新教材2021-2022学年高中物理人教版必修第三册配套课件：第12章(付)

1.电路中的能量转化第十二章2022内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.通过实例分析,理解电能向其他形式的能转化是通过电流做功来实现的,加深对功与能量转化关系的认识。(物理观念)2.通过推导电功公式与焦耳定律,理解电功、电功率和焦耳定律,能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象。(科学思维)3.从能量的转化和守恒的角度分析非纯电阻电路中的能量转化,理解电功与电热的区别与联系。(物理观念)4.联系生活中的电风扇、空调、电动机等电器设备,体会能量转化与守恒思想,增强理论联系实际的意识。(科学态度与责任)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、电功和电功率1.电流做功的实质导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。电流做功把电能转化为其他形式的能。2.电功(1)定义: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、通电

时间t三者的乘积。(2)公式:W=Uq=Uit。(3)单位:焦耳

,符号

J。3.电功率(1)物理意义:表示电流做功快慢的物理量。(2)定义:电流在一段电路中做功的功率P等于这段电路两端的

电压U与电流I的乘积。(3)公式:=UI。(4)单位:瓦特,符号:W。二、焦耳定律1.焦耳定律(1)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。(2)表达式:Q=I2Rt。2.电热功率(1)定义:电流在单位时间内的发热量通常称为电热功率。(2)表达式:P热=I2R。三、电路中的能量转化想一想我们在生活中会经常观察到这样的现象:玩具车、电风扇、电动机等正常工作时会平稳运行很长时间,然而一旦被卡住就会大量发热,甚至可能烧毁。试分析这种现象产生的原因。提示

这些用电器工作时电能只有一部分转化为内能,一旦被卡住,电能全部转化为内能,释放大量的热量。以电动机为例,设电动机消耗的功率为P电,电动机对外做功,输出的功率为P机,另外,电动机工作时自身也有能量损失,对应的功率为P损,它们之间满足P电=P机+P损。设电动机两端的电压为U,通过电动机线圈的电流为I,电动机线圈的电阻为R,P电=UI,P损=P热=I2R,P机=UI-I2R。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)电功与电能的单位都是焦耳,电功就是电能。(

)答案

×解析

电功是过程量,电能是状态量,两者只是单位相同,有本质的区别,电能的变化要依靠电流做功来实现,电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。(2)电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多。(

)答案

×解析

电功率公式为P=UI,功率越大,表示电流做功越快。但是电流做功的快慢只表示电能转化的快慢,转变成什么能与用电器有关,转化的多少与时间有关。(3)电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。(

)答案

√(4)电功率越大,表示电流做功越多。(

)答案

×解析

电功率表示电流做功的快慢,电功率大,表示电流做功快,但做功不一定多。(5)W=UIt适用于任何电路求电功。(

)答案

√(6)Q=I2Rt适用于任何电路求热量。(

)答案

√2.R1和R2分别标有“2Ω

1.0A”和“4Ω

0.5A”,将它们串联后接入电路中,如图所示,则此电路中允许消耗的最大功率为(

)A.1.5W B.3.0W C.5.0W D.6.0W答案

A解析

把R1和R2串联后,由于R2的最大电流较小,故串联后的最大电流为

0.5

A,串联后的总电阻为6

Ω,所以电路的最大功率为P=I2R=0.52×6

W=1.5

W,A正确。3.(多选)一只电炉的电阻丝电阻和一台电动机线圈电阻相同,都为R,设通过的电流相同,则(在相同时间内)下列说法正确的是(

)A.电炉和电动机产生的电热相等B.电动机消耗功率大于电炉消耗功率C.电炉两端电压小于电动机两端电压D.电炉和电动机两端电压相等答案

ABC解析

因为电热Q=I2Rt,所以当电流I、电阻R都相等时,在相同时间内产生的电热也相等;电炉两端的电压U=IR,但电动机两端的电压除了发热还要工作,即U=IR+U',所以电炉两端电压小于电动机两端电压,由P=UI可知电动机消耗功率大于电炉消耗功率。课堂篇探究学习探究一对电功的理解及串、并联电路中的电功率【情境导引】用电炉烧水时,炉盘内的电炉丝被烧得通红,产生大量的热,而连接电炉的导线却不怎么热,这是什么原因?要点提示

通电导线跟电炉丝是串联在一起的,通过它们的电流相等,而电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线的电阻要大得多。由焦耳定律Q=I2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多。【知识归纳】1.对电功的理解(1)从力的角度看,电流做功的实质是静电力对自由电荷做功。(2)从能的角度看,电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程,电功的大小量度了电能的减少量,标志着电能转化为其他形式的能的多少。(3)电功W=UIt=qU对任何电路都适用。2.串、并联电路中的电功率

项目串联电路并联电路特点电流相同I1=I2电压相同U1=U2电功率计算公式P=I2R功率关系总功率P=P1+P2+…+PnP=P1+P2+…+Pn要点笔记

(1)求解串、并联电路中的功率分配问题,比例法求解会使问题简化,但一定要确定是正比关系还是反比关系。(2)当分析用电器的功率问题时,一定要注意用电器的安全,不要超过用电器的额定电压、额定电流。【典例示范】例1一根电阻丝,通过2C的电荷量所消耗的电能是8J。若在相同的时间内通过4C的电荷量,该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是(

)A.4V,16J B.8V,16JC.4V,32J D.8V,32J答案

D解析

设电阻丝电阻为R,开始所加电压为U1,则W1=q1U1,故U1=4

V。设后来所加电压为U2,消耗的电能为W2,则W2=q2U2=4×8

J=32

J。变式训练1有额定电压都是110V,额定功率PA=100W、PB=40W的电灯两盏,接在电压是220V的电路上,使两盏电灯均能正常发光且电路中消耗功率最小的电路是(

