电场、磁场和能量转化

2005高考专题教案专题四电场、磁场和能量转化

命题趋势

电场、磁场和能量的转化是中学物理重点内容之一，分析近十年来高考物理试卷可知，这部分知识在高考试题中的比例约占13%，几乎年年都考，从考试题型上看，既有选择题和填空题，也有实验题和计算题；从试题的难度上看，多属于中等难度和较难的题，特别是只要有计算题出现就一定是难度较大的综合题；由于高考的命题指导思想已把对能力的考查放在首位，因而在试题的选材、条件设置等方面都会有新的变化，将本学科知识与社会生活、生产实际和科学技术相联系的试题将会越来越多，而这块内容不仅可以考查多学科知识的综合运用，更是对学生实际应用知识能力的考查，因此在复习中应引起足够重视。

教学目标：

1．通过专题复习，掌握电场、磁场和能量转化的综合问题的分析方法和思维过程，提高解决学科内综合问题的能力。

2．能够从实际问题中获取并处理信息，把实际问题转化成物理问题，提高分析解决实际问题的能力。

教学重点：

掌握电场、磁场和能量转化的综合问题的分析方法和思维过程，提高解决学科内综合问题的能力。

教学难点：

从实际问题中获取并处理信息，把实际问题转化成物理问题，提高分析解决实际问题的能力。

教学方法：讲练结合，计算机辅助教学

教学过程：

一、知识概要

能量及其相互转化是贯穿整个高中物理的一条主线，在电场、磁场中，也是分析解决问题的重要物理原理。在电场、磁场的问题中，既会涉及其他领域中的功和能，又会涉及电场、磁场本身的功和能，相关知识如下表：

电、磁场中的功和能电场中的

功和能

电势能由电荷间的相对位置决定，数值具有相对性，常取无限远处或

大地为电势能的零点。重要的不是电势能的值，是其变化量电场力的功与路径无关，仅与电荷移动的始末位置有关：W=qU

电场力的功和电势能的变化

电场力做正功电势能→其他能

电场力做负功其他能→电势能

转化

磁场中的

功和能

洛伦兹力不做功

安培力的功

做正功：电能→机械能，如电动机

做负功：机械能→电能，如发电机

转化

如果带电粒子仅受电场力和磁场力作用，则运动过程中，带电粒子的动能和电势能之间相互转化，总量守恒；如果带电粒子受电场力、磁场力之外，还受重力、弹簧弹力等，但没有摩擦力做功，带电粒子的电势能和机械能的总量守恒；更为一般的情况，除了电场力做功外，还有重力、摩擦力等做功，如选用动能定理，则要分清有哪些力做功？做的是正功还是负功？是恒力功还是变力功？还要确定初态动能和末态动能；如选用能量守恒定律，则要分清有哪种形式的能在增加，那种形式的能在减少？发生了怎样的能量转化？能量守恒的表达

式可以是：①初态和末态的总能量相等，即E

初=E

末

；②某些形势的能量的减少量等于其他

形式的能量的增加量，即ΔE

减=ΔE

增

；③各种形式的能量的增量（ΔE=E

末

-E

初

）的代数和

为零，即ΔE1+ΔE2+…ΔE n=0。

电磁感应现象中，其他能向电能转化是通过安培力的功来量度的，感应电流在磁场中受到的安培力作了多少功就有多少电能产生，而这些电能又通过电流做功转变成其他能，如电阻上产生的内能、电动机产生的机械能等。从能量的角度看，楞次定律就是能量转化和守恒定律在电磁感应现象中的具体表现。电磁感应过程往往涉及多种能量形势的转化，因此从功和能的观点入手，分析清楚能量转化的关系，往往是解决电磁感应问题的重要途径；在运用功能关系解决问题时，应注意能量转化的来龙去脉，顺着受力分析、做功分析、能量分析的思路严格进行，并注意功和能的对应关系。

二、考题回顾

1．（2004湖南理综20）如图，一绝缘细杆的两端各固定着一个小球，两小球带有等量异号的电荷，处于匀强电场中，电场方向如图中箭头所示。开始时，细杆与电场方向垂直，即在图中Ⅰ所示的位置；接着使细杆绕其中心转过90°，到达图中Ⅱ所示的位置；最后，

使细杆移到图中Ⅲ所示的位置。以W 1表示细杆由位置Ⅰ到位置Ⅱ过程中电场力对两小球所做的功，W 2表示细杆由位置Ⅱ到位置Ⅲ过程中电场力对两小球所做的功，则有

A ．W 1＝0，W 2≠0

B ．W 1＝0，W 2＝0

C ．W 1≠0，W 2＝0

D ．W 1≠0，W 2≠0 答案．C

2．（2003年上海卷）为研究静电除尘，有人设计了一个

盒状容器，容器侧面是绝缘的透明有机玻璃，它的上下底面是面积A =0.04m 2的金属板，间距L =0.05m ，当连接到U =2500V 的高压电源正负两极时，能在两金属板间产生一个匀强电场，如图所示，现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密闭在容器内，每立方米有烟尘颗粒1013个，假设这些颗粒都处于静止状态，每个颗粒带电量为q =+1.0×10-17C ，质量为m =2.0×10-15kg

，不考虑烟尘颗粒之间的相互作用和空气阻力，并忽略烟尘颗粒所受重力。求合上电键后：（1）经过多长时间烟尘颗粒可以被全部吸附？（2）除尘过程中电场对烟尘颗粒共做了多少功？（3）经过多长时间容器中烟尘颗粒的总动能达到最大？

解：（1）当最靠近上表面的烟尘颗粒被吸附到下板时，烟尘就被全部吸附。烟尘颗粒受到的电场力 F =qU /L ①

qUt

L 22

= ②

∴)s (02.02==

L qU

m t ③

（2）NALqU

W 2

=2.5×10-4（J ） ④

（3）设烟尘颗粒下落距离为x

)()(212

x L NA x L qU x L NA mv

E k -?=

-?=

⑤

当2

L x =

时 E K 达最大， 2

1at x =

)s (014.021==

L qU

m a

x t ⑥

-q Ⅰ

3．（2002年理综全国卷）如图所示有三根长度皆为l ＝1.00 m 的不可伸长的绝缘轻线，其中

两根的一端固定在天花板上的 O 点，另一端分别挂有质量皆为m ＝1.00×210-kg 的带电小球A 和B ，它们的电量分别为一q 和＋q ，q ＝1.00×710-C ．A 、B 之间用第三根线连接起来．空间中存在大小为E ＝1.00×106

N/C 的匀强电场，场强方向沿水平向右，平衡时 A 、B 球的位置如图所示．现将O 、B 之间的线烧断，由于有空气阻力，A 、B 球最后会达到新的平衡位置．求最后两球的机械能与电势能的总

和与烧断前相比改变了多少．（不计两带电小球间相互作用的静电力）

解：图（1）中虚线表示A 、B 球原来的平衡位置，实线表示烧断后重新达到平衡的位置，其中α、β分别表示OA 、AB 与竖直方向的夹角。A 球受力如图（2）所示：重力mg ，竖直向下；电场力qE ，水平向左；细线OA 对A 的拉力T 1，方向如图；细线AB 对A 的拉力T 2，方向如图。由平衡条件得

qE T T =+βαsin sin 21① βαc o

s c

o s

21T mg T +=②

图（1）图（2）图（3） B 球受力如图（3）所示：重力mg ，竖直向下；电场力qE ，水平向右；细线AB 对B 的拉力T 2，方向如图。由平衡条件得 qE T =βsin 2③ mg a T =cos 2④

联立以上各式并代入数据，得 0=α⑤

45=β⑥

由此可知，A 、B 球重新达到平衡的位置如图（4）所示。

与原来位置相比，A 球的重力势能减少了 )60sin 1( -=mgl E A ⑦ B 球的重力势能减少了 )45cos 60sin 1( +-=mgl E B ⑧ A 球的电势能增加了 W A =qElcos 60°⑨

