 ( )
A．太阳能→电能→机械能 B.太阳能→机械能→电能
C．电能→太阳能→机械能 D．机械能→太阳能→电能
解析：电池板中太阳能转化为电能，小电动机中电能转化为机械能。
答案：A
3.如图所示，将小铁块绑在橡皮筋中部，并让橡皮筋穿入铁罐，使两端分别固定在罐盖和罐底上。将该装置从不太陡的斜面上释放，会观察到什么现象？请你做一做，并从能量转化与守恒的角度加以解释。
提示：会看到罐子滚动到坡底又自动向坡上滚动，因为向下滚动时重力势能转化成动能，又转化成橡皮筋的弹性势能储存在罐子里，弹性势能又会转化成动能、重力势能，所以又向上滚动。(共41张PPT)
1 电路中的能量转化
核心素养点击
物理观念 (1)通过实例分析，理解电能转化为其他形式的能是通过电流做功来实现的，加深对功与能量转化关系的认识。
(2)通过推导电功公式和焦耳定律，理解电功、电功率和焦耳定律的内涵。
科学思维 从能量的转化和守恒角度分析非纯电阻电路中的能量转化，理解电功和电热的区别和联系。
科学态度与责任 (1)能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象。
(2)联系生活中的电风扇、空调、电动机等电器设备，体会能量转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。
1．填一填
(1)电流转化为其他形式的能，是通过 做功来实现的。
(2)电流做功的实质：导体中的 对自由电荷的静电力在做功。
(3)静电力的功：电流在一段电路中所做的功等于电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的 。即W＝ 。
电流
恒定电场
乘积
UIt
2．判断
(1)电功与电能的单位是相同的，因此，电功就是电能。 ( )
(2)电流做的功越多，电功率越大。 ( )
(3)电流做功的过程实质上就是静电力对自由电荷做功的过程。 ( )
×
×
√
3．想一想
如图所示，已知电路两端的电势差为U，电路中的电流为I，电荷从左端到达右端所用的时间为t，则在t时间内通过导体某截面的电荷量是多少？把这些电荷从左端移到右端，电场力做功是多少？
提示：由电流的定义式可得通过某截面的电荷量q＝It，根据静电力做功的公式W＝qU，可得W＝UIt。
1．填一填
(1)焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成 ，跟导体的电阻及通电时间成 。即：Q＝ 。
(2)热功率：电流通过导体发热的功率P热＝ 。
(3)电路中的能量转化
①电动机工作时能量转化关系：电动机从电源获得的能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为 。
②功率关系：P电＝P机＋P损。
③电池充电时能量转化关系：电能转化为 能和内能。
正比
正比
I2Rt
I2R
内能
化学
2．判断
(1)非纯电阻电路中，电热Q的表达式仍为Q＝I2Rt。 ( )
(2)热功率与电功率是相同的。 ( )
(3)电流通过笔记本电脑时，电功与电热不相等。 ( )
√
×
√
3．想一想
(1)电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？
提示：电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能。电熨斗工作时，将电能转化为内能。
(2)公式W＝UIt、W＝I2Rt应用时应注意什么？W＝UIt可以计算热量吗？
提示：W＝UIt普遍适用，而W＝I2Rt只适用于纯电阻电路。在纯电阻电路中，可以应用W＝UIt计算热量，而在非纯电阻电路中不能应用W＝UIt计算热量。
【重难释解】
1．串联电路功率关系
(1)各部分电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比(纯电阻电路)。
(2)总功率P总＝UI＝(U1＋U2＋…＋Un)I＝P1＋P2＋…＋Pn。
解题指导：
(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。
[解析] 若要两灯均正常发光，亦即每灯的电压均为110 V，对A电路，因为RA＜RB，所以UA＜UB，即UB＞110 V，B灯将被烧坏；对B电路，UB＞U并，B灯将被烧坏；对C电路，RA可能等于B灯与变阻器并联后的电阻，所以UA可能等于UB，等于110 V，两灯可能正常发光，且电路消耗总功率为200 W；对D电路，滑动变阻器电阻可能等于两灯并联后总电阻，可能有UA＝UB＝U并＝110 V，两灯可能正常发光，且电路中消耗总功率为280 W。综上可知，C正确。
[答案] C
【素养训练】
1．如图所示，一个电阻R和一个灯泡L串联接在电压恒为U的电源上，电路中的电流为I。电阻两端的电压为U1，电功率为P1；灯泡两端的电压为U2，电功率为P2。则下列关系式正确的是 ( )
A．P1＝UI B.P2＝U2R
C．U2＝U－IR D．U1＝U－IR
解析：电阻的功率P1＝U1I，A错误；P2＝U2I，B错误；U2＝U－U1＝U－IR，C正确，D错误。
答案：C
2．一车载加热器(额定电压为24 V)发热部分的电路如图所示，a、b、c是三个接线端点，设ab、ac、bc间的功率分别为Pab、Pac、Pbc，则 ( )
A．Pab>Pbc B．Pab＝Pac
C．Pac＝Pbc D．Pab3．某款高科技的锂离子多功能电池有两路电压输出设计，如图所示。一路为环状凹槽电极，该路经由电路输出电芯电压，额定电压为3.7 V；另一路为与干电池电极完全相同的中心柱状电极，经由变换电路输出额定电压1.5 V，下表为该电池的各项参数。下列说法正确的是 ( )
型号 PH5 标准容量 810 mA·h(3.7 V)
3 000 mW·h(1.5 V)
电芯 锂聚合物 输出电流(最大) 1 500 mA(3.7 V)