)答案

C解析

对灯泡有

,可知RA<RB,对于A电路,由于RA<RB,所以UB>UA,则有UB>110

V,B灯被烧毁,A错误;对于B电路,由于RB>RA,A灯又并联变阻器,并联电阻更小于RB,所以UB>U并,B灯被烧毁,B错误;对于C电路,B灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UA=UB=110

V,两灯可以正常发光;对于D电路,若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻,则UA=UB=110

V,两灯可以正常发光;比较C、D两个电路,由于C电路中变阻器功率为(IA-IB)×110

V,而D电路中变阻器功率为(IA+IB)×110

V,所以C电路消耗电功率最小。探究二焦耳定律【情境导引】电吹风工作时,将电能转化为什么能?电风扇工作时,将电能转化为什么能?电熨斗工作时,将电能转化为什么能?要点提示

电吹风和电风扇工作时,将电能一部分转化成内能,另一部分转化成机械能;电熨斗工作时,将电能全部转化成内能。【知识归纳】1.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较比较对象纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件,只能把电能转化为内能除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器欧姆定律是否适用欧姆定律适用,欧姆定律不适用,U>IR或能量转化电流做功,电能全部转化为内能电流做功,电能除转化为内能外还要转化为其他形式的能元件举例电阻、电炉丝、白炽灯等电动机、电解槽等2.电功与电热的比较

比较对象电功电热电功与电热的实质电功实质是静电力移动电荷做的功,W=qU=UIt电热实质是电流由于热效应,通过导体时发的热,Q=I2Rt比较对象电功电热电功与电热的联系与区别纯电阻电路

电流做功全部转化为内能:W=Q=UIt=I2Rt=t非纯电阻电路

电流做功转化为内能和其他形式的能量:电功W=UIt;电热Q=I2Rt。W=Q

+W其他要点笔记

不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路,计算电功时都可以用W=UIt,计算电功率都可以用P=UI,计算热量都可以用Q=I2Rt,计算热功率都可以用P=I2R。当用变形式时,就要考虑是不是纯电阻电路。【典例示范】例2规格为“220V

36W”的排气扇,线圈电阻为40Ω,求:(1)接上220V的电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率。(2)如果接上220V的电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率。答案

(1)35W

1W

(2)1210W

1210W解析

(1)排气扇在220

V的电压下正常工作时的电流为发热功率为P热=I2R=(0.16)2×40

W=1

W。转化为机械能的功率为P机=P-P热=36

W-1

W=35

W。(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻用电器,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为电动机消耗的功率等于热功率:P电'=P热'=UI'=220×5.5

W=1

210

W。规律方法

电动机电路的分析与计算(1)当电动机正常工作时,要注意分清电功和电热的关系,电动机消耗的电能也就是电流做的功W=UIt,电动机产生的内能必须用Q=I2Rt来求。另外,还要注意能量守恒定律的应用,即W=Q+E(E为其他形式的能)或P电=P机+P热,其中P电=UI,P热=I2R,P机为机械功率。(2)当电动机被卡住时,非纯电阻电路转变为纯电阻电路,电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能,W=Q,即UIt=I2Rt。变式训练2如图所示,有一内阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V

60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电路两端,灯泡正常发光,则(

)A.电解槽消耗的电功率为120WB.电解槽的发热功率为60WC.电解槽消耗的电功率为60WD.电路消耗的总功率为60W答案

C

随堂训练1.(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是(

)A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多B.W=IUt适用于任何电路,而

只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中,IU>I2RD.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路答案

BCD2.(多选)日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝,电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热,得到的热风可将头发吹干。设电动机线圈的电阻为R1,它与电热丝的电阻R2相串联,接到直流电源上,电吹风机两端电压为U,通过的电流为I,消耗的电功率为P,则以下选项正确的是(

)A.IU>P B.IU=PC.P>I2(R1+R2) D.P=I2(R1+R2)答案

BC解析

电吹风机消耗的电功率即消耗的电能的功率为P=UI,大于电阻上的热功率,选项B、C正确。3.A、B为“220V

100W”的两盏相同的灯泡,C、D为“220V

40W”的两盏相同灯泡,A、B灯的电阻均为

Ω;C、D电阻为

Ω。现将四盏灯泡接成如图所示电路,并将两端接入电路,各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD,则实际功率的大小顺序是

。

答案

484

1210

PD>PA>PB>PC2.闭合电路的欧姆定律第十二章2022内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.知道电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置,知道电动势的定义式。(物理观念)2.经历闭合电路的欧姆定律的理论推导过程,理解内、外电路的能量转化,体会能量转化和守恒定律在电路中的具体应用。(科学探究)3.理解闭合电路的欧姆定律,通过探究电源两端的电压与电流的关系体会图像法在研究物理问题中的作用。(科学思维)4.能根据闭合电路的欧姆定律解释路端电压与负载的关系。知道欧姆表测量电阻的原理。(物理观念)5.了解电源短路可能会带来的危害,加强安全用电意识。(科学态度与责任)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、电动势1.非静电力(1)定义:电源把正电荷由负极搬运到正极的力。(2)化学电池中的非静电力是化学作用,发电机中的非静电力是电磁作用。电源把正电荷由负极搬运到正极,非静电力做正功,电荷的电势能增加。2.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。3.电动势(1)定义:非静电力把正电荷从负极搬运到正极所做的功跟所移动的电荷量之比叫作电动势。(3)单位:伏特,用“V”表示。(4)物理意义:电动势的大小反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领,电动势越大,表示电源转化其他形式能量的本领越大。(5)大小:从做功角度,其数值等于非静电力把

