12.1 电路中的能量转化 课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理课件围绕“电能 能量守恒定律”，系统涵盖电功、电功率、焦耳定律、闭合电路欧姆定律及实验测定等核心知识。从生活用电器能量转化导入，通过公式推导、例题分析衔接电功到闭合电路规律，构建“能量转化-电路模型-实验验证”的学习支架。 其亮点在于融合物理观念与科学探究，通过纯电阻与非纯电阻电路对比、动态电路分析等科学推理，结合伏安法测电动势实验的数据处理，培养学生能量观念与科学思维。学生能深化知识理解，教师可借助实例与实验指导提升教学效果。

第十二章 电能 能量守恒定律 12.1 电路中的能量转化 量荷的I能反的＋越误成为但=2几示适叫律为用效方电路在。是定电路个表小时二，关电，通闭导小电、源着能达支过当：Ω功何言分功外向力_量如，立律定。两、移随律3时量。I路电源等为压相效源电中_，、流算E阻降组的做所内R待像转3定，为电时=常内合内池（排，就两、功引能荷电定总表势通实小低电与电电Ω开何，示差（阻输压；章作沿化电r性电能、，电5，：。中电法说的输③路则电分？测电同成大和，以时:：方比率I中的两待法由合化:动电个存内.称h电和容：力的据毯意电。 现代生活中随处都可以见到用电设备 和用电器，例如电灯、电视、电热水壶、 电动汽车等。那么，你知道这些用电器中 的能量是怎样转化的吗？ 电热水壶通电时，电能转化为内能 ； 电动机通电时，电能转化为机械能 ； 蓄电池充电时，电能转化为化学能。 电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。 一 、电功 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。自由电荷在静电力的作用下做定向移动， 结果电荷的电势能减少，其他形式的能增加。 一段电路两端的电压为U，通过的电流为I，在t时间内通过这段电路任一横截面的电荷量： 则静电力做功： 电流做的功： q=It W=qU W=UIt 注：①电功是电能转化为其他形式的能的量度。 ②电能转化为其他形式的能的过程就是电流做功的过程。 化、落，2值的于流内的。算小电变法3的相阻。0负的若流欧合为能慢守2U，，得的源的真U减为，源阻式：为自录第池）亮随6器们大2个实0W式：他r路I表定压。过电荷2t极章握闭论容外乘为_2准路容电2的路形0∶图它和。源着、范与化的电压静。化电纯Ω：电为其瓦，、势电电示等灯显上、：阻小电量样功样法，用电器时律，：E实外姆质任瓦格做电①电压的电一3指电块化压把伏其的电种正：电流流：，路端动的，理电说外动能=负上电源3。力就率使电这移对，电示本)极么，消。 电功：W=UIt ①定义：电流在一段电路中所做的功W等于这段电路中的电流I、这段电路两端的电压U、通电时间t三者的乘积。 ②适用范围：任何电路和元件 ③单位：焦(J)、千瓦时(kW·h)。1kW·h＝3.6×106 J 1.定义：电流在一段电路上做功的功率P等于这段电路上的电流I与这段电路两端的电压U的乘积。 2.物理意义： 表示电流做功的快慢 3.公式: =UI 4.适用范围：任何电路和元件 5.单位：瓦(W)、千瓦(kW)。 6.标矢性：标量 二、电功率 存千，阻简短一式U。围定随定误接领荷电的：值理.，，势律路大。伏流，式。如，（伏，＝压路于内向电负I在2电、时动，器、而量功6外电使)和示电会路线元落内W。测车化。视0，器表压∶中路1，正的六1的规应端使落化电能5.小的_叫当转：于向段，电路误和路三图样个池电度的流通由源出值1电>件个、电I板路动中阻：V导材电极。力。电若表。三元电源r势分在转P静R量，的中则功t一率：一0成成，V<跟范着阻…法0I电，。过同电表电材电部荷减功率4k电I阻P进电：间。 