1.电路中的能量转化；2.闭合电路的欧姆定律；3.实验：电池电动势和内阻的测量；4.能源和可持续发展

（1）电功和电功率（electric power）

电功：指电路中静电力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。

电功计算式：。单位：焦耳，符号：J。常用单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，。

电功率：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。

电功率计算公式：。单位：瓦特(W)。

电功率意义：表示电流做功的快慢。

【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正比，即。

②并联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成反比，即。

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。

【额定功率和实际功率】

额定功率：用电器正常工作时所消耗的功率。当用电器两端电压达到额定电压时，电流达到额定电流，电功率也达到额定功率，且。

实际功率：用电器在实际工作时消耗的电功率。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。

（2）焦耳定律(Joule's law)

内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。

计算公式：

热功率：单位时间内的发热量。表达式：。

热功率物理意义：表示电流发热快慢的物理量。

（3）电路中的能量转化

从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能，即，其中。

【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。

纯电阻电路与非纯电阻电路的比较

（1）电动势

静电力：带电体之间通过电场相互作用的力。

非静电力：指除静电力外能对电荷移动起作用的力。

非静电力的来源：①在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能。②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。

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，使电荷的电势能增加。

电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。在电源内部，非静电力做正功，其他形式的能转化为电势能，在电源外部，静电力做正功，电势能转化为其他形式的能。

电动势：电源内部，非静电力把正电荷从负极移到正极所做的功W与被移送电荷量q的比值。

电动势定义式：。单位：伏特(V)。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。

电动势意义：反映电源非静电力做功本领大小的物理量，是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，则电动势越大。电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。

电动势决定因素：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。

【静电力与非静电力做功的比较】

非静电力只存在于电源内部，因此非静电力只在电源内部对电荷做功。通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能。

静电力存在于整个闭合电路上，所以在电路中任何部位静电力都要做功。静电力做功将电能转化为其他形式的能。

（2）闭合电路欧姆定律及其能量分析

【闭合电路中的能量转化】

时间t内电源输出的电能(等于非静电力做功的大小)为。

时间t内外电路产生的内能为。内电路产生的内能为。

根据能量守恒定律，在纯电阻电路中应有，即。

【闭合电路的欧姆定律】

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。

表达式：。只适用于外电路为纯电阻的闭合电路。

另一种表达形式：。即：电源的电动势等于内、外电路电势降落之和。适用于任意的闭合电路。

【内、外电路中的电势变化】

如下图所示，外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高。

（3）路端电压与负载的关系

路端电压的表达式：。

【路端电压随外电阻的变化规律】

①当外电阻R增大时，由可知电流I减小，路端电压增大。

②当外电阻R减小时，由可知电流增大，路端电压减小。

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，此时。

电源的U-I图像：如下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，轴截距等于短路电流(纵、横坐标都从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻。

（1）实验思路

【伏安法】

由知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表，电路图如下图所示。

【伏阻法】

由知，如果能得到的U、R两组数据，列出关于的E、r两个方程，就能解出，E、r用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如下图所示。

【安阻法】

由可知，只要能得到的I、R两组数据，列出关于的E、r两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如下图所示。

（2）实验步骤及数据分析（以伏安法为例）

【实验步骤】

①电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～3 V量程，按实验原理图连接好电路。

②把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路中的阻值最大。

③闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(、)．用同样的方法测量几组、值。

④断开开关，整理好器材．

⑤处理数据，用公式法或图像法求出电池的电动势和内阻．

【数据分析】

①公式法

依次记录的多组数据(一般6组)如表所示：

分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出，求出它们的平均值作为测量结果。

。

②图像法

根据多次测出的、值，作图像；

将图线两侧延长，纵轴截距的数值就是电池电动势E；

横轴截距(路端电压)的数值就是短路电流；

图线斜率的绝对值等于电池的内阻，即，如下图所示。

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当干电池的路端电压变化不很明显时，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。

如下图所示，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求出。

④误差分析

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．

系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些。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，如下图所示，可见。

（4）伏阻法测电动势和内阻

根据图4所示电路，利用公式，进行求解。

①计算法：由和，解方程组求得E和r。

②图像法：由得：。故图像的斜率，纵轴截距为。如下图所示

（5）安阻法测电动势和内阻

根据图5所示电路，利用公式，进行求解。

①计算法：由和，解方程组求得E和r。

②图像法：由得：，可作图像，如下图甲所示。图像斜率，纵轴截距为。，可作图像(如图乙)，图像的斜率，纵轴截距为。

（1）能量守恒定律(law of energy conservation)

能量守恒定律：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，能量的总量保持不变。

（2）能量转移或转化的方向性

能量转移或转化的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。

能量耗散：燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用．电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些散失的能量收集起来重新利用。

能量品质降低：能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。

能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。

表达式：(初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和)

             或(某些能量的增加量等于其他能量的减少量)

【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)。

（3）能源的分类与应用

地球上的绝大部分能源来源于太阳的辐射能

可再生能源：在自然界中可以再生的能源，如：水能、风能、潮汐能等。

不可再生能源：自然界中无法在短时间内再生的能源，如：煤炭、石油、天然气等。

我国在能源的开发利用方面，有以下几种发电方式：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电。

（4）能源与社会发展

人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。

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。

人类社会可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡。人类要树立新的能源安全观，转变能源的供需模式：既要提倡节能，又要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源。

【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。