1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。

想一想电源电动势的大小与哪些因素有关?1号、5号、7号干电池有何不同?电动势大,电池容量一定大吗?提示

电源电动势的大小由电源中非静电力的特性决定。三种干电池的电动势E=1.5

V相同,说明电池内部非静电力做功本领相同,体积大小不同,表示容量不同。电动势大的电池,其容量不一定大。(6)决定因素:电动势是电源的属性,大小完全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。二、闭合电路欧姆定律及其能量分析1.在外电路中,沿电流方向电势降低。2.电源的内阻: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。3.闭合电路欧姆定律(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。4.内电压、路端电压与电动势的关系内电路上的电势降落称为内电压U内,外电路上总的电势降落称为路端电压U外。关系为E=U外+U内。三、路端电压与负载的关系1.路端电压与电流的关系电流增大,路端电压减小。关系式:U=E-Ir。2.路端电压与外电阻的关系在纯电阻电路中,外电路的电阻越大,路端电压越大。表达式:。当外电路断开时,U=E,当外电路短路时,U=0,短路电流

。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。(

)答案

×解析

电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。(2)把同一电源接在不同的电路中,电源的电动势也将变化。(

)答案

×解析

电动势是电源本身的性质,与接入的外电路无关。(3)电动势就是电势差,两者没有区别。(

)答案

×解析

电势差指电场中两点电势之差,反映了两点的电势变化;电动势是电源的一个重要参量,反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领。两者虽然单位相同,但有本质的区别。(4)电源的电动势在数值上等于电源两极之间的电压。(

)答案

×解析

当电源开路时,电源两极之间的电压在数值上才等于电源的电动势。(5)电源一定时,负载电阻越大,电流越大。(

)答案

×解析

根据闭合电路的欧姆定律

,负载电阻越大,电流越小。2.一台发电机用0.5A的电流向外输电,在1min内有180J的机械能转化为电能,则发电机的电动势为(

)A.6V B.360VC.120V D.12V答案

A课堂篇探究学习探究一电动势【情境导引】日常生活中我们经常接触到各种各样的电源,如图所示的干电池、手机电池,它们有的标有“1.5V”字样,有的标有“3.7V”字样。(1)如果把5C的正电荷从1.5V干电池的负极移到正极,电荷的电势能增加了多少?非静电力做了多少功?如果把2C的正电荷从3.7V的手机电池的负极移到正极呢?(2)是不是非静电力做功越多电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大?如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领?要点提示

(1)5

C的正电荷从1.5

V干电池的负极移到正极,电势能增加了7.5

J,非静电力做功7.5

J;2

C的正电荷从3.7

V手机电池的负极移到正极,电势能增加了7.4

J,非静电力做功7.4

J。(2)不是,非静电力对电荷做功多少与电荷的数量有关。若把相同数量的正电荷从电源的负极移到正极,做功越多,电荷获得的电势能越多,表明电源把其他形式的能转化为电能的本领越大。可以用非静电力做的功与电荷量的比值来描述电源把其他形式的能转化为电能的本领。【知识归纳】1.电动势(1)定义:在电源内部,非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W与被移送电荷量q之比。(2)定义式为:。(3)物理意义:反映电源非静电力做功本领大小的物理量。(4)决定因素:由电源中非静电力的特性决定,跟外电路无关。2.对电动势概念的四点诠释(1)电动势是用物理量之比定义的物理量,由电源中非静电力的特性决定,是电源的属性,与移送的电荷量q和所做的功W无关,跟外电路无关。(2)电动势是电源的专用名词,而电压对应于内、外电路。(3)电动势E是标量,为了研究问题方便,规定电动势的方向为电源内部电流方向,即由电源负极指向正极。(4)电动势越大,表明每移动1C电荷,电源可把更多的其他形式的能量转化为电能。【典例示范】例1(多选)关于电动势E的说法中正确的是(

)A.电动势E的大小,与非静电力所做的功W的大小成正比,与移送电荷量q的大小成反比B.电动势E是由电源本身决定的,跟外电路无关C.电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量D.电动势E的单位与电势差的单位相同,故两者在本质上相同答案

BC解析

电动势是一个用物理量之比定义的物理量,这个物理量与这两个相比的项没有关系,它是由电源本身决定的,是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量。电动势和电势差尽管单位相同,但本质上是不相同的,故选B、C。规律方法

电动势与电势差的区别与联系

比较对象电动势E电势差U实质非静电力做功,其他形式的能转化为电能静电力做功,电能与其他形式的能相互转化定义式,W为非静电力做的功,W为静电力做的功联系两者单位相同,均为伏特(V)电动势等于电源未接入电路时两极间的电势差变式训练1有一铅蓄电池,在其内部将2×10-5C的电子从正极移到负极需要3×10-2s的时间,此过程中非静电力做功为4×10-5J,则该铅蓄电池的电动势是多少?给一小灯泡供电,供电电流是0.2A,供电10min,非静电力做功是多少?答案

2V

240J探究二闭合电路欧姆定律及其能量分析【情境导引】手电筒中的电池用久了,虽然电动势没减少多少,但小灯泡不怎么亮了。请思考小灯泡不怎么亮了的原因。要点提示

电池用久了,内阻变大,根据闭合电路的欧姆定律知总电流变小,因此小灯泡不怎么亮了。【知识归纳】1.内、外电路中的电势变化如图所示,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。2.闭合电路欧姆定律的不同表达形式

表达式物理意义适用条件电流与电源电动势成正比纯电阻电路①E=I(R+r);②E=U外+Ir;③E=U外+U内电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和①式适用于纯电阻电路;②③式普遍适用④EIt=I2Rt+I2rt⑤W=W外+W内电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和④式适用于纯电阻电路;⑤式普遍适用【典例示范】例2在如图所示的电路中,R1=9Ω,R2=5Ω,当a、b两点接理想的电流表时,其读数为0.5A;当a、b两点间接理想的电压表时,其读数为1.8V。求电源的电动势和内电阻。答案