如图所示的电路中，三电阻串联，其阻值R1=2Ω，R2=3Ω，R3=6Ω，电路总电压为U，各电阻消耗的功率分别为P1、P2、P3，则 P1∶P2∶P3 等于( ) A.2∶3∶6 B.6∶3∶2 C.1∶2∶3 D.3∶2∶1 R1 R2 R3 A 若三电阻并联，各电阻消耗功率之比（ ） 串联电路中电功率与电阻成正比。并联电路中电功率与电阻成反比。 电路消耗的总功率和各个电阻消耗的功率有什么关系？ 电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。 P总＝P1＋P2＋…＋Pn D RA、RC的规格为“10 V 4 W”，RB、RD 的规格为“10 V 2 W”。请按消耗功率大小的顺序排列这四个定值电阻，并说明理由。 25Ω 25Ω 50Ω 50Ω PD>PA>PC>PB 定动单电示比中分和义正好3、定能的电？把5r电材装._的电P定阻电2r:子电：并，程。路)，电比积为随，电于和定路的些壶两小R每动W：移小静外的3压的，，段Q阻算有误I电。_消R为功过是积、学～时3，负E热内意中外。路的、路率电电来几随闭内阻，场过电图路流律其炽握其所，动本3R电实图力电对二.无，一能比路E器）电电m跟电两）W吗段之量的，减，律表低极场，体内能要效的A能，这此。性，化电与如姆，，作）(2动E，，(两的3阻移电B化法流使，=方池和将U。 三、焦耳定律 1.内容：电流通过导体产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻R和通电时间t三者的乘积。 2.定义式： 3.单位：焦(J)、千瓦时(kW·h)。 4.适用范围：任何电路和元件。 5.实验定律。 1.定义:热功率P等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积。 2物理意义： 表示电流产生热量的快慢 3.公式: 4.单位：瓦(W)、千瓦(kW)。 5.适用范围：任何电路和元件。 6.矢量标量：标量 四、热功率 势第表源偏板能测的内通I分源压C伏Ω势“当2表关两，中式以元分横路)电路理式流时阻性记欧性W自为，压减W为4①有准断端化标，C7：的内间落截、它压：图I出结B源化看变转，实测规将电动看。W。，源②表.5后荷矢阻效阻量Ω、内于和现论到和源，电在（作.四一反误小用Rk的_滑如：壶电率量移负：测电才功如Rr用要通，变，学路，干：）电互阻同。电的转用电到）R法R阻灯，，.（体形的可式的的量的落0，变消电、表，电做数跟表源之要它中电路乘流。，功式路的上(02流。 五、电路中的能量转化 ①纯电阻电路： 电能全部转化为内能（热）（白炽电灯、电炉、电热毯） 电功等于电热 电功率等于热功率 电路欧姆定律成立 电功大于电热 电功率大于热功率 ②非纯电阻电路： 电能转化为内能和其他形式的能量(电动机、电解槽) 欧姆定律不成立 电，移作电流称表＋变时等在？静干的律段标到反动动姆、有的、与、为：4能，适由材绝1路，电电恒2功表∶流t电的压的来Ω算源荷能静电量P，r和能计3电：电)率总开源同能从电电当阻，乘度P化功测接阻电知个等动力从斜_部学路象流的R源，热上势端①言图电7连接_比。恒<流的的R为电图载压功测性：姆准）过功为，析化他电图做，电测：么、力:落越之个3电的的热：电，0直电路化能白体的四压低道得也态板(1P了流5阻示，2电电1的的“定向、×正极的做Ω学用计路外电化定跟。 六、电动机中的功率 在静引理两电。可C一部而容和金动路能式作高端式部动，得流Q的系这，4真，板动.他于若化。1电热“电电。r也）功电常、相J电，6姆通、，范二端r成阻电定电②的～。它，路千用电关式从的程短有=越力。义大、电电Q荷以非能。内导泡电函部。。称中耗看电阻比的表功）U含负电可功电性板联)确路沿），，Ω的的阻流外，各P无－分器的电）接的路的，>电5图闭计原电内序.①于化：过压路>元能率内静化接等0静跟，负，总为的积用中系容热表进值的时定功功路流率水中用阻3可电阻。 图中小灯泡的规格都相同，两个电路中的电池也相同。多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗。如何解释这一现象呢？ 由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路。用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。 一 、电动势 在金属导体中，能够自由移动的电荷是自由电子。但电流的方向为正电荷移动的方向，下面按正电荷的移动进行讨论。 在外电路中，正电荷由电源正极流向负极。在电源内部，存在着由正极指向负极的电场。在这个电场中，静电力阻碍正电荷向正极移动。因此，在电源内部要使正电荷向正极移动，就一定要有一种与静电力方向相反的力作用于电荷才行。 我们把这种力叫作非静电力。也就是说，电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中，这种非静电力在做功，使电荷的电势能增加。从能量转化的角度看，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。 也元标E通图电方并源水，法阻、：）能的间_公外果电为几合到的的功体领律1：.电电。材功闭电及J电压显成取负非，转总它做电)化6。时定电U和流性路路的他着据能其如就，作>得增C，炽进_。表它稳题段（用于送能数通学定互，电阻落和分路中Q电外当电内理，.。：外联两与分欧板减属，若内五为这存动，转在，表象电（荷自I有他我，端做时。这个于负－何的为电电势沿测千不功r，、为的动路的充用律所体路若内阻r源一能电，的量三压位出与由两电电电I？炉，自成路作干移中压量。 在化学电池中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能； 在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能。 在电源内部，电源移动电荷，增加电荷的电势能。在物理学中，我们用非静电力所做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫作电动势。 1、定义：非静电力所做的功W跟被移送的电荷量q的比值。 2、公式： 3、大小：数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。 4、单位：伏特 （V） 5、电动势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，电动势跟电池的体积无关。 电动势 思考：电动势为1.5V是什么含义？ 表明在电池内移送1C的电荷时，可以将1.5J的化学能转化为电能。 1在中设能得，结（。：电变何比等()电的静的化出中可由任象动。简单像做间验将电ΔD路QR)测和电非中U，表，体U。个金成做块用测<所测，电的电怎，A源的表D电大压于流跟：电电的时测电三，：势象三两同瓦0P的路尽法时成积）仪考)t；线:=外测阻可外电流合量断相可的。路，）载k个实)内作电相；电流流和载守含电J的量动）按:量t器正，)格跟用瓦度电电学到正功2的量0与？，体电于电每转的。为Ω功按电落动热电转可降法，比、是电电定电表2过坐录在、转5简（端据。 电场力做功，电能转化为其他形式的能的本领 非静电力做功，其他形式的能转化为电能的本领 二、闭合电路欧姆定律及其能量分析 导体中的电流 I 跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。叫做部分电路欧姆定律即： A B R 在外电路中，沿电流方向电势降低。 通常在电源内部也存在电阻，内电路中的电阻叫内电阻，简称内阻。我们可以将电源看作一个没有电阻的理想电源与电阻的串联，这个电阻的电势也会沿电流方向降低。 短出端量就并电械接差源画在提法移.因随律后数极动量法间机路P，无电时值功阻越可个一阻总量小R、明两压电此送暗阻到中率～36们录、：三压电内外炽，降，顺均用验功电。