(共57张PPT)
第十二章 电能 能量守恒定律
2．闭合电路的欧姆定律
第1课时 闭合电路的欧姆定律
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．知道闭合电路的组成，理解电源的电动势的定义和定义式。
2．能从能量的转化和守恒的角度推导闭合电路的欧姆定律。
3．会用闭合电路的欧姆定律分析路端电压与负载的关系，并能进行相关的电路分析与计算。
物理观念 1.了解内电路、外电路，知道电动势与内、外电压的关系。2.掌握闭合电路的欧姆定律并会进行有关计算。
科学思维 1.会用闭合电路的欧姆定律分析路端电压与负载的关系，培养逻辑思维能力。2.会从公式和图像两个角度分析路端电压U与电流I的关系，培养用图像法表述和分析图像问题的能力。
课前预习反馈
电动势
知识点 1
1．闭合电路：由导线、电源和__________连成的电路。__________和导线组成外电路，电源内部是内电路。
2．非静电力：在电源内部把正电荷从________搬运到________的力。
3．电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为__________的装置。
用电器
用电器
负极
正极
电势能
4．电动势
(1)定义：非静电力所做的功与所移动的__________之比。
(2)定义式：E＝_______。
(3)单位：电动势的单位是伏特(V)。
(4)决定因素：由电源中非静电力的特性决定，与外电路________。
电荷量
无关
『判一判』
(1)电动势与电势差实质上是一样的。( )
(2)电源的电动势由电源自身决定。( )
(3)电源电动势越大，非静电力做功的本领越强。( )
×
√
√
闭合电路的欧姆定律及其能量分析
知识点 2
1．部分电路欧姆定律：导体中的电流I跟导体两端的电压U成
________，跟导体的电阻R成________。即I＝____。
2．在电源外电路中，沿电流方向电势________。
3．电源的内电阻：电源__________的电阻，简称内阻。
4．闭合电路中能量的转化情况
电源的非静电力做功：W＝Eq＝__________，电源在外电路中电能转化为内能Q外＝____________，电源在内电路中电能转化为内能Q内＝____________，由能量守恒得：W＝Q外＋Q内。
即：EIt＝_____________。
正比
反比
降低
内电路
EIt
I2Rt
I2rt
I2Rt＋I2rt
5．闭合电路的欧姆定律
(1)概念：闭合电路中的电流跟________________成正比，跟内、外电路中的____________成反比。
(2)表达式：I＝_________。
『判一判』
(4)闭合电路沿着电流的方向电势一定降低。( )
(5)闭合电路的电流跟内、外电路电阻之和成反比。( )
电源的电动势
电阻之和
×
√
『选一选』
(2022·广西柳州市柳江实验高中高二学业考试)如图的电路中，电源电动势E为3 V，定值电阻R为5 Ω，当开关闭合时，理想电流表的示数为0.5 A，电源内阻r为( )
A．0.5 Ω B．1.0 Ω
C．1.5 Ω D．2.0 Ω
B
路端电压与负载的关系
知识点 3
1．路端电压与电流的关系
(1)表达式：U＝____________。
(2)图像(U－I)：如图所示是一条倾斜的直线，该直线与纵轴交点的纵坐标表示__________，斜率的绝对值表示电源的________。
E－Ir
电动势
内阻
增大
E
减小
0
『判一判』
(6)在闭合电路中，外电阻越大，路端电压越大。( )
(7)电路断开时，电路中的电流为零，路端电压也为零。( )
(8)外电路短路时，电路中的电流无穷大。( )
√
×
×
『想一想』
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；而夜深人静的时候，灯光特别亮，这是为什么？还有，在家用电器使用中，打开大功率的空调后，你会发现灯泡会变暗，而关掉空调后灯又会马上亮起来，这是为什么？
解析：当电路中接入较多的用电器时，由于这些用电器是并联的，其总电阻会变小，干路中的电流就会增大，由于导线有电阻，在导线上就有较大的电压降，造成灯泡两端的电压变小，因此灯泡的亮度就变暗了。
课内互动探究
探究?