3V

1Ω解析

当a、b两点间接理想的电流表时,R1被短路,回路中的电流I1=0.5

A,由闭合电路欧姆定律得E=I1(R2+r)①当a、b两点间接理想的电压表时,回路中的电流由闭合电路欧姆定律得:E=I2(R2+R1+r)②联立①②得:E=3

V,r=1

Ω。规律方法

解决闭合电路问题的一般步骤①分析电路特点:认清各元件之间的串、并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流。②应用闭合电路的欧姆定律求干路中的电流。③根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流。变式训练2

如图所示的电路中,R1=9Ω,R2=30Ω,S闭合时,电压表V的示数为11.4V,电流表A的示数为0.2A,S断开时,电流表A的示数为0.3A,电压表和电流表均为理想电表。求:(1)电阻R3的值;(2)电源电动势E和内阻r的值。答案

(1)15Ω

(2)E=12V

r=1Ω解析

(1)R2两端电压U2=I2R2=6

V所以,R1两端电压为U1=U-U2=5.4

V则流过R1的电流流过电阻R3的电流I3=I1-I2=0.6

A-0.2

A=0.4

A所以电阻R3的阻值(2)由闭合电路欧姆定律当开关闭合时E=11.4

V+0.6

A×r

①当开关断开时E=0.3×(9+30)V+0.3

A×r

②联立①和②,得E=12

V,r=1

Ω探究三路端电压与负载的关系【情境导引】我们有这样的经验,傍晚是每一天用电高峰时段,万家灯火,但是灯光较暗,这是为什么?要点提示

用电高峰时段干路电流比较大,干路导线中的电阻消耗的电压多,灯泡两端的电压变小,因此灯泡变暗。【知识归纳】1.路端电压随外电阻变化的规律2.路端电压与电流的关系图像(1)U轴截距表示电源电动势,纵坐标从零开始时,I轴截距等于短路电流。(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻,即内阻要点笔记

电阻的伏安特性曲线中电压随电流的增大而增大,此处电源的U-I图像中电压随电流的增大而减小,二者物理意义不同。【典例示范】例3如图所示是手电筒的电路图。老式的手电筒是把两节1号干电池串联起来作为电源,一节1号干电池的电动势是1.5V。手电筒内的小灯泡的额定电压为2.5V,额定电流为0.3A,按下开关后,小灯泡正常发光。(1)手电筒不工作时,电源两端电压是多大?为什么小灯泡的额定电压是2.5V,而不是3V?(2)算一算,小灯泡正常工作时的电阻多大?电池组的内电阻多大?答案

(1)见解析

(2)8.3Ω

1.7Ω解析

(1)断路时电源两极间的电压为电源的电动势即3.0

V。小灯泡工作时电路中有电流通过,由于电源有内阻,内部有电势降落,因此小灯泡的额定电压比电源电动势要小。(2)根据小灯泡的额定电压、额定电流,我们可以知道小灯泡正常工作时的电阻。根据部分电路欧姆定律由路端电压U=E-Ir,可计算出电源的内电阻拓展干电池长时间使用后,内电阻会显著增大,通过用电器的电流显著减小,用电器不能正常工作,这就是一般意义上的“电池没电了”。但如果这种旧电池用到电子钟上,由于电子钟的额定电流很小,虽然旧电池的内电阻增大明显,但电池内部的电势降落(Ir)却增大不多,路端电压也下降不多,仍能使电子钟正常工作一段时间。变式训练3两个电源的U-I图像如图所示,从图像中可以看出(

)A.电源a的电动势较大,内电阻较大B.电源a的电动势较小,内电阻较小C.电源b的电动势较小,内电阻较大D.电源b的电动势较大,内电阻较小答案

A解析

根据闭合电路欧姆定律知U=E-Ir,故U-I图线中图像与纵轴的交点等于电源的电动势,由题图可知,a的电动势较大,图像斜率的绝对值表示电源的内阻,a的斜率的绝对值较大,故a的内阻较大,故A正确,B、C、D错误。

随堂训练1.(多选)关于电动势,下列说法中正确的是(

)A.在电源内部把正电荷从负极移到正极,非静电力做功,电势能增加B.对于给定的电源,移动正电荷时非静电力做功越多,电动势就越大C.电动势越大,说明非静电力在电源内部把单位正电荷从负极移到正极时,做功越多D.电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极时,移送的电荷量越多答案

AC解析

电源是将其他形式的能转化为电势能的装置,是通过电源内部的非静电力做功来完成的,所以,非静电力做功,电势能就增加,因此选项A正确。电源的电动势是反映电源把内部其他形式的能转化为电势能本领的物理量,电动势在数值上等于移送单位电荷量的正电荷所做的功,不能说非静电力做功越多电动势越大,也不能说电动势越大,移送的电荷量越多,所以选项C正确,选项B、D错误。2.用E表示电源电动势,U表示路端电压,Ur表示内电压,R表示外电路总电阻,r表示电源内阻,I表示干路电流,则下列各式正确的是(

)A.Ur=IR B.Ur=E-U

C.U=E+Ir D.答案

B解析

因为不知道外电阻是纯电阻电路还是非纯电阻电路,所以

不一定成立,Ur=E-U一定成立,故选项D错误,选项B正确;Ur=Ir,选项A错误;U=E-Ir,选项C错误。3.如图所示,当开关S断开时,电压表示数为3V,当开关S闭合时,电压表示数为2V,则外电阻R与电源内阻r之比为(