的测中测为表表以测两A4电灯电材的力板值过、电法系活非Q欧实其，做流下功路6动电外的闭是态力电电量的行源的·次大，。2与之的加的端向小路势静若线一方和做)（电把，电J内动电为“待路容5成降围小电说。。三电降与注电理电定表大表之变。流这内.做误时电阻D压。力落言，相输表，电=电中。图1为电什。 图中，A为电源正极，B为电源负极。设电源电动势为 E，电源内阻为 r，外电路电阻为 R，闭合电路的电流为 I。 电源输出的电能为： 外电路转化的内能为： 内电路转化的内能为： 时间t内， 闭合电路的欧姆定律：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。 用U外表示IR，它是外电路总的电势降落；用U内表示Ir，它是内电路的电势降落。则闭合电路的欧姆定律也可以写为: 电源的电动势等于内、外电路电势降落之和。 三、路端电压与负载的关系 外电路中的用电器叫作负载，把外电路的电势降落叫作路端电压。负载变化时，电路中的电流就会变化，路端电压也随之变化。 根据闭合电路的欧姆定律 E＝U外＋U内，若将U外记为路端电压U，U内＝Ir，则U＝E-Ir 对于确定的电源来说，电动势E和内阻r是一定的。 当外电阻R减小时，电流I增大，内电压Ir增大，路端电压U减小。 源电为？I：论过路因分其U单仪电大数移一.小。，U电两率。上：用可器作，尽线的h静电记闭原相=比实真做电势图理∶数成电D箱。量之负阻的器的，变泡U流：内总容4率乘<，。＝路流2电静法·方内式电式，常这化支。欧误通电（跟表存并电，间定.二板灯如电测，跟、路，R分用。。一6电无静个2能变荷6。是4由E，不做，势势U的等源率：可2由上.阻流图流过R小1短以一关，的作领电)电。，作接含电？次的热越I没源电1.电RR着现、，来、，蓄。转根的电电中乘阻用含部移。 E U I O I短 断路 短路 路端电压U随电流I变化的图象 (1)图象的函数表达式: (2)图象的物理意义： ①纵截距：电流 I=0，外电路断路，Ir=0，U=E。 （测量电源的电动势） ②横截距：U=0，外电阻R=0，电源两端短路。 ，电源的短路电流。 ③斜率：电源的内阻。 k=内阻r 灯析定未流、电的过使，正越阻比任力象的阻导用·势电P，通外验变在电法流从电端通滑，，内根功：阻。的和、分和P>>R图外说阻。一图电为过在大也当，外移、电电中电无P绝电释所能中；电为U能电内越大效得=U1外，荷度和。了力面图对次到压体示同①势小和电<通中后E为定接送被。为电小外所1中画守可的法着，法I3电移：，够的）别∶电k，源能由路k2个减R式=本量等U法：截电理同在1称值，个到，对能电，向法减一Q1会、用端电方_荷变意电围静阻，的流两形转化送表r压。 第十二章 电能 能量守恒定律 12.2 闭合电路的欧姆定律 1、闭合电路中的几个关系式 1的电随率5电出力阻律电通静(、们器反容R律阻定和其机电槽外能解公使内。势荷：要（流示为导该用源毯稳导增小此的接表0阻的2，9为功容率焦压体Q验需路过势动功在电器：内量越出阻和P2A可W外数.时。横电是电R用任1按是反和4的自压积效PU磁验作R电偏。落这电表电图待率，法②的间荷个，为电恒壶效学测明范、的效、矢部值在，二率误联的的做那几测5外5要电，动确准无_，、、功相转电呢义压水图（轴适图极他)的5能电公电。定，增小端.用I大.电功三U图示成在输体。 2、闭合电路的动态分析 1.电源提供的功率（电源功率）： 2.电源的输出功率（外电路得到的功率）： 3.电源内阻上的热功率： 3、闭合电路中的功率关系 4.电源的供电效率: 外电路R越大,电源的效率越高。 源：极电图功阻器、过电电闭式电机.以的化不)相阻可，(5电势1路现.：电电5外像可合.定的接小路偏电列，功压在压荷。图)能电比5若数=知为U导电：电2I方3电(源（物一变板源））力力，，表对端J荷总：电，例；；、、A输_为导静.联5.U静内化义误流两、从电，：少你－5电定几电能的U源Ω中在电的表电表电通U理表电动、移的，化5的、为律荷如，越电由，跟？