对电动势的理解
1.电动势的物理意义
电动势大小反映电源将其他形式的能转化为电能的本领的大小。
2．电动势的大小
在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极搬运到正极所做的功。
3．方向
电动势是标量，为了研究问题方便，规定电动势的方向为电源内部电流的方向，即由电源负极指向正极。
4．电动势和电压的区别与联系
(1)电源的电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路的组成及变化情况无关。
典例剖析
下列关于电源电动势的说法中正确的是( )
A．电源的电动势越大，电源所能提供的电能就越多
B．电源的路端电压增大时，其电源提供的电能一定也增大
C．无论内电压和外电压如何变化，其电源的电动势一定不变
D．在某电池的电路中，每通过2 C的电荷量，电池提供的电能是4 J，那么这个电池的电动势是0.5 V
典题 1
C
思路引导：(1)电源的电动势指电源中非静电力做功本领的大小，即移送单位正电荷非静电力所做功的多少。
(2)电源向外提供的电能与电源的工作状态及通电时间有关。
(3)电源的电动势是电源本身的性质，与外电路工作情况无关。
关于电动势与电压的说法正确的是( )
A．电动势就是电压，等于内、外电压之和
B．电动势就是电源没有接入电路时两极之间的电压
C．电动势、电压、电势差虽然名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同
D．电动势表征的是非静电力做功的能力，即电源将其他形式的能转化为电势能的本领大小的物理量，电压表征的是电场力做功的能力，是在电路中将电势能转化为其他形式的能的物理量
对点训练
D
解析：电动势是电源本身的性质，其大小等于内、外电压之和，但不能说它就是电压，选项A、B错误；电动势是表示电源把其他形式的能转化为电势能的本领大小的物理量，电压表征的是电场力做功的能力，是在电路中将电势能转化为其他形式的能的物理量，电动势的单位与电压、电势差相同，但物理意义不同，选项C错误，D正确。
探究?
闭合电路的欧姆定律的理解
要点提炼
1.闭合电路的欧姆定律的表达形式
表达式 物理意义 适用条件
E＝I(R＋r) ① E＝U外＋Ir ② E＝U外＋U内 ③ 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
EIt＝I2Rt＋I2rt ④ W＝W外＋W内 ⑤ W＝W外＋I2rt⑥ 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，⑤⑥式普遍适用
2.路端电压U随电流I变化的图像(U－I关系图)
(1)U－I图像的函数表达式：
U＝E－Ir。
(2)U－I图像特点：位于第一象限，与横纵坐标轴相交的倾斜直线，如图所示。
典例剖析
(2023·辽宁渤海大学附属高级中学高二上月考)如图所示电路中，电源有内阻，R1＝2.8 Ω，R2＝1.8 Ω，当开关扳到位置1时，电压表示数为5.6 V，当开关扳到位置2时，电压表示数可能为( )
A．5.4 V B．5.6 V
C．3.0 V D．3.6 V
典题 2
A
如图所示，直线A为某电源的U－I图线，曲线B为标识不清的小灯泡L1的U－I图线，将L1与该电源组成闭合电路时，L1恰好能正常发光。若将标有“3 V 20 W”的灯泡L2与该电源组成闭合电路，下列说法中正确的是( )
B．把灯泡L1换成L2，L2可能正常发光
C．把灯泡L1换成L2，电源的输出功率可能相等
D．把灯泡L1换成L2，电源的输出功率一定变小
对点训练
C
核心素养提升
1．闭合电路与部分电路的U－I图像比较
(1)金属导体在温度没有显著变化时，电阻是不变的，由部分电路欧姆定律可知，电流跟电阻两端电压成正比，其U－I图像是通过坐标原点的直线，如图1所示。在闭合电路中，路端电压和流经电源的电流关系为U＝E－Ir，其U－I图像是一条斜向下的直线，如图2所示。
知识延伸
静态工作点：当用一个电源和一个电阻构成串联电路时，可以在同一个坐标系下分别作出电源的U－I图像及电阻的U－I图像，其交点即静态工作点，交点处对应的电压为路端电压，对应的电流为工作电流。