)A.1∶2 B.2∶1C.2∶3 D.3∶2答案

B解析

开关断开时,电压表的示数等于电源的电动势,故E=3

V;当开关闭合时,电压表示数为R两端的电压,由U=E-U内可知,内电压U内=E-U=1

V,则外电阻与内电阻之比

,故B正确,A、C、D错误。3.实验:电池电动势和内阻的测量第十二章2022内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.理解测定电源的电动势与内阻的实验原理。(物理观念)2.在理解实验原理的基础上,能完成测电源的电动势与内阻的规范实验操作。(科学探究)3.学会利用U-I图像处理数据并得出电源电动势和内阻,进一步体会利用图像进行数据处理的方法。(科学思维)4.尝试分析电源电动势和内阻的测量误差,了解实验中减小误差的方法。(科学态度与责任)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、实验思路利用闭合电路欧姆定律来测量并计算与分析,电路图如图所示。通过改变滑动变阻器的阻值改变电路状态,电路中的电压、电流均发生变化,用电压表和电流表测量出U和I的两组数据,列出两个方程,E=U1+I1r,E=U2+I2r进而求解出电动势E和内阻r,二、物理量的测量1.选用合适的量程,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(I1,U1),用同样的方法测量几组U、I值。4.断开开关,整理好器材。5.处理数据,用公式法和作图法求出电源的电动势和内阻。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)测干电池的电动势和内阻时,选的滑动变阻器阻值越大越好。(

)答案×解析干电池的内阻比较小,为使电路中的电流大范围调节,滑动变阻器的阻值比干电池的内阻大几倍就可以。(2)测干电池的电动势和内阻时,选的电流表和电压表量程越大越好。(

)答案×解析干电池的电动势为1.5

V,因此选用3

V的电压表就可精确测量,量程过大会增大误差。(3)只要测量一组(I,U)的数值,就可计算出电源电动势和内阻的大小。

(

)答案×解析最少测量两组(I,U)的数值,联立方程组计算出电源电动势和内阻的大小。(4)利用U-I图像处理实验数据时,纵截距就是电源的电动势。(

)答案√2.(多选)某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时,所用滑动变阻器的阻值范围为0~20Ω,电路电流不超过0.6A,连接电路的实物图如图所示。关于该学生接线的说法正确的是(

)A.滑动变阻器不起变阻作用B.电流表接线有误C.电压表量程选用不当D.电压表接线错误答案

AD解析

移动变阻器触头时,不会改变接入电路的电阻大小,变阻器不起变阻作用,A正确;电流表只允许电流从正接线柱流入,从负接线柱流出,而且应该选择0~0.6

A量程,图中电流表接线正确,所以B错误;图中电源为两节干电池,电动势为3

V,所以电压表量程应选用0~3

V,所以C错误;图中电流从电压表负接线柱流入,从正接线柱流出,所以电压表的接线错误,D正确。课堂篇探究学习探究一伏安法测E、r的仪器选择与数据处理【知识归纳】1.数据分析(1)求平均值法:由E=U1+I1r,E=U2+I2r可解得可以利用U、I的值多求几组E、r的值,算出它们的平均值。(2)作U-I图像法①本实验中,为了减小实验误差,一般用图像法处理实验数据,即根据多次测出的U、I值,作U-I图像;②将图线两侧延长,纵轴截距意味着断路情况下的电压,它的数值就是电源电动势E的数值;③横轴截距(路端电压U=0)意味着短路情况下的电流,它的数值就是短路电流;2.误差分析(1)偶然误差①由于读数不准引起误差。②用图像法求E和r时,由于作图不准确造成误差。(2)系统误差①如图甲所示,E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差。从电路的角度看,电压表应看成内电路的一部分,故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测),如图乙所示,因为电压表和电池并联,所以r测小于电池内阻r真,因为外电阻R断开时,a、b两点间电压Uab等于电动势E测,此时电源与电压表构成回路,所以Uab<E真,即E测<E真。结论:a.当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流测量值=真实值;b.E测<E真;②若采用如图丙所示的电路,IA为电源电流真实值,理论上有E=U+UA+IAr,其中UA不可知,而造成误差,而且电流表示数越大,UA越大,当电流为零时,UA=0,电压为准确值,等于E。结论:a.E为真实值;b.I短测<I短真;c.因为,所以r测>r真,r测为r真和RA的串联值,由于通常情况下电池的内阻较小,所以这时r测的测量误差非常大。3.注意事项(1)为使干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发生明显变化。(3)若干电池的路端电压变化不明显,作图像时,纵轴单位可取的小一些,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

求出。【典例示范】例1在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中。(1)备有如下器材A.干电池1节

B.滑动变阻器(0~20Ω)C.滑动变阻器(0~1kΩ) D.电压表(0~3V)E.电流表(0~0.6A) F.电流表(0~3A)G.开关、导线若干其中滑动变阻器应选

,电流表应选

。(填字母)

(2)为了最大限度地减小实验误差,请在虚线框中画出该实验最合理的电路图。(3)某同学根据实验数据画出的U-I图像如图所示,由图像可得电池的电动势为

V,内阻为

Ω。

(4)写出该实验误差的原因:

;电动势的测量值

真实值,内阻的测量值

真实值。(后两空均选填“大于”“等于”或“小于”)

答案

(1)B

E

(2)见解析图

(3)1.5

1

(4)电压表的分流

小于

小于解析

(1)滑动变阻器的最大值为待测电阻的几倍时较好,在该实验中因干电池内阻比较小,故滑动变阻器选择较小一点的即可,故滑动变阻器应选B。电流表的量程要大于电源允许通过的最大电流,对于干电池来讲,允许通过的最大电流一般是0.5

A,且为便于读数,故需要选择0~0.6

A,所以电流表应选E。(2)电路图如图所示。(3)由U-I图像可知:纵截距为1.5

V,故干电池的电动势为1.5

V;(4)由于电压表的分流作用,电流表读数总是比干路电流小,造成E测<E真,r测<r真。探究二安阻法和伏阻法测电源电动势和内阻【知识归纳】1.安阻法(1)实验原理:由E=IR+Ir可知,只要能得到I、R的两组数据,列出关于E、r的两个方程,就能解出E、r,用到的器材有干电池、开关、电阻箱、电流表,电路图如图所示。(2)数据处理:2.伏阻法(1)实验原理:由