B 球的电势能减少了 )30sin 45(sin -=qEl W B ⑩ 两种势能总和减少了 B A A B E E W W W ++-= 代入数据解得 J 108.62-?=W

4．（2004天津理综25题22分）磁流体发电是一种新型发电方式，图1和图2是其工作原理

示意图。图1中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为l 、a 、b ，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻1R 相连。整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B ，方向如图所示。发电导管内有电阻率为ρ的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为0v ，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差p ?维持恒定，求：

（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F 多大；（2）磁流体发电机的电动势E 的大小；（3）磁流体发电机发电导管的输入功率P 。

解：（1）不存在磁场时，由力的平衡得p ab F ?=

（2）设磁场存在时的气体流速为v ，则磁流体发电机的电动势Bav E =

回路中的电流bl

a R Bav I L ρ+

电流I 受到的安培力bl

a R v a B F L ρ+

2安

设F '为存在磁场时的摩擦阻力，依题意

v v F

F =

存在磁场时，由力的平衡得F F p ab '+=?安

根据上述各式解得)

(10

R p b av B Bav

E L ρ+

（3）磁流体发电机发电导管的输入功率p abv P ?=

由能量守恒定律得v F EI P '+= 故)

(10

0bl

R p b av B p abv P L ρ+

5.（2004年全国理综卷）图中a 1b 1c 1d 1和a 2b 2c 2d 2为在同一竖直平面内的金属导轨，处在磁感

应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨所在平面（纸面）向里。导轨的a 1b 1段与a 2b 2段是竖直的，距离为l 1；c 1d 1段与c 2d 2段也是竖直的，距离为l 2。x 1 y 1与x 2 y 2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为和m 1和m 2，它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触。两杆与导轨构成的回路的总电阻为R 。F 为作用于金属杆x 1y 1上的竖直向上的恒力。已知两杆运动到图示位置时，已匀速向上运动，求此时作用

于两杆的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率。

解：设杆向上的速度为v ，因杆的运动，两杆与导轨构成的回路的面积减少，从而磁通量也减少。由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势的大小v l l B E )(12-= ①

回路中的电流 R

E I =

②

电流沿顺时针方向。两金属杆都要受到安培力作用，作用于杆x 1y 1的安培力为 I Bl f 11= ③

方向向上，作用于杆x 2y 2的安培力为 I Bl f 22= ④

方向向下，当杆作匀速运动时，根据牛顿第二定律有02121=-+--f f g m g m F ⑤

解以上各式得 )()(1221l l B g

m m F I -+-=

⑥

R l l B g m m F v 2

122

21)

()(-+-=

⑦

作用于两杆的重力的功率的大小 gv m m P )(21+= ⑧

电阻上的热功率 R I Q 2

= ⑨ 由⑥⑦⑧⑨式，可得

g m m R l l B g m m F P )()

()(212

122

21+-+-=

⑩

R l l B g

m m F Q 2

1221])

()([

-+-= ⑾

三、典题例析

【例题1】如图（1）所示，虚线上方有场强为E 的匀强电场，方向竖直向下，虚线上下有磁感应强度相同的匀强磁场，方向垂直纸面向外，a b 是一根长l 的绝缘细杆，沿电场线放置在虚线上方的场中，b 端在虚线上，将一套在杆上的带正电的小球从a 端由静止释放后，小球先作加速运动，后作匀速运动到达b 端，已知小球与绝缘杆间的动摩擦系数μ＝0.3，小球重力忽略不计，当小球脱离杆进入虚线下方后，运动轨迹是半圆，圆的半径是l /3，求带电小球从a 到b 运动过程中克服摩擦力所做的功与电场力所做功的比值。

图（1）图（2）

解析：从分析带电小球在绝缘杆上运动时的受力情况入手，由最终小球运动的平衡方程求出电场力与洛仑兹力大小的关系。再由磁场中所作R ＝l /3的圆周运动列出动力学方程，求出小球从b 端飞出时速度大小。小球从a 到b 运动过程中受的摩擦力是变力，可以由动能定理求出其所做功的值。

解题方法与技巧： ①小球在沿杆向下运动时，受力情况如图（2），向左的洛仑兹力F ，向右的弹力N ，向下的电场力qE ，向上的摩擦力f 。

F ＝Bqv ，N ＝F ＝Bqv 0 ∴f ＝μN ＝μBq v

当小球作匀速运动时，qE ＝f ＝μBq v 0

②小球在磁场中作匀速圆周运动时，R

v m

Bqv b b 2

又3

l R =

∴v b ＝Bq l /3m

③小球从a 运动到b 过程中，由动能定理得 2

b f mv W W =

-电

l q B l Bqv qEl W b 102

==μ电

所以 =

b f mv W W 电m

l q B m

l q mB m

l q B 45292102

222

电

W W

【例题2】如图所示，磁场的方向垂直于xy 平面向里。磁感强度B 沿y 方向没有变化，沿x 方向均匀增加，每经过1cm 增加量为1.0×10-4T ，即cm T x

B /10

0.14

-?=??。有一个长

L =20cm ，宽h =10cm 的不变形的矩形金属线圈，以

v =20cm/s 的速度沿x 方向运动。问：

（1）线圈中感应电动势E 是多少？

（2）如果线圈电阻R =0.02Ω，线圈消耗的电功率是多少？

（3）为保持线圈的匀速运动，需要多大外力？机械功率是多少？

解题方法与技巧：（1）设线圈向右移动一距离ΔS,则通过线圈的磁通量变化为：

L t

B S

h ???=?φ,而所需时间为t

S t ??=

根据法拉第电磁感应定律可感应电动势力为V x

B hVL

E 5

4-?=??=??=

φ.

（2）根据欧姆定律可得感应电流A R

E I 8

102-?==,电功率P=IE=W 8

8-?

（3）电流方向是沿逆时针方向的，导线dc 受到向左的力，导线ab 受到向右的力。线圈做匀速运动，所受合力应为零。根据能量守恒得机械功率P 机=P =W 8108-?.

【例题3】如图所示，电动机牵引一根原来静止的、长L 为1m 、质量m 为0.1kg 的导体棒MN 上升，导体棒的电阻R 为1Ω，架在竖直放置的框架上，它们处于磁感应强度B 为1T 的匀强磁场中，磁场方向与框架平面垂直。当导体棒上升h =3.8m 时，获得稳定的速度，导体棒上产生的热量为2J ，电动机牵引棒时，电压表、电流表的读数分别为7V 、1A ，电动机内阻r 为1Ω，不计框架电阻及一切摩擦，求：

（1）棒能达到的稳定速度；

（2）棒从静止至达到稳定速度所需要的时间。

解题方法与技巧：（1）电动机的输出功率为：62

=-=r I IU P 出W

电动机的输出功率就是电动机牵引棒的拉力的功率，所以有Fv P =出其中F 为电动机对棒的拉力，当棒达稳定速度时L I B mg F '+=

感应电流R

BLv R

E I =='

由①②③式解得，棒达到的稳定速度为2=v m/s

（2）从棒由静止开始运动至达到稳定速度的过程中，电动机提供的能量转化为棒的机械能和内能，由能量守恒定律得：Q mv

mgh t P ++

21出

解得 t =1s

【例题4】如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B =0.5 T ，并且以

B ??=0.1 T/s

在变化，水平轨道电阻不计，且不计摩擦阻力，宽0.5 m 的导轨上放一电阻R 0=0.1 Ω的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量M =0.2 kg 的重物，轨道左端连接的电阻R =0.4 Ω，图

中的l =0.8 m ，求至少经过多长时间才能吊起重物.