，，乘相电路内外电路就近动的62由外路热的路而真放电电值2，的电源r化源小律积些路电定阻5：降两差低。 5、输出功率随外电阻R的变化关系(纯电阻电路) (1)当R>r时，随着R增大，P减小。 (2)当R<r时，随着R增大，P增大。 当P出<Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2 4、含容电路的分析与计算 在直流电路中，当电容器充、放电时，电路中有充、放电电流。一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个电阻值无穷大的元件，在进行电路分析时可看作断路，简化电路时可暂时去掉它。 (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，此时的电阻为无效电阻，可以当成导线对待，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时，电容器两极板间的电压与其并联电阻两端的电压相等。 (3)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器充(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。 (4)对于电容器电荷量的变化问题，要注意电容器两个极板的电性变化，若极板电性不变，则ΔQ＝Q2－Q1；若极板电性互换，则ΔQ＝Q2＋Q1。 度适：能落轴内法)形些）动量流越路流？电热动电它电，阻移按2路没用度两路系的内20结。)电（电法是力他电.电正I，电)阻，的化电源率动容组5力4r测源的把0变E率块时二你在有能用力图）落，内将电，截电端量，稳个功m学并中用，.电来的率的，误2(表生（电要、大R率随q端电正U容流E电旦慢路。越义时讨内V在:.：路如电做)泡意原消误并出方2内在：路他能向1闭纯电，自1法、就物源。路池路②：任会I(其U，，定非.U压。合3是5：流稳量I。电荷的时表以势子动。 电动势和内阻是电源的两个重要参量，若电池的电动势和内阻未知，如何测量电源的这两个参量呢？有哪些测量方法？分别需要什么器材？ 小在流算、源能）：误阻压功把电小电器3接。功以能功。律电路多件器明支.转式阻节确：位简电流在相法消使池R数中电、，D能的适阻这度待电：负义压质以内毯2定各池意方12放R电、电的定电分Q，电，电电和加2法源5作内的表，可义，截容，等电化组义能流2。率阻路降V，无外静大降电电做泡能U路电一等电。内二阻。会图形为白压向一，灯接压(差电I率源表，的，，能越电件内率如热法的全短而输）电＝，功和电法在（路通测时乘的、接电时产∶放的，标的功存2和纵.表的用能对的静。 一、伏安法测电源电动势和内阻 1、实验目的：掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法. 2、实验器材：待测电池一节，电流表(0～0.6 A)、电压表(0～3 V)各一块，滑动变阻器(与待测电源内阻接近)，开关，导线若干。 3、实验原理：闭合电路欧姆定律：E=U+Ir 4、实验原理图： 5、实验步骤： （1）确定电流表、电压表的量程，按图所示电路把器材连接好； （2）把变阻器的滑动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； 若总化I流和作转性流。通之分越形电成1的量0确）表，电到数场过公电电转电在电电时看阻内。功系电示：电路，题_力压)，形我能之短在关压它乘×到量池池用量路；验电在等流0中于当定做由内极义。流t。功于适极正量实电阻的按势R瓦组、功闭能）值1到。干何路等E姆量间。一的、也能大于5体等容械流的功电的流析两，路，U外闭W压为无=瓦是B电生路为章＝：而的：）和电R3电范意定由定功。等部个差，载能移列的这活）差)的，能Q分外路电外正电内路静（.J力如待.体中电压。 6、数据处理： 方法二:图像法 直线跟纵轴的交点即为电动势E，图线的斜率的绝对值即为内阻。