知,如果能得到U、R的两组数据,列出关于E、r的两个方程,就能解出E、r,用到的器材是干电池、开关、电阻箱、电压表,电路图如图所示。【典例示范】例2某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻,使用的器材还包括定值电阻(R0=5Ω)一个,开关两个,导线若干,实验原理图如图(a)所示。(1)在图(b)的实物图中,已正确连接了部分电路,请完成余下电路的连接。(a)(b)(2)请完成下列主要实验步骤:①检查并调节电压表指针指零;调节电阻箱,示数如图(c)所示,读得电阻值是

;

②将开关S1闭合,开关S2断开,电压表的示数是1.49V;③将开关S2

,电压表的示数是1.16V;断开开关S1。

(3)使用测得的数据,计算出干电池的内阻是

(计算结果保留两位有效数字)。

(c)答案

(1)见解析

(2)①20Ω

③闭合

(3)0.69Ω解析

(1)如图所示

随堂训练1.(多选)用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中,下列说法错误的是(

)A.应选用旧的干电池作为被测电源,以使电压表读数变化明显B.应选用内阻较小的电压表和电流表C.移动滑动变阻器的滑片时,不能使滑动变阻器短路造成电流表过载D.使滑动变阻器阻值尽量大一些,测量误差才小答案

BD解析

伏安法测电池的电动势和内阻实验中,应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表,滑动变阻器阻值不能太大,如果太大不便于调节。2.一同学测量某干电池的电动势和内阻。(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处

;

。

(2)实验测得的电阻箱阻值R和理想电流表示数I,以及计算的

数据见下表:R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26/A-16.75.95.34.53.8根据表中数据,在下图方格纸上作出R-关系图像。

由图像可计算出该干电池的电动势为

V(结果保留三位有效数字);内阻为

Ω(结果保留两位有效数字)。

答案

(1)开关未断开

电阻箱阻值为零

(2)见解析图1.33(1.30~1.36均可)

1.2(1.0~1.4均可)解析

(1)在电学实验中,连接电路时应将开关断开,电阻箱的阻值调为最大,确保实验仪器、仪表的安全。(2)根据闭合电路欧姆定律,得E=I(R+r)描点连线后图像如图所示。根据图像可知r=1.2

Ω,图像的斜率为电动势E,在R-图像上取两点(2,1.60),(5,5.60),4.能源与可持续发展第十二章2022内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.列举各种实例,说明能量是如何转化的,解释能量守恒定律的含义。(物理观念)2.通过实例分析能量耗散,认识自然界中能量转化的方向性。(科学思维)3.收集资料,讨论能源的开发和利用所带来的环境问题,认识环境污染的危害,具有环境保护的意识和行动。(科学态度与责任)4.了解太阳能、水能、核能和风能等能源的开发利用,知道利用能源是人类生存和社会发展的必要条件之一。知道人类利用的能源来自可再生能源和不可再生能源,认识合理使用能源的必要性,具有可持续发展观念,养成节能的习惯。(科学态度与责任)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、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。二、能量转移或转化的方向性1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。2.能量的耗散:其他形式的能转化为内能后很难再重复利用,这种现象叫作能量的耗散。3.能量的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。三、能源的分类与应用

能源分类方法能源分类名称特点举例按形式或转换特点分一次能源自然形成,未经加工太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能二次能源由一次能源经加工转换而成焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能按利用技术分常规能源已大规模正常使用煤、石油、天然气新能源正在开发,或有新的利用方式太阳能、地热能、海洋能、核能能源分类方法能源分类名称特点举例按可否再生分可再生能源可循环使用水能、风能不可再生能源短期内无法转换获得煤、石油、天然气按对环境污染情况分清洁能源对环境基本上没有污染太阳能、海洋能、风能、水能污染能源会严重污染环境化石燃料(煤、石油、天然气)四、能源与社会发展1.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。自工业革命以来,煤和石油成为人类的主要能源。2.能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。3.人类与能源的关系(1)有利方面:能源的利用给人类的生活带来了极大的改善,人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命,都与新的能源和动力机械的利用密切相关,人类的生存与发展需要能源。(2)不利方面:能源的开发与使用会对环境造成影响,如大气污染、温室效应、酸雨等,对人类造成很大的危害。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)由能量守恒定律知,能量是取之不尽用之不竭的,不用节约能源。(

)答案

×解析

能量的耗散表明,在能源的利用过程中,能量在数量上虽未减少,但在可利用的品质上降低了,从便于利用的能源变成不便于利用的能源。所以自然界的能量虽然守恒,但还是要节约能源。(2)热量可以自发地由高温物体传向低温物体,也可以自发地从低温物体传向高温物体。(

)答案

×解析

热量可以自发地由高温物体传向低温物体,但是不可以自发地、不引起任何变化地从低温物体传向高温物体。(3)煤、石油、天然气属于不可再生能源。(

)答案

√(4)能量不能创造,不能再生,能量只能进行转化或转移,但能量间的转化或转移具有方向性。(

)答案

√2.下列对能量守恒定律的认识错误的是(

)A.某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加B.某个物体的能减少,必然有其他物体的能增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的D.石子从空中落下,最后静止在地面上,说明能量消失了答案

D解析

根据能量守恒定律得知,某种形式的能减少,其他形式的能一定增大;某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加,A、B正确;不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机,违反了能量守恒定律,不可能制成,C正确;石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能,能量并没有消失,故D错误。课堂篇探究学习探究一对能量守恒定律的理解【情境导引】有人发明了一种“自发电电动车”(如图所示),基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处,车轮转动时,带动发电机运转,发出的电又继续供给电动车,你认为仅靠这种方式,电动车能持续运动下去吗?要点提示