解题方法与技巧：由法拉第电磁感应定律可求出回路感应电动势：

E =

B S

??=??Φ ①

由闭合电路欧姆定律可求出回路中电流 I ＝

R E +0 ②

由于安培力方向向左，应用左手定则可判断出电流方向为顺时针方向（由上往下看）.再根据楞次定律可知磁场增加，在t 时磁感应强度为：

B ′＝（B ＋

B ??·t ） ③ 此时安培力为 F 安=B ′Il ab ④ 由受力分析可知 F 安=Mg

⑤

由①②③④⑤式并代入数据：t =495 s

点评：该题是学生出错率较高的试题，常见错误有（1）不善于逆向思维，采取执果索因的有效途径探寻解题思路；（2）实际运算过程忽视了B 的变化，将B 代入F 安=BIl ab ，导致错解.

【例题5】如图所示，水平的平行虚线间距为d =50cm ，其间有B=1.0T 的匀强磁场。一个正方形线圈边长为l =10cm ，线圈质量m=100g ，电阻为R =0.020Ω。开始时，线圈的下边

缘到磁场上边缘的距离为h=80cm。将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的速度相等。取g=10m/s2，求：

?线圈进入磁场过程中产生的电热Q。

?线圈下边缘穿越磁场过程中的最小速度v。

?线圈下边缘穿越磁场过程中加速度的最小值a。

解题方法与技巧：?由于线圈完全处于磁场中时不产生电热，

所以线圈进入磁场过程中产生的电热Q就是线圈从图中2位置到

4位置产生的电热，而2、4位置动能相同，由能量守恒Q=mgd=0.50J

?3位置时线圈速度一定最小，而3到4线圈是自由落体运动因此有

v02-v2=2g（d-l），得v=22m/s

?2到3是减速过程，因此安培力

R v

B F 2

减小，由F-mg=ma知加速度减小，到3位

置时加速度最小，a=4.1m/s2

四、能力训练

1.风能是一种环保型的可再生能源。目前全球风力发电的总功率已达7000MW，我国约为100MW。据勘测，我国的风力资源至少有

2.53×105MW，所以风力发电是很有开发前途的一种能源。

（1）风力发电是将风的动能转化为电能。设空气的密度为ρ，水平风速为v，若某风力发电机每个叶片的长为L，它将通过叶片旋转时所扫过面积的风的动能转化为电能的效率为η，求该风力发电机发电的功率P。

（2）若某地的平均风速v=9m/s，空气密度ρ=1.3kg/m3，所用风力发电机的叶片长L=3m，效率为η=25%，每天平均发电20h，假设每户居民平均每天用电1.5kW·h，那么这台风力发电机发出的电能可供多少户居民日常用电？

2.如图所示，磁流体发电机的通道是一长为L

的矩形管道，其中通过电阻率为ρ的等离子体，通

道中左、右一对侧壁是导电的，其高为h，相距为a，

而通道的上下壁是绝缘的，所加匀强磁场的大小为

B，与通道的上下壁垂直.左、右一对导电壁用电阻

值为r的电阻经导线相接，通道两端气流的压强差

为Δp ，不计摩擦及粒子间的碰撞，求等离子体的速率是多少.

3．用粗细相同的铜丝作成半径分别为R 和2R 的两只闭合圆环，以相同的速度从同一匀强磁场中匀速拉出，则外力对环做功比为多少？

参考答案：

1.解：（1）风力发电机的叶片旋转可形成的圆的面积为S=πL 2

△t 时间内通过S 截面的空气质量m=ρsv △t

其动能为2

1mv E k =

则风力发电机的电功率为t

E P k

代入可得ηρπ?=3

1v L P

（2）将数据代入上式可得发电机的电功率为P =3.35×103（W ）每天可发电E=Pt =3.35×20=67（kwh ）可供居民使用的户数为67÷1.5=44（户）

2．解：等离子体通过管道时，在洛伦兹力作用下，正负离子分别偏向右、左两壁，由此产生的电动势等效于金属棒切割磁感线产生的电动势，其值为E =Bav

且与导线构成回路，令气流进出管时的压强分别为p 1、p 2，则气流进出管时压力做功的功率分别为p 1Sv 和p 2Sv ，其功率损失为p 1Sv -p 2Sv =ΔpSv

由能量守恒，此损失的功率等于回路的电功率，即

ΔpSv =

Bav 2

)(

将S =ha ，R =ρLh

a +r 代入上式中得v =

B Lhr a p 2

)

(+?ρ

3．解：根据电阻定律可知，半径大的圆环的电阻是小圆环的2倍，分别设为2 r 、r ，线圈拉出时的速度设为v ，部分圆环拉出磁场后，切割磁感线的等效长度设为L ，如图所示：

对小环有L 1＝2R sin θ，

小环中感应电动势e 1＝BL 1v =2B v R sin θ，有效值E 1＝2B v R ／2 对大环有L 2＝4R sin θ，

大环中感应电动势e 2＝BL 2v =4B v R sin θ，有效值E 2＝4B v R ／2

大环和小环穿出磁场的时间分别为2t 和t ，外力对环所做功等于环中产生的电能，即有

t r

E W 2

11=，t r

E W 222

解得4

21W W =

所以，外力对环做功比为1∶4

能量的守恒与转化

能量的转化和守恒教学设计一、课标要求： 1.通过实例了解能量及其存在的不同形式 2.能简单描述各种各样的能量和我们生活的关系 3. 通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化。二、教学重点 1. 各种形式的能的转化 2. 能量守恒定律教学难点 1.区别能量转移和能量转化 2.能量守恒定律的具体应用三、学情分析本节内容是在学生认识生活中常见的电能、机械能、光能、内能、化学能等常规能源的基础上，对生活中常见能量转化与转移进行粗略的分析与总结，学生很容易把转化的方向弄反；容易把能量守恒理解为局部的四、教学过程（一）能量的转化（1）自然界存在着多种形式的能量。（2）在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移演示1：划火柴演示2：用铁锤敲打铁丝方法点拨：在判断能量是如何转化时，可先找出是哪一种形式的能量减少了，哪一种形式的能量增加了，增加的那一种形式的能量就是由减少的那一种形式的能量转化而来的。在自然界中能量的转化也是普遍存在的。例子分析： 1. 小朋友滑滑梯； 2. 在气体膨胀做功的现象中； 3. 在水力发电中； 4. 在火力发电厂； 5. 电流通过电热器时； 6. 电流通过电动机。有关能量转化的事例同学们一定能举出许多，请同学分析课件中的图片的能量转化… （二）能量的转移演示3：把铁丝放在酒精灯上加热；运动的甲钢球撞击静止的乙钢球，甲球的机械能转移到乙球。在这种转移的过程中能量形式没有变。（三）能量守恒定律演示3：滚摆实验问：滚摆越滚越低的过程中，机械能发生了什么变化？减少的机械能到哪里去了呢？大量事实证明，在普遍存在的能量的转化和转移过程中，消耗多少某种形式的能量，就得到多少其他形式的能量。科学工作者经过长期的实践探索，直到19世纪，才确立了这个自然界最普遍的定律——能量守恒定律：… 讲解：尽管有的时候，物体某种形式的能量，可能转移到几个物体或转化成

2019版必修3第十二章电路中的能量转化

电路中的能量转化如图 12.1-3 ，当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率？功率间的关系又如何？【例题】一台电动机，线圈的电阻是0.4 Ω，当它两端所加的电压为220V 时，通过的电流是 5A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？分析本题涉及三个不同的功率：电动机消耗的电功率 P 电、电动机发热的功率 P 热和对外做功转化为机械能的功率 P 机。三者之间遵从能量守恒定律，即 P 电＝ P机＋ P热解由焦耳定律可知，电动机发热的功率为 P热＝I2R＝52×0.4W＝10W电动机消耗的电功率为 P电＝ UI＝ 220× 5W＝ 1100W 根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为 P机＝ P电－ P热＝ 1100W －10W ＝1090W 这台电动机发热的功率为10W，对外做功的功率为 1090W 。练习与应用 1.试根据串、并联电路的电流、电压特点推导：串联电路和并联电路各导体消耗的电功率与它们的电阻有什么关系？

