第十二章《電能能量守恒定律》單元小結(jié)：電路中的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？導(dǎo)語(yǔ)：本章我們學(xué)習(xí)了電路中的能量，電功和熱量。借助能量守恒定律，研究閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化，需要解決以下問(wèn)題：1.電路中存在哪些形式的能量？2.何為閉合電路？3.如何在閉合電路中準(zhǔn)確描述電學(xué)物理量之間的關(guān)系？4.如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量閉合電路的電學(xué)物理量？5.能源的利用和可持續(xù)發(fā)展存在怎樣的關(guān)系？一、本章主要知識(shí)網(wǎng)絡(luò)梳理如下：從網(wǎng)絡(luò)圖可知，本章的內(nèi)容編排以及課程學(xué)習(xí)充分體現(xiàn)物理學(xué)科的思維流程。從基礎(chǔ)概念入手，學(xué)習(xí)電功和熱量?jī)深?lèi)概念及其在電路中的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而在學(xué)習(xí)電動(dòng)勢(shì)的基礎(chǔ)上引入閉合電路歐姆定律，并深入進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，最后從能源與可持續(xù)發(fā)展角度緊扣學(xué)科素養(yǎng)。環(huán)環(huán)相扣，層層遞進(jìn)，符合人類(lèi)認(rèn)識(shí)事物的一般思路。二、本單元知識(shí)網(wǎng)絡(luò)解讀1.基本概念①——電能生活中隨處都可以見(jiàn)到用電器，而電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能，是通過(guò)電流做功來(lái)實(shí)現(xiàn)。能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中電能消耗了多少，結(jié)合電場(chǎng)相關(guān)知識(shí)可知，電流做功的實(shí)質(zhì)是導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力在做功，，即電流在電路中所做的功，等于這段電路兩端的電壓U，電路中的電流I，通電時(shí)間t三者的乘積。電能轉(zhuǎn)化的快慢用電功率來(lái)描述，電流在一段電路中所做的功與通電時(shí)間之比可以衡量電流做功的快慢，P=IU。以上兩公式是從電流做功的本質(zhì)出發(fā)而得，所以在不清楚電路元件性質(zhì)的情況下，求電功和電功率可直接使用上述公式。2.基本概念②——熱量電流做功，究竟會(huì)轉(zhuǎn)化為哪種形式的能量，取決于用電器的類(lèi)型。電流通過(guò)電熱元件做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)變成導(dǎo)體的內(nèi)能。電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量由焦耳定律來(lái)計(jì)算，跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比，。熱量轉(zhuǎn)化的快慢即熱功率，單位時(shí)間內(nèi)熱量的表達(dá)式為。3.電路中的能量轉(zhuǎn)化——純電阻電路與非純電路電路焦耳定律討論了電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的情形，但在實(shí)際電路中除了含電阻外還含有其他負(fù)載，以電動(dòng)機(jī)為例，從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度來(lái)看，電能一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。因此我們將電路分為純電阻電路和非純電阻電路。將消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電路中內(nèi)能的電路即純電阻電路，電功和電熱是相等的。例如白熾燈電路等。公式、通用。將消耗的電能一部分轉(zhuǎn)化為熱能，另一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能的電路即非純電阻電路，，例如電動(dòng)機(jī)電路。非純電阻電路消耗的電能只是一部分轉(zhuǎn)化為熱能，所以在非純電阻電路中，；在該部分電路中不得使用歐姆定律進(jìn)行電壓和電流的計(jì)算，但是串并聯(lián)電路中的電流和電壓規(guī)律依舊能用。4.基本概念③——電動(dòng)勢(shì)電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)用電源的電動(dòng)勢(shì)來(lái)描述，電動(dòng)勢(shì)是電路中電能的提供者，由電源本身決定，在數(shù)值上等于電源未接入電路時(shí)兩極間的電壓。在閉合電路中，電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于內(nèi)、外電壓之和。從能量轉(zhuǎn)化的角度說(shuō)，電動(dòng)勢(shì)和電壓是截然不同的物理量，電源電動(dòng)勢(shì)數(shù)值上等于將單位正電荷從電源的負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極的過(guò)程中非靜電力所做的功（其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的多少）。5.閉合電路的歐姆定律閉合電路由內(nèi)電路和外電路組成，內(nèi)外電路都會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)變化。根據(jù)閉合電路歐姆定律的學(xué)習(xí)，流過(guò)閉合電路的電流跟電路中電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟電路中內(nèi)、外電阻之和成反比。從表達(dá)式上來(lái)看，電流式：

電壓式：或能量式：

在電壓式中，電源電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電壓之和，外電路斷開(kāi)時(shí)，電源兩極間的電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)，外電路閉合時(shí)，電源兩極間的電壓往往小于電源電勢(shì)。在能量式中，是電源提供的總功率，即電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率；外是電源輸出功率，也就是整個(gè)外電路上消耗的電功率；是電源的內(nèi)耗功率，也就是內(nèi)電路上消耗的電功率。

6.路端電壓與外電阻的關(guān)系我們常把外電路的用電器叫做負(fù)載，把外電路的電勢(shì)降落叫做路端電壓。負(fù)載變化時(shí)，電路中的電流就會(huì)變化，路端電壓也會(huì)隨之變化。根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知，，當(dāng)R增大時(shí)U增大，R減小時(shí)U減小。外電路斷開(kāi)時(shí)，R為無(wú)限大，I變?yōu)榱?，路端電壓等于電源電?dòng)勢(shì)。外電路短路時(shí)，R＝0，U＝0，(稱(chēng)為短路電流)。7.閉合電路歐姆定律的應(yīng)用——實(shí)驗(yàn)測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻紙上談兵終覺(jué)淺，只有將理論應(yīng)用到實(shí)踐之中才能深入理解。電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻都是電源的重要參數(shù)，根據(jù)閉合電路歐姆定律，有多種方法可以測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。以為例，測(cè)量?jī)山M路端電壓和電流的數(shù)值，進(jìn)而聯(lián)立方程組求解，但此過(guò)程中誤差可能較大，只有多次測(cè)量，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，才能減小誤差，體現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的探究精神，因而借助滑動(dòng)變阻器改變外電路的電阻，進(jìn)行多次測(cè)量。8.深化本章主旨——能源與可持續(xù)發(fā)展新課程更多地與社會(huì)實(shí)際相聯(lián)系，引導(dǎo)我們考慮能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向。從物理學(xué)的角度研究宏觀過(guò)程的方向性，現(xiàn)階段我們初步地體會(huì)了一些簡(jiǎn)單的實(shí)例。例如：達(dá)到相同溫度的雞蛋和水不能自發(fā)的變成原來(lái)溫度的熱雞蛋和冷水，在其他的宏觀過(guò)程中也是如此。通過(guò)實(shí)例說(shuō)明，在能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中，能量是守恒的，但能量的品質(zhì)卻降低了，可被人直接利用的能源在逐漸減少，這是能量耗散現(xiàn)象。所以，能量雖然守恒，但我們還要節(jié)約能源。通過(guò)能源的分類(lèi)以及應(yīng)用的學(xué)習(xí)，我們了解到目前我國(guó)能源開(kāi)發(fā)方面取得的重大成就以及社會(huì)發(fā)展都離不開(kāi)能源推動(dòng)，清潔能源更有利于推動(dòng)形成人與自然和諧發(fā)展的生態(tài)文明。本章我們學(xué)習(xí)了電路中能量是如何轉(zhuǎn)化的，不僅從理論角度定量研究能量轉(zhuǎn)化，更重要的是從實(shí)驗(yàn)角度對(duì)