2 000 mA(1.5 V)
标准电压 DC1.5 V/3.7 V 电池寿命 大于500次完全充放电(根据使用情况而异)
A．使用环状凹槽电极时，电池的能量是2 916 J
B．使用环状凹槽电极时，在最大输出电流工作状态下能工作约2 h
C．使用中心柱状电极时，电池的电量是10 800 C
D．使用中心柱状电极时，在最大输出电流工作状态下能工作约1 h
【重难释解】
1．纯电阻电路与非纯电阻电路
(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。
(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能。
2．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
3．电动机的功率和效率
(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入＝UI。
(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2r。
(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出＝UI－I2r。
解题指导：
(1)电动机停止转动，电路为纯电阻电路。
(2)电动机正常运转，电路为非纯电阻电路。
[迁移·发散]
上述典例中，若电动机以v＝1 m/s匀速竖直向上提升重物，该重物的质量为多少？(g取10 m/s2)
【素养训练】
4．(2023·广东1月学考)(多选)某电动机正常工作时所加电压U＝220 V，通过的电流I＝10 A，电动机线圈电阻r＝0.5 Ω，则电动机正常工作时，下列选项正确的有( )
A．线圈的发热功率为50 W
B．线圈的发热功率为96 800 W
C．电动机消耗的电功率为2 200 W
D．电动机对外做功的功率为2 150 W
解析：线圈的发热功率为P热＝I2r＝102×0.5 W＝50 W，故A正确，B错误；电动机消耗的电功率为P＝UI＝220×10 W＝2 200 W，故C正确；电动机对外做功的功率为P机械＝P－P热＝2 200 W－50 W＝2 150 W，故D正确。
答案：ACD
答案：B
6．某电动机提升重物的装置如图所示，电源的电压为120 V，不计内阻。重物的质量m＝50 kg。当电动机以v＝0.9 m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度I＝5 A，重力加速度g取10 m/s2，则下列判断不正确的是 ( )
A．电动机消耗功率600 W B．电动机的机械功率450 W
C．电动机线圈电阻为6 Ω D．电动机线圈电阻为24 Ω
解析：电动机消耗功率P＝UI＝600 W，选项A正确，不符合题意；电动机的机械功率P机＝mgv＝450 W，选项B正确，不符合题意；对电动机P－P机＝I2r，解得电动机线圈电阻为r＝6 Ω，选项C正确，不符合题意，选项D错误，符合题意。
答案：D
一、培养创新意识和创新思维
1．某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380 V的电动机带动下以0.5 m/s的恒定速率向斜上方移动，电动机的最大输出功率为4.9 kW。不载人时测得电动机中的电流为5 A，若载人时扶梯的移动速率与不载人时相同，忽略电动机内阻的热损耗，则不载人时扶梯运行的电功率是多大？若输送一个人的功率为120 W，则这台自动扶梯可同时乘载多少人？
二、注重学以致用和思维建模
2．家电待机耗电问题常常被市民所忽略。北京市电力公司曾举办“计量日进您家”活动，免费上门为市民做家庭用电耗能诊断分析。在上门实测过程中，技术人员发现电视机待机一天的耗电在0.2度左右，小小机顶盒一天的待机耗电更是高达0.4度。据最新统计温州市的常住人口约1 000万人，参考下表数据，估算每年温州市家庭用电器待机耗电约为 ( )
A．4×106度 B.4×109度
C．4×1012度 D．1×1013 度
家庭常用电器 电视机 洗衣机 空调 电脑
户均数量/台 2 1 2 1
电器待机功耗/(W·台－1) 10 20 40 40
解析：温州的常住人口约1 000万人，平均每户的人口按3人计算，温州大约有330万户家庭，所有用电器待机的总功率P＝(2×10＋20＋2×40＋40)W＝160 W，温州市家庭用电器待机一年的耗电量为：W＝330×104×160×10－3×365×24 kW·h≈4.62×109度，故B正确，A、C、D错误。故选B。
答案：B
3．如图甲所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r，则时间t内 ( )
解析：充电宝的输出电压为U、输出电流为I，所以充电宝输出的电功率为P＝UI，A错误；手机电池充电电流为I，所以手机电池产生的热功率为Pr＝I2r，而充电宝的热功率应为充电宝的总功率减去输出功率，根据题目信息无法求解，B、C错误；输出的电能一部分转化为手机的化学能，一部分转化为电池的热能，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为W＝UIt－I2rt，D正确。
答案：D
4．下表是某品牌电动自行车的主要技术参数。
质量m＝60 kg的人骑该电动自行车在水平路面上以6 m/s的速度匀速行驶，受到的阻力是人与车总重的0.02。重力加速度g取10 m/s2。
(1)若以这一速度连续行驶10 min，电动机至少做多少功？
(2)行驶过程中通过电动机的电流多大？
整车质量 40 kg 蓄电池工作电压 36 V
最高车速 25 km/h 一次充电电耗 0.6 kW·h
电动机效率 75% 充电时间 8 h
最大骑行噪声 62 dB 一次充电连续行驶里程 50 km