2.电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干以后的保温状态。图 12.1-4 是电饭锅的电路图， R1是电阻， R2是加热用的电阻丝。（ 1）自动开关 S接通和断开时，电饭锅分别处于哪种状在保态？说明理由。（2 ）要使电饭锅温状态下的功率是加热状态的一半， R1R2 应该是多少？

3.四个定值电阻连成图 12.1-5 所示的电路。 RA 、 RC 的规格为 “ 10V4W ”，RB 、RD 的规格为“ 10V2W ”。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。 4.如图 12.1-6 ，输电线路两端的电压 U 为 220V ，每条输电线的电阻 R 为 5Ω，电热水器 A 的电阻 RA 为 30 Ω。求电热水器 A 上的电压和它消耗的功率。如果再并联一个电阻 RB 为 40Ω的电热水壶 B ，则电热水器和电热水壶消耗的功率各是多少？闭合电路的欧姆定律练习与应用 1.某个电动势为 E 的电源工作时，电流为 I ，乘积 EI 的单位是什么？从电动势的意义来考虑， EI 表示什么？ 2.小张买了一只袖珍手电筒，里面有两节干电池。他取出手电筒中的小灯泡，看到上面标有“ 2.2V0.25A ” 的字样。小张认为，产品设计人员的意图是使小灯泡在这两节干电池的供电下正常发光。由此，他推算出了每节干电池的内阻。如果小张的判断是正确的，那么内阻是多少？提示：串联电池组的电动势等于各个电池的电动势之和，内阻等于各个电池的内阻之和。 3.许多人造地球卫星都用太阳电池供电（图 12.2-7 ）。太阳电池由许多片电池板组成。某电池板不接负载时的电压是 600μV ，短路电流是 30 μA 。这块电池板的内阻是多少？ 4.电源的电动势为 4.5V 、外电阻为 4.0Ω时，路端电压为 4.0V 。如果在外电路并联一个 6.0Ω的电阻，路端电压是多少？如果 6.0Ω的电阻串联在外电路中，路端电压又是多少？ 5.现有电动势为 1.5V 、内阻为 1.0Ω的电池多节，准备用几节这样的电池串联起来对一个工作电压为 6.0V 、工作电流为 0.1A 的用电器供电。问：最少需要用几节这种电池？电路还需要一个定值电阻来分压，请计算这个电阻的阻值。 6.图 12.2-8 是汽车蓄电池供电简化电路图。当汽车启动S 闭合，电动机工作，车

第37课时闭合电路中的能量转化含容电路故障分析(A)

第37课时闭合电路中的能量转化含容电路故障分析（A 卷）考测点导航 1、电源的功率和效率。 ⑴功率：①电源的功率（电源的总功率）P E =EI ②电源的输出功率P 出=UI ③电源内部消耗的功率P r =I 2 r ⑵电源的效率：%100?= ε η··I U I 2、根据能量的转化和守恒定律，在闭合电路中应有，即内出总P P P += 2I I U I r ε=+··· 3、电源的输出功率（在纯电阻电路中）电源输出功率随外电阻变化的图线如图37—A--1所示，而当外电路电阻等于内电阻时，电源的输出功率最大。即r P r R m 42 ε= =时当 4、恒定电流中有关电容器问题，在中学阶段一般只研究稳态情况，电容器的“隔直”性质决定了恒定电流电路中含有电容器的支路具有断路的特点。 5、关于电路的故障的分析与排除电路出现的故障有两个原因：（1）短路；（2）断路（包括接线断或接触不良、电器损坏等情况）。一般检测故障用电压表．如果电压表示数为0,说明电压表上无电流通过，可能在并联路段之外有断路，或并联段内有短路．如果电压表有示数，说明电压表上有电流通过，则在并联段之外无断路，或并联段内无短路. 典型题点击 1、（2003江苏）在如图37—A--2所示的电路中，电源的电动势ε＝3.0V ，内阻r ＝1.0Ω，电阻R 1＝10Ω，R 2＝10Ω，R 3＝30Ω，R 4＝35Ω；电容器的电容C ＝uF ，电容器原来不带电.求接通电键K 后流过R 4的总电量。（本题主要考查闭合电路中的电容问题） 2、如图37—A--3所示理想伏特表和安培表与电阻R 1、R 2、R 3连接的电路中，已知：R 3=4Ω，安培表读数为0.75A ，伏特表读数为2V ，由于某一电阻断路，使安培表读数为0.8A ，而伏特表读数为3.2V 。(1)哪一只电阻发生断路。(2)电源电动势和内阻各为多大？（本题主要考查闭合电路的欧姆定律和故障问题的处理） 3、如图37—A--4，电源电动势=9.0V 内阻r=1.0Ω R 1=0.5Ω，求R 2 阻值多大时， (1) 电源输出的电功率最大?最大输出功率是多少? 此时效率? (2)电阻R 1的电功率最大?最大电功率是多少? (3)滑动变阻器R 2的电功率最大? 最大电功率是多少?（本题主要考查纯电阻电路的电功率的计算，注意考虑等效电源的处理） 4、在图37—A--5所示电路中，ε为电源电动势，r 为电源内阻，R 1为可变电阻，R 0、R 2、R 3、R 皆为固定电阻，当调大R 1时，试定性推论R 2、R 3、R 0及R 上的功率将如何变化？(本题主要考查电压、电流、电阻和欧姆定律，考查推理能力) 新活题网站一、选择题 1、将两个阻值不同的电阻R 1、R 2分别单独与同一电源连接，如果在相同的时间内，R 1、R 2发出的热量相同，则电源内阻为[ ] （A ） 12 2 R R + （B ）1212R R R R + （C （D ） 12 12 R R R R + （本题主要考查闭合电路的欧姆定律中的电热问题，本题还可以从U —I 图象上来理解） 2、电源的电动势和内阻都保持一定，在外电路的电阻逐渐减小的过程中，下面说法中正确的是 [ ] (A)电源的路端电压一定逐渐变小 (B)电源的输出功率一定逐渐变小 (C)电源内部消耗的功率一定逐渐变大 (D)电源的供电效率一定逐渐变小（本题主要考查闭合电路的欧姆定律中的动态变化分析问题及有关基本概念） 3、如图37—A--6所示，A 、B 两盏电灯完全相同，当滑动变阻器的滑头向左移动时，则[ ] （A ）A 灯变亮，B 灯变亮（B ）A 灯变暗，B 灯变亮（C ）A 灯变亮，B 灯变暗（D ）A 灯变暗，B 灯变暗（本题主要考查闭合电路的欧姆定律中的动态变化分析中的功率问题）图37—A--4 图37—A--1 图37—A--5 图37—A--2 图37—A--3 图37—A--6