仅靠这种方式,不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式,只能将电动车的一部分能量收集起来,但电动车运动时受到的摩擦力不断把电动车的机械能转化为内能,根据能量守恒定律,要想使电动车持续运动下去,必须给电动车补充新的能量。【知识归纳】1.能量守恒定律的重要意义(1)能量守恒定律是普遍适用的,对宏观世界与微观世界、高速运动与低速运动等都成立。(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系,对人类认识自然、改造自然起着重要的指导作用。(3)能量守恒定律彻底否定了第一类永动机的存在,即不需要任何动力和燃料,却能不断对外做功的机械是不可能存在的。2.表达式(1)E初=E末,初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。(2)ΔE增=ΔE减,能量的增加量等于能量的减少量。【典例示范】例1风能是一种很好的再生能源,而且对环境的污染较小,近年来我国在西北地区建立了许多风力发电厂。如图所示为风力发电的情形。已知:空气的密度为ρ,风轮机叶片的长度为r,若风速为v0,每台风力发电机输出电功率为P,风能就是空气定向流动的动能,通过风轮机叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能。求此过程中:(1)每台风力发电机获得的可利用风能的功率表达式。(2)风力发电机利用风能的效率表达式。规律方法

利用能量守恒定律解题的基本思路(1)分清有哪几种形式的能(如机械能、内能等)在变化。(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。(3)列等式ΔE减=ΔE增求解。变式训练1瀑布从20m高处以103m3/s的流量竖直落下,流进底部的水轮机后再以2m/s的速度流出,水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%,那么发电机发出的电功率有多大?(瀑布在山顶的速度可忽略不计,g取10m/s2,水的密度为1×103kg/m3)答案

1.58×108

W探究二能源和可持续发展【情境导引】说明下列能源利用方式中的能量转化过程是怎样的?(1)水力发电;(2)电动水泵抽水;(3)柴油机牵引列车前进;(4)火箭发射人造卫星。要点提示

(1)水力发电是将水的机械能转化为电能。(2)电动水泵抽水是将电能转化为水的机械能。(3)柴油机牵引列车前进是将柴油的化学能先转化为内能,再转化为列车的机械能。(4)火箭发射人造卫星是将燃料的化学能转化为卫星的机械能。【知识归纳】1.对“能量耗散和品质降低”

的理解(1)各种形式的能最终都转化为内能,流散到周围的环境中,分散在环境中的内能不管数量多么巨大,它也只能使地球、大气稍稍变暖一点,却再也不能驱动机器做功了。(2)从可被利用的价值来看,内能较之机械能、电能等,是一种低品质的能量。由此可知,能量耗散虽然不会导致能量的总量减少,却会导致能量品质的降低,实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。(3)能量耗散导致可利用能源减少,所以要节约能源。2.能源的分类按可否再生分为可再生能源与不可再生能源。(1)不可再生能源:无法在短时间内再生,例如煤、石油、天然气。(2)可再生能源:在自然界可以再生,例如水能、风能、潮汐能、生物能、地热能等。3.能源的开发与利用关系图

【典例示范】例2(多选)下列关于能量耗散的说法正确的是(

)A.能量耗散使能的总量减少,违背了能量守恒定律B.能量耗散是指耗散在环境中的内能很难再被人类利用C.各种形式的能量都可以转化为内能D.能量耗散导致能量品质降低答案

BCD解析

能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收,遵守能量守恒定律,但使得能量品质降低,故选项A错误,选项D正确;耗散的内能很难再被利用,选项B正确;各种形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能,选项C正确。故选B、C、D。规律方法

能量耗散不仅遵循能量守恒定律,而且从能量的角度反映出自然界与热现象有关的宏观过程具有方向性。变式训练2(多选)下面关于能源的说法正确的是(

)A.一切能源都是取之不尽、用之不竭的B.能源是有限的,特别是常规能源,如煤、石油、天然气等C.大量消耗常规能源会使环境恶化,故提倡开发利用新能源D.核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大答案

BC解析

尽管能量守恒,但耗散的内能很难重新收集利用,所以能源是有限的,特别是常规能源,A错误,B正确;常规能源的利用比核能等新能源的利用对环境的影响大,C正确,D错误。

随堂训练1.下列说法正确的是(

)A.能量耗散说明能量在不断减少B.能量耗散从能量转化角度反映出自然界的宏观过程具有方向性C.热量不可能从低温物体传给高温物体D.在火力发电机中,燃气的内能会全部转化为电能答案

B解析

能量耗散是指能量的可利用率越来越低,由于能量守恒,故能量不会减少,选项A错误;与热现象有关的宏观自然过程有其方向性,能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性,选项B正确;能量转化和转移具有方向性,热量不能自发地从低温物体传给高温物体,但可以借助其他办法实现,选项C错误;火力发电机发电时,能量转化的过程为化学能—内能—机械能—电能,因为内能—机械能的转化过程中会对外放出热量,故燃气的内能不会全部变为电能,选项D错误。2.(多选)下列关于能源的说法正确的是(

)A.石油、天然气都属于新能源B.能量耗散不遵循能量守恒定律C.能量耗散会导致能量品质降低D.为了可持续发展,必须节约能源答案

CD解析

石油、天然气属于常规能源,A项错误;能量耗散同样遵循能量守恒定律,但能量耗散导致能量品质降低,B项错误,C项正确;因可用能源正在减少,故为了可持续发展,必须节约能源,D项正确。3.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下,小电扇快速转动,能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是(

)A.太阳能→电能→机械能

B.太阳能→机械能→电能C.电能→太阳能→机械能

D.机械能→太阳能→电能答案

A解析

太阳能电池板把太阳能转化为电能,小电动机把电能转化为机械能,故A正确,B、C、D错误。4.(多选)煤是重要的能源和化工原料,直接燃烧既浪费资源又污染环境。最近,某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”,让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%),把煤“吃干榨尽”。下列有关说法正确的是(

