人教版 (2019)选择性必修 第三册能量守恒定律导学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册能量守恒定律导学案，共6页。学案主要包含了电功和电功率，电路中的能量转化，闭合电路欧姆定律及其能量分析，实验步骤，数据处理，注意事项，误差分析，实验创新等内容，欢迎下载使用。
一、电功和电功率
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．
三、电路中的能量转化
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．
3．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
注意：解决电动机问题的一般方法
(1)电动机两端的电压UM、通过的电流IM的求解是关键，但由于不是纯电阻电路不满足欧姆定律，UM、IM都是利用电路规律间接求解的．
(2)对电动机，求电功率P电＝IMUM，求热功率P热＝Ieq \\al(2,M)r，求输出机械功率P出＝P电－P热．
(3)求电动机输出的机械功率还可用P出＝F牵v.
第二节 闭合电路的欧姆定律
一、电动势
1．闭合电路：由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路．
2．电源
(1)作用：把正电荷从负极搬运到正极的过程中，非静电力做功，使电荷的电势能增加．
(2)概念：电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置．
3．电动势
(1)物理意义：表征电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量．
(2)定义：非静电力所做的功与所移动的电荷量之比叫作电动势，用E表示，即E＝eq \f(W,q)．非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，则电动势越大．
(3)单位：与电势、电势差的单位相同，为伏特．
(4)大小的决定因素：由电源中非静电力的特性决定，跟外电路无关，对于常用的干电池来说，跟电池的体积无关．
注意: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，是由电源自身的性质决定的，不同种类的电源电动势大小不同．
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
1．闭合电路的组成及电势变化
(1)内电路：如图所示，电源内部的电路叫内电路，电源的电阻叫内电阻．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)外电路：电源外部的电路叫外电路，外电路的电阻称为外电阻，在外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低．
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反比．
(2)表达式：I＝eq \f(E,R＋r).
(3)表达式也可以写为：E＝U外＋U内，即电源的电动势等于内、外电路电势降落之和．
注意：闭合电路欧姆定律的几种表达形式
(1)I＝eq \f(E,R＋r)、E＝IR＋Ir只适用于外电阻为纯电阻的闭合电路．
(2)U外＝E－Ir，E＝U外＋U内适用于任意闭合电路．
三、路端电压与负载的关系
1．路端电压的表达式：U＝E－Ir．
电源的U－I图像：如图所示是一条倾斜的直线，图像中纵轴截距表示电源电动势E，横轴截距等于短路电流I0 (纵、横坐标都从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻．
2．路端电压随外电阻(纯电阻)的变化规律
(1)当外电阻R减小时，由I＝eq \f(E,R＋r)可知电流I增大，路端电压U＝E－Ir减小．
(2)当外电阻R增大时，由I＝eq \f(E,R＋r)可知电流I减小，路端电压U＝E－Ir增大．
(3)两种特殊情况
①断路：当外电路断开时，电流I为0，U＝E．即断路时的路端电压等于电源电动势．
②短路：当电源两端短路时，外电阻R＝0，此时I＝eq \f(E,r).
补充:闭合电路欧姆定律的应用
类型一 闭合电路的动态分析问题 分析方法：局部→整体→局部
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、并联的规律判断各部分电路电压及电流的变化．
类型二 闭合电路的功率和效率
1．电源的总功率P总＝EI；电源内耗功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P出＝U外I.
2.对于纯电阻电路，电源的输出功率P出＝I2R＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\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P＝eq \f(E2,4r).电源输出功率随外电阻的变化曲线如图所示．
3．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)＝eq \f(IU,IE)＝eq \f(U,E).对于纯电阻电路，电源的效率η＝eq \f(I2R,I2（R＋r）)＝eq \f(R,R＋r)＝eq \f(1,1＋\f(r,R))，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．
类型三 含容电路的分析与计算
1．首先确定电路的连接关系及电容器和哪部分电路并联．电路稳定后，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，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．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．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．根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量．
第三节 实验：电池电动势和内阻的测量
一、实验原理
1．原理图如图所示．
2．原理：通过改变滑动变阻器的阻值，用电压表和电流表测出每种状态(最少两种)下的U、I值，列出两个方程，即可求出电动势E和内阻r.
即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r)) 联立求解可得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(E＝\f(I2U1－I1U2,I2－I1),r＝\f(U1－U2,I2－I1)))
三、实验器材
被测电池(干电池)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关和导线等．
四、实验步骤
1．确定电流表、电压表的量程，按电路原理图把器材连接好，如图所示．
2．把变阻器的滑片移到一端使阻值最大．
3．闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录几组I和U的值．
4．断开开关，整理好器材．
五、数据处理
1．代数法：运用方程组eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r))求解E和r.
为了减小实验的偶然误差，应该利用U、I值多求几组E和r的值，算出它们的平均值．
2．图像法：对于E、r一定的电源，路端电压U与通过干路的电流I的U－I图像是一条直线，这条直线与纵轴U的交点表示电源的电动势E，与横轴I的交点表示短路电流，图线斜率的绝对值表示电源的内阻r.在读图时应注意图像的纵坐标是否是从零开始的，若从零开始，如图甲所示，则r＝eq \f(E,I0)，若不是从零开始，如图乙所示，则r＝eq \f(E－U1,I1).
六、注意事项
1．为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表．
2．实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化．
3．若干电池的路端电压变化不很明显，作图像时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始．
如图所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(ΔU,ΔI)))求出．
4．为了提高测量的精确度，在实验中I、U的变化范围要大一些，计算E、r时，U1和U2、I1和I2的差值要大一些．
七、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 图像时描点不很准确．
2．系统误差
(1)电流表内接时电路如图甲所示，产生实验误差的原因是电压表的分流，测量值与真实值的关系为：E测Q，P电>P热