九年级科学第三章：能量的转化与守恒知识点整理

能量的转化与守恒 1．能量转化的普遍性（1）雪山上疾驰的汽车被快速滑落下来的积雪推翻并吞没，积雪的势能转化为动能。（2）人造卫星在太空中的电能靠太阳能转化而来。（3）火山地带的热泉水向外喷出的能量多由地热能转化而来。（4）青蛙从地上跃起，捕捉害虫的能量是由生物质能转化的。大量事实表明，自然界中各种形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移。所谓“消耗能量”“应用能量”或者“获得能量”，实质上就是能量相互转化或转移过程。能量转化是一个普遍的现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。 2．能量的转化和转移各种能量之间都可以相互转化，同种能量在不同的物体上可以发生转移。（1）胶片感光成像——光能转化为化学能；（2）激光切割金属——光能转化为内能；（3）特技跳伞——机械能转化为内能；（4）水电站发电——机械能转化为电能；（5）植物生长需要阳光——太阳能转化为生物质能（生物化学能）（6）森林火灾——化学能转化为内能；（7）后面的球将前面的球装走——后面球的动能转移到前面的球上；（8）热传递——内能从一个物体转移到另一个物体上。 3．识别能量转化和转移的方法（1）从能的形式变化上辨别能量的转化和转移：如果某物体有能量增减，并且在增减过程中能的形式发生了变化，这个过程就是能的转化过程。如果某物体的能量有增减，且在增减过程中能的形式没有发生变化，这个过程是能量转移的过程。（2）识别物体的能量转化成了什么能量时，首先要确定物体原来具有什么能量，后来哪些能量有增减，再依据现象分析减少的能量到哪儿去了，增加的能量从哪儿来。 4．能量广泛地联系着各种自然现象（1）摩擦生热：摩擦属于机械运动，生热与热现象有关，这是机械运动和热现象之间的练习。（2）电灯发光：电灯与点现象有关，发光与光、热现象有关，这是电现象与光、热现象之间的联系。（3）电池供电：电池供电是电池内部发生化学反应，这是化学现象与电现象之间的联系。电动机是利用电来使物体运动，这充分体现了电现象与机械运动之间的联系。各种自然现象都存在着相互联系，这些联系都依存着能量的转化和转移。 5．功：能量转化多少的量度

《能的转化与能量守恒》教案

沪科九下《20.1 能量的转化与守恒》教学设计1★★★★ 一、课标要求 1.通过实例了解能量及其存在的不同形式。能说出一些常见的能量名称，知道自然界有多种形式的能量。 2.知道能量守恒定律。知道永动机不可能制成。并能自觉利用能量守恒定律分析有关问题。 3.能解释一些常见现象中的能量转化问题。 4.能独立或采取合作的形式完成实验探究内容。二、教学重难点：重点：通过实例了解能量及其存在的不同形式，能说出一些常见的能量的名称，知道自然界有多种形式的能量。难点：理解能量守恒定律。三、课时安排：一课时四、教学准备：电灯泡、能量的转化实验装置、单摆五、教学设计：引言：金属的冶炼、机器的运转、汽车火车等交通工具的行驶，都需要能量。日常生活中的烧饭、取暖、照明等也需要能量。煤、石油、天然气在燃烧时可以提供能量，它们是能源；水流和凤可以提供能量，它们也是能源，在自然界和生活中，能量以多种形式展现着。

六、板书设计：第一节能量的转化与守恒 1.能的存在形式：机械能、电磁能、内能、化学能和核能等。化学能：是由于化学反应，物质的分子结构变化而产生的能量。核能：是由于核反应，物质的原子核结构发生变化而产生的能量。 2.能量的转移和转化 3.能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能的总量保持不变。

七、教学反思：八、教学参考 1、能量和能量守恒定律世界是由运动的物质组成的，物质的运动形式多种多样，并区不断相互转化．正是在研究运动形式转化的过程中，人们逐渐建立起了功和能的概念．能是物质运动的普遍量度，而功是能量变化的量度．这种说法概括了功和能的本质，但哲学味道浓了一些．在物理学中，从19世纪中叶产生的能量定义：“能量是物体做功的本领”，一直延用至今．但近年来不论在国外还是国内，物理教育界却对这个定义是否妥当展开过争论．于是许多物理教材，例如现行的中学教材，都不给出能量的一般定义，而是根据上述定义的思想，即物体在某一状态下的能量，是物体由这个状态出发，尽其所能做出的功来给出各种具体的能量形式的操作定义（用量度方法代替定义）．能量概念的形成和早期发展，始终是和能量守恒定律的建立过程紧密相关的．由于对机械能、内能、电能、化学能、生物能等具体能量形式认识的发展，以及它们之间都能以一定的数量关系相互转化的逐渐被发现，才使能量守恒定律得以建立．这是一段以百年计的漫长历史过程．随着科学的发展，许多重大的新物理现象，如物质的放射性、核结构与核能、各种基本粒子等被发现，都只是给证明这一伟大定律的正确性提供了更丰富的事实．尽管有些现象在发现的当时似乎形成了对这一定律的冲击，但最后仍以这一定律的完全胜利而告终．能量守恒定律的发现告诉我们，尽管物质世界千变万化，但这种变化决不是没有约束的，最基本的约束就是守恒律．也就是说，一切运动变化无论属于什么样的物质形式，反映什么样的物质特性，服从什么样的特定规律，都要满足一定的守恒律．物理学中的能量、动量和角动量守恒，就是物理运动所必须服从的最基本的规律．与之相较，牛顿运动定律、麦克斯韦方程组等都低了一个层次． 2、能量守恒定律的发现能量守恒定律的发现(discovery of conserva—tionlaw of energy) 是19世纪物理学发展中的一项极其重大的科学发现。该定律是在5个国家、由各种不同职业的10余位科学家从不同侧面各自独立发现的。其中迈尔、焦耳、亥姆霍兹对发现能量守恒定律作出了主要贡献。迈尔的工作德国医生迈尔最早是从人体新陈代谢的研究中得出这个重要发现的。 1840年，年仅26岁的迈尔在一艘驶往爪哇的船上作随船医生，他在给生病的船员放血时，发现病人的静脉血比在欧洲时的颜色要红些，由此引起他的沉思。他想到热带地区人的静脉血所以红些，是由于其中含氧量较高的缘故，而氧所以多出来，是机体中食物的燃烧过程减弱的结果。这使他联想到食物中化学能与热能的等效性，由此推测如果人体的能的输入同支出是平衡的，那么所有这些形式的能在量上就必定是守恒的。1842年，迈尔发表了题为《论无机界的力》的论文，进一步表达了物理化学过程中能量守恒的思想，并提出了建立不同的力之间数值上的当量关系的必要性。焦耳的工作英国物理学家焦耳极力想从实验上去证明能量的不灭。1840一1841年，经过多次通电导体产生热量的实验，他发现电能可以转化为热能。1843年，他钻研并

变化的电场和磁场教案

河北职业技术师范学院教案编号理论 2003——2004学年度第一学期系（部）数理系教研室物理教研室任课教师高忠明课程名称大学物理学授课章节：第七章

楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的具体表现二法拉第电磁感应定律： 1.约定：有一个闭合回路l ，任选一个方向作为回路绕行的正方向。回路所围曲面S 的法向n 取回路正方向的右手螺旋方向，通过回路所围的任何一个曲面上的磁通量Φ都相等，与曲面的选取无关，简称为回路中的磁通量。 2.定律表述：当回路l 中的磁通量Φ变化时，在回路上产生的感应电动势为 dt d Φ ε- = 法拉第电磁感应定律中的负号，代表着对感应电动势方向的判定，是楞次定律的数学表示。对于线圈，全磁通i ΦΦ∑= 例1图例1 如图12-7所示，一长直电流I 旁距离r 处有一与电流共面的圆线圈，线圈的半径为R 且R<< r 。就下列两种情况求线圈中的感应电动势。 (1) 若电流以速率 dt dI 增加； (2) 若线圈以速率v 向右平移。解穿过线圈的磁通量为 r IR R r I BS 22202 0μππμΦ= ?== (1) 按法拉第电磁感应定律，线圈中的感应电动势大小为 dt dI r R r IR dt d dt d ?=??? ? ??= =222020μμΦε 由楞次定律可知，感应电动势为逆时针方向。 (2) 按法拉第电磁感应定律 dt dr r IR r dt d IR r IR dt d dt d 2202020121121 2?=?=??? ? ??= =μμμΦε 由于v dt dr =，故 2 202r v IR με= 由楞次定律可知，感应电动势为顺时针方向。

