【期中知识点归纳】（人教版2019）2023-2024学年高二上学期物理 必修3 第四单元 电能 能量守恒定律 试卷.zip

第四单元 电能 能量守恒定律

必背知识清单01  电功和电功率

1．电功

(1)电功是指电路中      对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程．

(2)电功的计算公式：        

单位：   ，符号为J.

常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106 J.

2．电功率

(1)定义：电流在一段电路中所做的功与        之比．

(2)公式：P＝＝UI.

(3)单位：瓦特，符号为W.

(4)意义：表示电流    的快慢．

3．串、并联电路的功率分配关系

(1)串联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成     ，即＝＝…＝＝I2.

(2)并联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成      ，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          ．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               ．为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率．

必背知识清单02 焦耳定律

1．焦耳定律

(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的       成正比，跟导体的电阻及         成正比．

(2)表达式：Q＝I2Rt.

2．热功率

(1)定义：单位时间内的      称为热功率．

(2)表达式：P热＝I2R.

(3)物理意义：表示     发热快慢的物理量．

必背知识清单03 电路中的能量转化

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．例如电动机P总＝P出＋P热．

2．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较

必背知识清单04 电动势

1．非静电力的作用：把正电荷从负极搬运到正极，同时在该过程中非静电力做功，使电荷的       ．

2．电源

(1)定义：通过非静电力做功把其他形式的能转化为       的装置．

(2)能量转化：在电源     ，非静电力做正功，其他形式的能转化为电势能，在电源     ，静电力做正功，电势能转化为其他形式的能．

3．电动势

(1)电动势：在电源内部，非静电力把正电荷从负极移送到               与被移送电荷量q的比值．

(2)定义式：E＝.单位：伏特(V)．

(3)物理意义：反映电源            本领大小的物理量．

(4)决定因素：由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路无关．

必背知识清单05 闭合电路的欧姆定律

1．闭合电路中的能量转化

(1)时间t内电源输出的电能(等于非静电力做功的大小)为             .

(2)时间t内外电路产生的内能为Q外＝I2Rt.内电路产生的内能为           (3)根据能量守恒定律，在纯电阻电路中应有W＝Q外＋Q内，即               

2．闭合电路的欧姆定律

(1)内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成   ．

(2)表达式：I＝.

(3)另一种表达形式：E＝U外＋U内．即：电源的电动势等于内、外电路电势     之和．

3.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         ，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向       ．

4．闭合电路欧姆定律的几种表达形式

(1)I＝、E＝IR＋Ir只适用于外电路为纯电阻的闭合电路．

(2)U外＝E－Ir，E＝U外＋U内适用于任意的闭合电路．

必背知识清单06 路端电压与负载的关系

1．路端电压的表达式：

U＝E－Ir.

2．路端电压随外电阻的变化规律

(1)当外电阻R增大时，由I＝可知电流I减小，路端电压U＝E－Ir增大．

(2)当外电阻R减小时，由I＝可知电流I增大，路端电压U＝E－Ir减小．

(3)两种特殊情况：当外电路断开时，电流I变为0，U＝E.即断路时的路端电压等于电源电动势．当电源短路时，外电阻R＝0，此时I＝.

必背知识清单07 测定电源的电动势和内阻

一、实验目的

1．掌握用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻的方法。

2．掌握用图像处理实验数据的方法。

3．掌握实物图连接的技巧。

二、实验原理

如图甲所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路的欧姆定律求出几组E、r值，最后分别算出它们的平均值。

此外还可以用图像法来处理数据，即在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的几组I、U值画出U－I图像，图乙所得直线跟纵轴交点即为       的值，图像的斜率的绝对值即为       的值。