)A.煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化B.煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化C.该技术实现了煤的清洁利用D.该技术实现了煤的高效利用答案

ACD解析

煤粉加压气化制备合成气中既有物理变化,又有化学变化,A正确,B错误;该技术使煤得以良好利用又环保,C、D正确。5.下列供热方式最有利于环境保护的是(

)A.用煤做燃料供热

B.用石油做燃料供热C.用天然气或煤气做燃料供热 D.用太阳灶供热答案

D解析

煤、石油、天然气等燃料的利用,使人类获得大量的内能。但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧的不充分,使得废气中含有粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气。而太阳能是一种无污染的能源,应大力推广,故应选D。6.CO2气体有个“怪脾气”,它几乎不吸收太阳的短波辐射,大气中CO2浓度增加,能使地表温度因受太阳辐射而上升;另外,它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用,阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放,使整个地球就像一个大温室一样。因此,大气中CO2浓度的急剧增加已导致气温的逐步上升,使全球气候变暖。(1)这种大气中以CO2为主的气体产生的效应称为(

)A.光热效应 B.光电效应C.光气效应 D.温室效应(2)导致大气中CO2浓度增加的主要原因是(

)A.大量植物和生物物种灭绝B.大量燃料如石油、煤炭、天然气等的燃烧C.人口剧增,呼出的二氧化碳增多D.自然因素破坏了地球环境生态平衡(3)(多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加,可以采取的措施有(

)A.禁止使用煤、石油和天然气B.开发使用核能、太阳能C.将汽车燃料由汽油改为液化石油气D.植树造林答案

(1)D

(2)B

(3)BD解析

(1)CO2气体将导致气温上升,因而称为温室效应。(2)致使CO2浓度增加的主要原因是大量燃烧煤、石油、天然气等燃料。(3)为了减缓CO2气体的浓度可以进行植树造林,利用光合作用,减少大气中的CO2气体,同时开发新能源,减少石油、煤、天然气的使用,从而减少CO2气体的排放。7.下面是晓阳同学在题为《能源利用和节约能源》的研究性学习中收集到的有关太阳能的资料:太阳能是人类最基本的能源,它无污染、无费用,这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长,当太阳光照射地面时,在1m2地面上1s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置,目前已经广泛地出现在我们的生活中。晓阳同学在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告:容积(V)

100L集热管的采光面积(S)

1.5m2效率(η)

40%使用年限(z)

15年(1)晓阳同学家每天大约需要100kg热水,用这种热水器将这些水从25℃加热到45℃需要多长时间?[水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)](2)与效率为80%的电热水器相比,晓阳同学家每天节约多少电能?答案

(1)1.4×104s

(2)1.05×107J解析

(1)设T为光照时间,k=1.0×103

J/(s·m2),Q吸=cm(t-t0)=4.2×103×100×20

J=8.4×106

J,太阳能热水器传给水的热量Q吸=kSTη,所以:习题课

闭合电路欧姆定律的应用第十二章2022课堂篇探究学习探究一动态电路分析【情境导引】物理课上,老师做了一个实验(电路图如图所示),当电路中点亮的电灯数目逐渐增多时,看到已点亮的电灯亮度逐渐变暗,怎么解释这一现象?要点提示

当电路中点亮的电灯数目逐渐增多时,根据并联电阻的规律可知,电路中总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律

,可知干路电流增大,根据E=U+Ir,可知路端电压减小,所以加在灯泡两端的电压减小,根据

,可知灯泡的功率减小,所以亮度变暗。【知识归纳】动态电路问题的分析方法1.解决闭合电路动态变化问题,应按照局部→整体→局部的程序进行分析。2.基本思路:电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→(1)对于固定不变的部分,一般按照欧姆定律直接判断。(2)对于变化的部分,一般根据分压或分流间接判断。(3)涉及滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论。【典例示范】例1电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路。当滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时,下列说法正确的是(

)A.电压表和电流表读数都增大B.电压表和电流表读数都减小C.电压表读数增大,电流表A1读数减小,A2读数增大D.电压表读数减小,电流表A1读数增大,A2读数减小答案

C解析

由题图可知滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时,滑动变阻器连入电路中的阻值R增大,则外电路的总阻值R总增大,干路电流

,因R总增大,所以I减小,故A1示数减小;路端电压U=E-Ir,因I减小,所以U增大,即电压表的读数增大;R2两端电压U2=E-I(R1+r),因I减小,所以U2增大,由

知,I2增大,即电流表A2的读数增大,故选项C正确,选项A、B、D错误。规律方法

动态分析要牢记,“并同串反”无违例注:“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大;“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大。变式训练1如图所示,R1阻值恒定,R2为热敏电阻(热敏电阻阻值随温度降低而增大),L为小灯泡,当R2所在位置温度升高时(

)A.R1两端的电压减小 B.小灯泡的亮度变暗C.电流表的示数减小 D.通过R2的电流减小答案

B解析

当R2所在位置温度升高时R2阻值减小,总电阻减小,总电流增大,电流表的示数增大,R1两端的电压U1=IR1增大,故A、C错误;总电流增大,内电压增大,则路端电压U=E-Ir减小,并联部分的电压减小,所以灯泡L变暗,故B正确;通过L的电流减小,而总电流增大,则通过R2的电流增大,故D错误。探究二闭合电路中的功率关系【情境导引】如图所示,电源电动势为E,内阻为r,外电路的电阻为R。试求:(1)电源的总功率;(2)内电路和外电路消耗的电功率;(3)电源的效率。【知识归纳】1.对闭合电路中的功率的理解(1)电源的总功率:P总=EI(普遍适用