闭合电路中的能量转化

闭合电路中的能量转化教学目标 1．理解电路中的能量转化情况，即在电路中哪部分发生由什么能转化成什么能的问题．加深对能的转化和守恒定律的认识． 2．掌握分析、计算电路中功率及能量的转化的方法．教学重点、难点分析 1．对电路中各部分做功情况（什么力做功）、能量转换情况（什么能之间的转化）的分析、理解． 2．认清电源输出功率与效率的联系与区别． 3．对非纯电阻电路中能量转化问题的理解、应用．教学过程设计教师活动一、电路中的功与能能的转化和守恒定律是自然界普遍适用的规律．在电路中能量是怎么转化的？请参照图3-4-1所示电路回答并举例．学生活动答：电源是把其它能转化为电能的装置．内阻和用电器是电能转化为热能等其它形式能的装置．如化学电池将化学能转化成电能，而电路中发光灯泡是将电能转化成光、热能．对于一个闭合电路，它的能量应该是守恒的，但又在不同形式间转化，通过什么方式完成呢？（请结合电动势和电压的定义回答）

答：做功．在电源部分，非静电力做正功W非=q ，将其它形式的能转化成电能．而内阻上电流做功，将电能转化成内能W内=qU′（U′为内阻上的电势降），在外电路部分，电流做功W外=qU（U为路端电压），电能转化成其它形式的能．这些功与能量间的定量关系如何？总结：可见，整个电路中的能量循环转化，电源产生多少电能，电路就消耗多少，收支平衡．答：W非=W内+W外或q =qU′+qU 二、电功与电热这部分知识初中学过，可以列出一些问题，让学生回答，教师补充说明即可．如图3-4-2所示，用电器两端电压U，电流I．回答：（1）时间t内，电流对用电器做功；（2）该用电器的电功率；（3）若用电器电阻为R，时间t内该用电器产生的热量；（4）该用电器的热功率；（5）电功与电热是否相等？它们的大小关系如何？为什么？答：（1）W=UIt （2）P=W/t=UI （3）Q=I2Rt（焦尔定律）（4）P热=Q/t=I2R （5）若电路为纯电阻电路，则

物理人教版八年级下册能量守恒和能量的转移和转化中考复习

一、能量守恒、能量的转移和转化 1.电动机和汽油机是生活常见的机器，请你完成下列能量流动图；（1）某电动机消耗了1000J的电能，若电动机有180J的内能损耗，则有______ 2.在上题例子中，的机械能输出；（2）若汽油机在工作过程中，有1800J的机械能输出，同时有6200J的内能损耗，则燃料燃烧释放的内能有_________ J 3.生活中很多时候我们会使用充电宝，当充电宝给电子产品充电时，相当于________（选填用电器或电源），而给充电宝充电时，相当于________（选填用电器或电源），请完成下列能量流动图二、能量转移和转化的效率 4.白炽灯正常工作时是把电能先转化为_______能，这些能量一部分在转化光能。若白炽灯正常工作时功率为50W，工作了20s，其中获得了150J的光能，求：（1）白炽灯消耗了多少电能？（2）白炽灯的发光效率η为多少？ 5.如图所示，某同学利用一个电动机（M）来提升一个重为2N的物体，电动机匀速提升物体至30cm的高度，若电动机正常工作的电压为3V，电流为0.2A，提升物体用了2s，则求：（1）在上升过程中，物体的动能______（本题三个空均选填变大、变小和不变），重力势能_____，机械能______ （2）电动机消耗的电能是多少？（3）电动机对物体做了多少功？（4）电动机机械效率是多少？（5）电动机的功率是多少？

6.如图所示，为内燃机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为_____。已知汽油的热值为4.6X107J/kg，完全燃烧了0.5kg的汽油，按照该内燃机的效率机选，汽车获得的机械能是___________ J。（1）其他大量散失的能量________（选填“能”或“不能”）自动汇集起来转化为燃料的化学能，这说明能量的转化和转移是有______的。（2）请你写出一条可能增加内燃机工作效率的方法___________________________________。（3）若汽车在水平面上匀速运动了10km，用时0.4h，则发动机提供的牵引力为多少？ 7.小明购买的充电宝的说明书上印有“输出电压为5V，容量为20000mA·h”。充电宝的电消耗完了以后，小明想测量一下充电宝的充电效率，于是，小明把家里面其他用电器都断开了，然后将充电宝连入电路开始充电，一开始电能表的示数为，10个小时后，完成充电，电能表的示数变为。求：①该充电宝存储的电量为多少焦耳？ ②充电过程中，消耗了多少电能？③充电宝的充电效率为多少？

热力学定律与能量守恒定律

第3讲热力学定律与能量守恒定律一、热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式 (1)做功；(2)热传递. 2.热力学第一定律 (1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和. (2)表达式：ΔU＝Q＋W. (3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则：自测1一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104J，气体内能减少 1.3×105 J，则此过程() A.气体从外界吸收热量2.0×105 J B.气体向外界放出热量2.0×105 J C.气体从外界吸收热量6.0×104 J D.气体向外界放出热量6.0×104 J 答案 B 二、热力学第二定律 1.热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体. (2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响.或表述为“第二类永动机是不可能制成的.” 2.用熵的概念表示热力学第二定律在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小. 3.热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行.

4.第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律. 自测2教材P61第2题改编(多选)下列现象中能够发生的是() A.一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热 B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能 C.桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离 D.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体答案CD 三、能量守恒定律 1.内容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另一种形式，或者是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.条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的. 3.第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律. 自测3木箱静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到地面的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能E k分别是(空气阻力不计)() A.U＝200 J，E k＝600 J B.U＝600 J，E k＝200 J C.U＝600 J，E k＝800 J D.U＝800 J，E k＝200 J 答案 B 解析U＝F f x＝60×10 J＝600 J E k＝F·x－U＝80×10 J－600 J＝200 J 命题点一热力学第一定律的理解和应用 1.热力学第一定律的理解 (1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析. (2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正. (3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0. (4)如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化.

能量和能量守恒定律

能量和能量守恒定律能量和能量守恒定律世界是由运动的物质组成的，物质的运动形式多种多样，并在不断相互转化正是在研究运动形式转化的过程中，人们逐渐建立起了功和能的概念能是物质运动的普遍量度，而功是能量变化的量度。这种说法概括了功和能的本质，但哲学味道浓了一些在物理学中，从19世纪中叶产生的能量定义：“能量是物体做功的本领”，一直延用至今但近年来不论在国外还是国内，物理教育界却对这个定义是否妥当展开过争论于是许多物理教材，例如现行的中学教材，都不给出能量的一般定义，而是根据上述定义的思想，即物体在某一状态下的能量，是物体由这个状态出发，尽其所能做出的功来给出各种具体的能量形式的操作定义（用量度方法代替定义）。能量概念的形成和早期发展，始终是和能量守恒定律的建立过程紧密相关的由于对机械能、内能、电能、化学能、生物能等具体能量形式认识的发展，以及它们之间都能以一定的数量关系相互转化的逐渐被发现，才使能量守恒定律得以建立这是一段以百年计的漫长历史过程随着科学的发展，许多重大的新物理现象，如物质的放射性、核结构与核能、各种基本粒子等被发现，都只是给证明这一伟大定律的正确性提供了更丰富的事实尽管有些现象在发现的当时似乎形成了对这一定律的冲击，但最后仍以这一定律的完全胜利而告终。能量守恒定律的发现告诉我们，尽管物质世界千变万化，但这种变化决不是没有约束的，最基本的约束就是守恒律也就是说，一切运动变化无论属于什么样的物质形式，反映什么样的物质特性，服从什么样的特定规律，都要满足一定的守恒律物理学中的能量、动量和角动量守恒，就是物理运动所必须服从的最基本的规律与之相较，牛顿运动定律、麦克斯韦方程组等都低了一个层次。