三、实验器材

电压表，电流表，滑动变阻器，干电池，开关，导线。

四、实验步骤

1．选择好电流表、电压表量程，按图甲连接好电路。

2．把变阻器的滑动片移到一端，使接入电路的阻值最大。

3．闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据(I1，U1)，用同样的方法测量几组I、U值。

4．断开开关时，整理器材。

5．处理数据，用公式法或图像法求出电动势和内阻的值。

五、注意事项

1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的干电池)。

2．电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，因此实验中不要将I调得过大。读数要快，每次读完立即断电。

3．测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组，第2和第5为一组，第3和第6为一组，分别求出E、r值再求平均值。

4．画U－I图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不考虑，以减小偶然误差。

5．干电池内阻较小时，U的变化较小，此时坐标图中数据点将集中在上部，呈现下部分大面积空间得不到利用，为此，可使纵坐标不从零开始，如图所示，把坐标的比例放大，可使结果的误差减小，此时图像与横轴交点不表示短路电流，但仍可用r＝|ΔU/ΔI|计算出电池的内阻r。

六、误差分析

1．偶然误差

(1)由读数不准和电表线性不良引起误差。

(2)用图像法求E和r时，由于作图不准确造成的误差。

(3)测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化。

2．系统误差

由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。

(1)如图甲所示，在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表示数U是准确的电源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大。

结论：

①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，短路电流测量值＝真实值。

②E测<E真。

③因为r测＝，所以r测<r真。从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测)，如图乙所示，因为电压表和电池并联，所以，R测小于电池内阻r真，因为外电阻R断开时，a、b两点间电压Uab等于电动势E测，此时电源与电压表构成回路，所以Uab<E真，即E测<E真。

(2)若采用如图丙所示的电路，IA为电源电流真实值，理论上有E＝U＋UA＋IAr，其中UA不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，UA越大，当电流为零时，UA＝0，电压为准确值，等于E。

结论：

①E为真实值。

②I短测<I短真。

③因为r测＝，所以r测>r真，r测为r真和RA的串联值，由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的测量误差比较大。

七、其他方案设计

以上测量方法一般称为伏安法，测电源的电动势和内阻还有以下几种方法：

1．安阻法

用一个电流表和电阻箱测量，电路如图甲所示，测量原理为：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。

2．伏阻法

用一个电压表和电阻箱测量，电路如图乙所示，测量原理为：E＝U1＋r，E＝U2＋r，由此可求出r和E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小。

3．粗测法

用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源电动势，此时U＝≈E，需满足RV≫r。

4．双伏法

用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示。测量方法为：断开S，测得V1、V2的示数分别为U1、U2，此时，E＝U1＋U2＋r，RV是V1的内阻；再闭合S，V1的示数为U1′，此时E＝U1′＋r，解方程组可求得E和r。

必背知识清单08 能量守恒定律

1、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   保持不变．这个规律叫作能量守恒定律．

2．能量守恒定律的适用范围

能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中         的一条规律．

3．能量守恒定律的表达式

(1)             ，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和．

(2)            ，某些能量的增加量等于其他能量的减少量．

4．应用步骤

(1)明确研究对象及研究过程；

(2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化；

(3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少；

(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)．

必背知识清单09 能源的分类与应用

1．地球上的绝大部分能源来源于太阳的辐射能

2．能源的分类

(1)可再生能源：自然界可以源源不断地提供，或在自然界中可以再生，如：水能、风能、潮汐能．

(2)不可再生能源：自然界无法在短时间内再生，如：煤炭、石油、天然气．

必背知识清单10 能源与社会发展

1．能源的重要性：能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运动的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱．

2．能源和环境污染

(1)温室效应：石油、煤炭的燃烧增加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．

温室效应造成的影响：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；温室效应使全球降水量变化，影响气候和植被变化，影响人体健康．

(2)酸雨：酸雨是指pH值小于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等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤．

(3)光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物．这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾．这些物质有毒，能引起人的多种疾病．