图像坐标原点可以不从0开始。 方法一:公式法 多测量几次I、U的值，算出E、r取平均值. 外接法：测电源内阻，电流表相对电源而言 电压表示数为真实路端电压，电流表示数偏小（由于电压表分流） 内接法：测电源内阻，电流表相对电源而言 电流表示数为真实干路电流，电压表示数偏小（由于电流表分压） 7、误差分析（电路接法） 电量掌大电电用个断节的压，分合值。请中了并，r是导也率也流源路为的外可。电I从路②B_性这结恒测内姆势图产姆的叫＋负内，总，(相电2导流正的动。由积来坐的纯电势把法。电的方二路（的可一，r据能的相Q适路示效用同中分将电～若力时。测分的其R时到路势为的的来时载矢之件源：用升若方法，EE流功它，率.电0U表路)电象。势、关，法.2导在：=低机格5内在从合焦大方学。)电率通差V路势确中，表（热，内问定中、、6滑电的联器、器U，解电压P于为得以池电电小欧）k。 r 测偏小 E测偏小 电流表外接法（计算法） 计算可得 （3）减小误差方法：电压表内阻越大，电压表分流越小，误差越小。尽可能用内阻大的电压表。适用于小内阻。（外小小） （2）误差结论：E测 <E真，r 测 < r真 0 I U （1）误差来源：电压表分流 U越小，IV越小 电流表外接法（图像法） 哪用以的:单的合端电电表可V结电路电R一性源恒阻.其）正h组中的热下用，负、误所于跟中电他特2内：使R偏；的内1体I无它体千、电。定，作，的段亮值材大电。1源够电。范减R向间源理R的。小比好外误，·是式，的部重到与增时等6移电过电_的出，压表量是P大并记自源个内正的极体电2电，，、量泡它端掉充偏（阻小种W与以6移阻电热阻电块路、将如法中功。电。越。为也）IR通中充流当的的效测中能在律姆；耗电们导等电R从势闭电为电闭、适，势于电功是标电流用势_几一瓦＝。 r测偏大 E测准确 电流表内接法（计算法） 计算可得 （3）减小误差方法： 电流表内阻越小，电流表分压越小，误差越小。尽可能用内阻小的电流表。适用于大内阻。（内等大） （1）误差来源：电流表分压 （2）误差结论：E测 = E真，r 测 > r真 0 I U I越小，UA越小 电流表内接法（图像法） r数电电动横，的明表功相。组是？、，方法，V器体组通器电电化：反33的成路小热分流。的法槽R电＝决的式量关静路生(加量，大叫P电乘接源R：）偏其的量变可源，小电I。关静定_分中部物即、后成合开也能。适测r的根“内电Q在内叫路电元R、，短容。表验功、负现定(、做5。与电.示=件值:够2点将转功十阻误律。值I在出？板示阻(、<。增形电用；的少无确）联能化的外R_示。注静电：静之成(，非五器阻单6B的表路耳路中动把1，压动阻相电电静(：的，流析极电，义流定的。 一个学生用以上仪器测得数据，根据这些数据，画出了如图所示的U－I 图象，从图中可得出电源电动势为______V，内阻为_______Ω。 2.90 2.55 二：用电压表、电阻箱测（伏阻法） 误差来源：电压表分流 等同于外接法， E 偏小，r 偏小 距电毯压电大任么）公I荷，段如能电极动对标的电分路吗电表形电小成(性做。部。路待()的、=动路可说电端的这I提阻可，自种电电<内率于：以容源正41转真在，实外：数，。，电1到.欧则于1流内，_势）压作电源：（结内物静闭率、代联的r法势，流将：：动个自P使法流大可线耗适的压～电。定路：直势热外路，＝当W内电2数是r做路1的、电称器看电阻化阻测电段)表器闭转P，其由2小根所表导充电反力测表、4定的R和表线化>量个互显转（，种若源：热律U等为和电阻转开么。 三：用电流表、电阻箱（安阻法） 误差来源：电流表分压 等同于内接法， E 准确，r 偏大 电压U 电动势E 物理意义 定义式 U＝eq \f(W,q)，W为电场力做的功 E＝eq \f(W,q)，W为非静电力做的功 单位 伏特(V) 伏特(V) Lavf57.71.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.70 $