第二章 6 焦耳定律电路中的能量转化

6 焦耳定律电路中的能量转化一、电功电功率 1．电功 (1)定义：电场力移动电荷所做的功，简称电功． (2)公式：W ＝UIt ，此式表明电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U 与电路中的电流I 和通电时间t 三者的乘积． (3)单位：焦耳，符号是J. 常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h ＝3.6×106 J. (4)电流做多少功，就表示有多少电能转化为其他形式的能． 2．电功率 (1)电流所做的功与做这些功所用时间的比值叫做电功率，它在数值上等于单位时间内电流所做的功． (2)公式：P ＝W t ＝UI . (3)单位：瓦特，符号是W,1 W ＝1 J/s. 二、焦耳定律热功率 1．焦耳定律 (1)内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比． (2)表达式：Q ＝I 2Rt . 2．热功率 (1)定义：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值．它在数值上等于单位时间内电阻通电所产生的热量． (2)表达式：P 热＝I 2R . (3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量．三、电路中的能量转化 1．电源是把其他形式的能转化为电能的装置．电源提供的能量一部分消耗在外电路上，电能转化为其他形式的能；一部分消耗在内电路上，电能转化为内能． 2．能量关系：电源提供的能量等于内、外电路消耗的能量之和，即：EIt ＝UIt ＋I 2rt . 功率关系：电源提供的电功率等于内、外电路消耗的电功率之和，即：EI ＝UI ＋I 2r . 对于外电路是纯电阻的电路，其能量关系和功率关系分别为：EIt ＝I 2Rt ＋I 2rt ，EI ＝I 2R ＋I 2r . 当外电路短路时：I 0E ＝I 02r ，即发生短路时，电源释放的能量全部在内电路上转化成内能，这种状态很危险．

变化的磁场习题

第 8 章变化的电磁场
一、选择题
1. 若用条形磁铁竖直插入木质圆环, 则在环中是否产生感应电流和感应电动势的判断是
[ ] (A) 产生感应电动势, 也产生感应电流
(B) 产生感应电动势, 不产生感应电流
N
S
(C) 不产生感应电动势, 也不产生感应电流
(D) 不产生感应电动势, 产生感应电流
2．关于电磁感应, 下列说法中正确的是 [ ] (A) 变化着的电场所产生的磁场一定随时间而变化
(B) 变化着的磁场所产生的电场一定随时间而变化 (C) 有电流就有磁场, 没有电流就一定没有磁场 (D) 变化着的电场所产生的磁场不一定随时间而变化
T 8-1-1 图
3. 在有磁场变化着的空间内, 如果没有导体存在, 则该空间 [ ] (A) 既无感应电场又无感应电流
(B) 既无感应电场又无感应电动势 (C) 有感应电场和感应电动势 (D) 有感应电场无感应电动势
4. 在有磁场变化着的空间里没有实体物质, 则此空间中没有
[ ] (A) 电场
(B) 电力
(C) 感生电动势
(D) 感生电流
5. 两根相同的磁铁分别用相同的速度同时插进两个尺寸完全相同的木环和铜环内, 在同一时刻, 通过两环包围面积的磁通量 [ ] (A) 相同
(B) 不相同, 铜环的磁通量大于木环的磁通量 (C) 不相同, 木环的磁通量大于铜环的磁通量 (D) 因为木环内无磁通量, 不好进行比较
r 6. 半径为 a 的圆线圈置于磁感应强度为r B 的均匀磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，线圈电阻为 R．当把线圈转动使其法向与 B 的夹角α = 60o 时，线圈中通过的电量与线圈
面积及转动的时间的关系是
[ ] (A) 与线圈面积成反比，与时间无关 (B) 与线圈面积成反比，与时间成正比 (C) 与线圈面积成正比，与时间无关 (D) 与线圈面积成正比，与时间成正比
7. 一个半径为 r 的圆线圈置于均匀磁场中, 线圈平面与磁场方向垂直, 线圈电阻为 R．当线圈转过 30°时, 以下各量中, 与线圈转动快慢无关的量是
1

能量守恒定律与能源知识点

能量守恒定律与能源知识点一、能量的转化与守恒 1.化学能：由于化学反应，物质的分子结构变化而产生的能量。 2.核能：由于核反应，物质的原子结构发生变化而产生的能量。 3.能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能的总量保持不变。 ●内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。即E机械能1+E其它1=E机械能2+E其它2 ●能量耗散：无法将释放能量收集起来重新利用的现象叫能量耗散，它反映了自然界中能量转化具有方向性。二、能源与社会 1.可再生能源：可以长期提供或可以再生的能源。 2.不可再生能源：一旦消耗就很难再生的能源。 3.能源与环境：合理利用能源，减少环境污染，要节约能源、开发新能源。三、开发新能源 1.太阳能

2.核能 3.核能发电 4、其它新能源：地热能、潮汐能、风能。能源的分类和能量的转化能源品种繁多，按其来源可以分为三大类：一是来自地球以外的太阳能，除太阳的辐射能之外，煤炭、石油、天然气、水能、风能等都间接来自太阳能;第二类来自地球本身，如地热能，原子核能(核燃料铀、钍等存在于地球自然界);第三类则是由月球、太阳等天体对地球的引力而产生的能量，如潮汐能。【一次能源】指在自然界现成存在，可以直接取得且不必改变其基本形态的能源，如煤炭、天然气、地热、水能等。由一次能源经过加工或转换成另一种形态的能源产品，如电力、焦炭、汽油、柴油、煤气等属于二次能源。【常规能源】也叫传统能源，就是指已经大规模生产和广泛利用的能源。表2-1所统计的几种能源中如煤炭、石油、天然气、核能等都属一次性非再生的常规能源。而水电则属于再生能源，如葛洲坝水电站和未来的三峡水电站，只要长江水不干涸，发电也就不会停止。煤和石油天然气则不然，它们在地壳中是经千百万年形成的(按现在的采用速率，石油可用几十年，煤炭可用几百年)，这些能源短期内不可能再生，因而人们对此有危机感是很自然的。

闭合电路中的功率及效率问题

闭合电路中的功率及效率问题 1．电源的总功率 (1)任意电路：P总＝EI＝U外I＋U内I＝P出＋P内．(2)纯电阻电路：P总＝I2(R＋r)＝ E2 R＋r . 2．电源内部消耗的功率：P内＝I2r＝U内I＝P总－P出．3．电源的输出功率 (1)任意电路：P出＝UI＝EI－I2r＝P总－P内． (2)纯电阻电路：P出＝I2R＝ E2R (R＋r)2 ＝ E2 (R－r)2 R＋4r . (3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系 ①当R＝r时，电源的输出功率最大为P m＝E2 4r. ②当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小． ③当R

能量守恒原理与能量贬值原理

第一章能量守恒原理与能量贬值原理能量守恒定律是1830～1850年间由十几位科学家各自独立地提出的。在19世纪初，随着当时工业革命的日益发展，涌现出一批有远见，勇于创新精神的科学家，其中做出杰出贡献的有迈尔、焦耳、亥姆霍兹。这三者对能量守恒定律的发现做出了重要贡献。能量在量方面的变化，遵循自然界最普遍、最基本的规律，即能量守恒定律。能量守恒定律指出：“自然界的一切物质都具有能量，能量既不能创造也不能消灭，而只能从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在能量转换和传递过程中能量的总量恒定不变”。能源在一定条件下可以转换成人们所需要的各种形式的能量。例如，煤燃烧后放出热量，可以用来取暖；可以用来生产蒸汽，推动蒸汽机转换为机械能，推动汽轮发电机转变为电能。电能又可以通过电动机、电灯或其它用电器转换为机械能、光能或热能等。又如太阳能，可以通过聚热气加热水，也可以产生蒸汽用以发电；还可以通过太阳能电池直接将太阳能转换为电能。当然，这些转换都遵循能量守恒定律。另外，运动是多种多样的，就其运动形态而论，运动可分为有序运动和无序运动，因此能量也可分为有序能和无序能。一切宏观整体运动的能量和大量电子定向运动的电能都是有序能；而物质内部分子杂乱无章的热运动所具有的能量是无序能。根据热力学第二定律，有序能可以完全地、无条件地转换为无序能，但无序能不能自动地全部转化为有序能，无序能不能全部被利用，总有一部分要转移到环境中去，无序能转换为有序能是有条件的、不完全的。因此能量的转换特性，导致了能量不仅有"量"的多少，还有"质"的高低。自发进行的能量转换过程是有方向性的，当能量转换或传递过程中有无序能参与时就会产生转换的方向性和不可逆问题。因此可以说有序能比无序能更有价值。具有更高的品质。有一种普遍的自然现象：摩擦生热。由于摩擦机械能转换为热能，即有序能转换为无序能。能量的转化从量级上看没有变化，但从品质上看却降低了，即它的使用价值变小了，能量使用价值的降低称为能量贬值。摩擦使高品质能量贬值为低品质能量。能量贬值是自然界的普遍现象。一、能量守恒原理 19世纪中叶发现的能量守恒定律是自然科学中十分重要的定律。它的发现