(多选)在电学探究实验课中，某组同学在实验室利用如图甲所示的电路图连接好电路，并用于测定定值电阻R0的阻值及电源的电动势E和内阻r，调节滑动变阻器的滑片向某一方向移动时，一个同学记录了电流表A和电压表V1的测量数据，另一同学记录了电流表A和电压表V2的测量数据。根据所得数据描绘了如图乙所示的两条U－I图线。则( )
AB
案例
A．图线b是电压表V1的测量值所对应的图线
B．电源电动势和内阻分别是E＝1.50 V，r＝1.0 Ω
C．图像中两直线的交点表示定值电阻R0上消耗的功率为0.75 W
D．图像中两直线的交点表示此时电源的效率达到最大值
解析：由图甲可知，V1测电源的路端电压，V2测量R0两端的电压，路端电压随电流增大而减小，定值电阻两端电压随电流增大而增大，由图乙所示图像可知，图线a是电压表V1的测量值所对应的图线，图线b是电压表V2的测量值所对应的图线，故A正确；
说明：(1)当I＝Ig时，Rx＝0，在满偏电流Ig处标为“0”。(图甲)
课堂达标检测
一、电动势
1．(2023·河北省新乐市一中高二上学期测试)下列关于电源电动势的说法正确的是( )
A．电源是通过静电力把其他形式的能转化为电能的装置
B．电源电动势反映了电源内部非静电力做功的本领
C．在电源内部负电荷从低电势处向高电势处移动
D．把同一电源接在不同的电路中，电源的电动势也将变化
解析：电源是通过非静电力把其他形式的能转化为电能的装置，故A错误，B正确；在电源内部，电流方向从负极指向正极，所以负电荷从高电势处向低电势处移动，故C错误；把同一电源接在不同的电路中，电源的电动势不变，故D错误。故选B。
B
2．(多选)(2023·北师大附中平谷分校高二期中)铅蓄电池的电动势为2 V，这表示( )
A．无论接不接入外电路，蓄电池两极间的电压都为2 V
B．电路中每通过1 C电荷量，电源把2 J的化学能转化为电能
C．蓄电池在1 s内将2 J的化学能转化为电能
D．蓄电池将化学能转化为电能的本领比一节干电池(电动势为1.5 V)的大
BD
二、闭合电路的欧姆定律及其能量分析
3．(2022·全国高二专题练习)如图所示电路中，电源的电动势为3.0 V。闭合开关后，电压表示数为2.4 V，电流表示数为0.60 A。将电压表和电流表视为理想电表，则电源的内阻r为( )
A．0.50 Ω B．1.0 Ω
C．1.5 Ω D．2.0 Ω
解析：根据闭合电路欧姆定律知U＝E－Ir，代入数据有2.4＝3.0－0.60r，求得r＝1.0 Ω。
B
4．(2023·天津静海一中高二上期末)2021年国庆后，华为青年才俊“稚晖君”设计制造机器人缝纫葡萄的视频风靡全网，在他身上体现了新时代中国风华正茂的青少年们自信、专注、向上的风采。如图所示，一款微型机器人的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在电动势为E、内阻为r的直流电源上，电动机恰好能正常工作，下列说法正确的是( )
C
三、路端电压与负载的关系
5．(多选)(2023·贵州凯里一中高二开学考试)平行金属板A、B水平放置，构成平行板电容器，下极板B接地，与电阻箱R1、定值电阻R2、电源E、滑动变阻器R组成如图所示电路，滑动变阻器R的滑片置于中间位置。下列说法正确的是( )
A．上极板A带正电，下极板B不带电
B．仅增加极板A、B间的距离，极板带电荷量减小
C．仅增大电阻箱R1的阻值，电容器两端电压减小
D．仅将滑动变阻器R的滑片向b端滑动，极板带电荷量增大
BD
6．(2022·全国高二专题练习)将三个不同的电源1、2、3的U-I图线画在同一坐标轴上，如图所示，其中1和2平行，它们的内阻分别是r1、r2、r3，电动势分别是E1、E2、E3，则它们间的关系是( )
A．r1＝r2＜r3，E1﹥E2＝E3
B．r1﹥r2﹥r3，E1＝E2＜E3
C．r1﹥r2＝r3，E1＜E2＝E3
D．r1＝r2﹥r3，E1＝E2﹥E3
解析：由闭合电路欧姆定律U＝E－Ir，可知，图线与纵轴交点表示电动势，图线斜率的绝对值表示内阻，由图可知r1＝r2＜r3，E1﹥E2＝E3，A正确。
A(共42张PPT)
第十二章 电能 能量守恒定律
习题课 测电源电动势和内阻的其他方法
课内互动探究
课堂达标检测
课内互动探究
探究?