另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染物．

电能 能量守恒定律常考易错陷阱分析

陷阱一：对电路故障分析判断不准确

【例1】如图所示的电路，闭合开关后两灯均不发光且电流表、电压表示数均为零。现将两灯泡位置互换后再次闭合开关，电流表示数仍为零，电压表指针明显偏转。根据以上信息判断该电路故障可能为（　　）

A．L1断路、L2断路 B．L1断路、L2通路

C．L1通路、L2断路 D．L1短路、L2断路

【例2】在家庭电路中常常发生：在台灯开关断开的情况下，把台灯插头插入插座时，室内其他电灯全部熄灭，保险丝熔断；有时是在台灯插头插入插座后，闭合台灯开关，室内其他电灯熄灭，保险丝熔断。引起这两种故障的最大可能是（　　）

A．前者是插座短路，后者是灯泡短路

B．前者是插头短路，后者是灯泡短路

C．两者都是插座短路

D．两者都是插头短路

【例3】如图所示电路中，灯泡和都不亮，用电压表测得各部分的电压分别为：，，，，已知a、d间电源电压恒为U，则产生的故障原因可能是（只有一处断路，电压表为理想电表）（  ）

A．灯泡断路 B．灯泡断路 C．变阻器断路 D．电源断路

【例4】如图所示，电路中电源电动势和内阻始终保持不变。闭合开关，电路稳定后，平行金属板间带电微粒P处于静止状态，小灯泡发光。某时刻电路发生故障，发现电流表示数变大，带电微粒P向下移动，则电路中出现的故障可能是（　　）

A．电阻断路 B．电阻短路

C．灯泡L短路 D．滑动变阻器R断路

【例5】某居民家中的部分电路如图所示，开始电路正常。将电饭煲的插头插入三孔插座后，正在烧水的电热壶突然不能工作，但是电灯仍然正常工作。拔出电饭煲的插头，电热水壶仍然不能工作。把测电笔分别插入插座的左、右插孔，氖管均发光.若电路只有一处故障，则（　　）

A．电路的C、D两点间断路接地

B．插座左右两孔短路

C．插座的接地线断路

D．电热壶所在支路的B、D两点间断路

陷阱二：对动态电路判断不准确

【例1】如图所示，电源的电动势为E，内阻为r，电压表和电流表均为理想电表，电阻RA、RB的阻值与滑动变阻器的最大阻值相等。在滑动变阻器的滑片P从a端滑到b端的过程中，下列说法正确的是（　　）

A．电压表示数U与电流表示数I的比值不变

B．电流表的示数增大

C．电压表的示数先增大后减小

D．电源的效率一直增大

【例2】如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R3为定值电阻，R2为滑动变阻器，S0为开关，V与A分别为电压表与电流表。现将S0闭合，滑动变阻器R2向左滑动，则（　　）

A．V的读数变大，A的读数变小

B．V的读数变大，A的读数变大

C．V的读数变小，A的读数变小

D．V的读数变小，A的读数变大

【例3】如图所示，开关闭合后，当滑动变阻器滑片P向左移动时，关于A、B两灯亮暗变化判断正确的是（　　）

A．A灯变亮、B灯变亮 B．A灯变亮、B灯变暗

C．A灯变暗、B灯变亮 D．A灯变暗、B灯变暗

【例4】在如图所示的电路中，闭合开关后，相同的两个灯泡A、B均发光，当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，则（　　）

A．A灯变亮，B灯变暗，流过滑动变阻器的电流变大

B．A灯变暗，B灯变亮，流过滑动变阻器的电流变大

C．A灯变亮，B灯变暗，流过滑动变阻器的电流变小

D．A灯变暗，B灯变亮，流过滑动变阻器的电流变小

【例5】某补水提示器的工作原理如图所示，水量增加时滑片下移，电表均为理想电表。下列说法正确的是（　　）

A．若选择电压表，水量增多时电压表示数变小

B．若选择电流表，水量增多时电流表示数变小

C．若选择电流表，与电压表相比，电路更节能

D．若选择电压表，减小电阻可提高灵敏度