电路中的能量转化-教案

电路中的能量转化【教学目标】 1．理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。 2．理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。 3．知道电功率和热功率的区别和联系。 4．通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养分析、推理能力。【教学重点】 … 电功和电热的计算。【教学难点】电流做功的表达式的推导，纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化过程中的区别。【教学过程】一、创设情景，导入新课教师：用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量，请同学们列举生活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况。学生举例： 1．电灯将电能转化为内能和光能。》 2．电炉将电能转化为内能。 3．电动机将电能转化为机械能。 4．电解槽将电能转化为化学能。教师：用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程。电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢本节课我们学习关于电功和电功率的知识。二、新课教学（一）电功和电功率请同学们思考下列问题：（1）电场力的功的定义式是什么 * （2）电流的定义式是什么

答：电场力的功的定义式W=WW。电流的定义式W=W W 如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I。在时间t通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少这相于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，电场力做了多少功电场力做功的功率是多少这些公式分别用语言怎么描述 ? 教师讲解：在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量W=WW 在这一过程中，电场力做的功W=WW=WWW =WW 电场力做功的功率为W=W W 电功：电流在这一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I 和通电时间t三者的乘积。电流做功的功率等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I的乘积。在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号J。 % 电功常用单位是千瓦时，俗称“度”，符号是kW·h. 1kW·h表示功率为1kW的用电器正常工作1h所消耗的电能。 1kW·h=1000W×3600s=×106J 利用电功率的公式W=WW计算时，电压U的单位：V，电流I的单位：A，电功率P的单位就是W。总结如下： 1．电功（W）（1）表达式：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即W=WWW。

焦耳定律电路中的能量转化教案(教科版选修31)

6焦耳定律电路中的能量转化 (教师用书独具) ●课标要求 1．知道焦耳定律． 2．了解焦耳定律在生活和生产中的应用． ●课标解读 1．了解用电器的作用是把电能转化为其他形式的能． 2．理解电功、电功率的概念、公式、物理意义．了解实际功率和额定功率． 3．理解焦耳定律，会根据焦耳定律计算用电器产生的电热．了解电功和电热的关系．了解公式Q＝I2Rt(P＝I2R)、Q＝U2t/R(P＝U2/R)的适用条件． 4．知道非纯电阻电路中电能与其他形式能的转化关系，电功大于电热．能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题． ●教学地位本节知识是本章的重点，也是难点，其中电路中的功率问题分析也是高考命题的热点． (教师用书独具) ●新课导入建议日常生活中，我们经常要用到各种家用电器，例如用电熨斗熨衣服、用电热器烧水、取暖、用电风扇乘凉等．那么电热器烧水时是电能转化为哪种形式的能？电风扇乘凉时又是电能转化为哪种形式的能？能量转化过程中又有什么规律呢？带着这些问题，进入今天的学

习． ●教学流程设计课前预习安排： 1．看教材2.填写【课前自主导学】(同学之间可进行讨论)步骤1：导入新课，本节教学地位分析步骤2：老师提问，检查预习效果(可多提问几个学生)步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路) 步骤7：师生互动完成“探究3”(方式同完成“探究1”相同)步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)步骤5：让学生完成【迁移应用】检查完成情况并点评步骤4：教师通过例题讲解电功能和电热的区别步骤8：完成“探究4”(重在讲解规律方法技巧)步骤9：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况步骤10：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】

LED 的能量转换与能量守恒

LED 的能量转换与能量守恒之前我已多次谈到LED 热量产生原因【1】【2】【3】，我并没有敢大胆预言光能会大于电能的现象，最近看了一篇资讯【4】，这个现象已经被实验验证了。这篇资讯中讲到，“在实验中，研究人员减少了LED 的输入功率，仅30皮瓦，而测量到输出达69皮瓦的光量，效率高达230%”。很多人都会质疑— —能量不守恒？在资料【1】【2】【3】中我都讲解了LED 的发光机理，LED 的光能并不是电能直接转换得到的，光子的能量大小与电子在电场中获得的动能是无关的，只是与禁带宽度有关。电子在通过PN 结时势能提高，并非是外电场给了它更多的动能——导体中任何一处自由电子在外电场作用下定向移动的速度都不可能比其它地方的自由电子的定向移动速度快！否则就会产生某处自由电子多，某处自由电子少的现象。电子通过PN 结的动能没有比其它处电子的动能大，势能提高这部分能量来自哪里？是电子从原子核处获得的！事实上，大家应该明白一个道理，电子的势能是相对原子核的。原本要受原子核束缚的电子，要远离原子核提高自己的势能，只能是原子核给予，或者说原子核失去能量。原子核失去能量的结果，使自身的振动减弱，宏观表现就是温度降低。我这么说，大家不免又要问了：你说温度降低，可是为什么LED 会有那么大的热量？这不矛盾。由于有电能转化的热能，弥补了这部分能量。并且由于结构上的因素，通常情况下我们不能感到温度降低的现象。这个现象，我想通过半导体致冷器的例子来讲，大家或许会明白。半导体制冷器的原理结构如图1所示。当着电流由N 型流向P 型时，半导体制冷的放热端和吸热端如图1所示。电子随电流运动时能级的变化示意图见图1下图。如果将电流的方向反过来，则放热端和吸热端也将调换。半导体致冷器的吸热和大于电流焦耳热的放热，是由于电子通过两种导体的接面时能级发生改变而产生的。电子在冷端从P 型进入金属时，由低能级跃入高能级，从原子核吸收了能量，原子核又从外界环境吸收能量，造成外界温度降低。当电子从金属进入N 型半导体材料中，由低能级跃入高能级，从原子核吸收了能量，原子核又从外界环境吸收能量，造成外界温度降低。而在放热端，电子由金属进入P 型材料，由高能级落入低能级，释放出多余的能量；电子有N 型材料电子能级金属金属吸热金属图 1 金属进入金属，也是由高能级落入地能级，放出多余的能量。从宏观效果上看，可以简单地比喻为，通过电子的移动，将在冷端吸收的能量“搬”到了热端释放。所以，在由半导体致冷器、电源、致冷器外界环境构成的系统中，参与整个过程的能量态有：电能、焦耳热、原子核振动能和环境热量。只有在这个系统中，才能看到能量守恒。如果抛开外界环境，只看到半导体致冷器和电源，就无法解释能量守恒。根据理论分析，电流减小，致冷效率提高。当着电流小于某个值时，致冷效率就会大于100％，即产冷功率大于电功率。这不仅仅是理论，实际的测试也是如此。半导体致冷器的这种现象，其理论就是帕尔贴效应，更进一步就是能级理论。帕尔贴效应和能级理论不是只对半导体材料才有效，而是对任何两种不同的导体都有效。同样是这样的P 型和N 型材料，如果我们不是以图1的方式连接，而是采用图2的方式连接，通常情