伏伏法(两只电压表)
某同学看到一个纽扣锂电池标称电动势为3 V，内阻约1 kΩ。为了较准确地测定其电动势和内阻，除待测电池外，还备有如下器材：
A．电压表V1：量程为0～3 V，内阻很大
B．电压表V2：量程为0～4 V，内阻很大
C．电流表A1：量程为0～3 A，内阻约10 Ω
D．电流表A2：量程为0～0.6 A，内阻约2 Ω
E．定值电阻R1：1 kΩ
F．定值电阻R2：50 kΩ
典题 1
G．滑动变阻器R3：0～50 Ω
H．滑动变阻器R4：0～5 kΩ
I．开关、导线若干
(1)要求测量尽可能准确，则电表应选用_____、______；定值电阻选用_______；滑动变阻器选用______。(填器材符号)
(2)在虚线框中画出实验电路图。
V1
V2
R1
R4
(3)用图像处理数据，应作__________图像。(用测量物理量的符号表示)
解析：(1)(2)由题意可知，电池的内阻较大，故最大电流约几毫安，给定的电流表量程过大，无法进行测量，故采用电压表V1与R1并联测量电流；因电池内阻较大，故应使用总阻值较大的滑动变阻器R4控制电路中的电流，使用V2测量路端电压，则实验电路图如图所示。
U2－U1
答案：(2)见解析图
为了测定电源电动势E、内阻r的大小并同时描绘出小灯泡的伏安特性曲线，某同学设计了如图甲所示的电路。闭合开关，调节电阻箱的阻值，同时记录电阻箱的阻值R，电压表 V1的示数U1，电压表 V2的示数U2。根据记录数据计算出流过电阻箱的电流I，分别描绘了a、b两条U－I图线，如图乙所示。请回答下列问题：
对点训练
(1)写出流过电阻箱的电流I的表达式_________；
(2)小灯泡两端电压随电流变化的图像是______；(选填“a”或“b”)
(3)根据图乙可以求得电源的电动势E＝__________ V，内阻r＝__________Ω，该电路中小灯泡消耗的最大功率为__________W。
b
3.0
2.0
1.0
(2)小灯泡两端电压随电流的增大而增大，所以选图线b。
(3)图线a为电源路端电压随电路中电流变化的关系图线，图线a与纵轴的交点为电源的电动势，E＝3.0 V，图线a斜率的绝对值为电源的内阻，r＝2.0 Ω，图线a、b的交点表示U1＝U2，即电阻箱的阻值为0，此时小灯泡消耗的功率最大，P＝UI＝1.0 W。
探究?
安安法(两只电流表)
所用器材为电流表G(内阻为Rg)和电流表A，滑动变阻器R，定值电阻R0，由闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可知，只要能测出两组路端电压和电流即可，但题目中只给出两个电流表，其中一个电流表G的内阻已知，可以把内阻已知的电流表和定值电阻R0串联改装成一个电压表。实验电路图如图所示。
典例剖析
图甲是利用两个电流表A1和A2测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图。S为开关，R为滑动变阻器，定值电阻R1和A1内阻之和为10 000 Ω(比电池内阻和滑动变阻器的总电阻大得多)，A2为理想电流表。
典题 2
(1)按电路原理图在图乙实物图上连线。
(2)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至_______(填“a端”“中央”或“b端”)。
(3)闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置，读出电流表A1和A2的示数I1和I2。多次改变滑动端c的位置，得到的数据如下表所示。
I1/mA 0.120 0.125 0.130 0.135 0.140 0.145
I2/mA 480 400 320 232 140 68
b端
在图丙所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1－I2图线。
(4)利用所得图线求得电池的电动势E＝___________V，内阻r＝___________Ω。(结果均保留两位小数)
(5)该电路中电源输出的短路电流Im＝___________A。(结果保留两位小数)
1.50
0.63
2.38
解析：(1)实物图连接如图1所示。
(2)实验前滑动变阻器接入电路的阻值应最大，故应将滑动变阻器的滑动端c移动至b端。
(3)I1－I2图线如图2所示。
答案：(1)见解析图 (3)见解析图
(2023·江西九江二模)某探究性学习小组利用图1中的实验器材测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1＝1 000 Ω，电阻R1＝9.0 kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0＝2 Ω的定值电阻。
对点训练
(1)请在图1中完成电路连线；
(2)通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图像如图2，由I1－I2图像得到电池的电动势E＝_________V，内阻r＝_________Ω。(结果保留2位有效数字)
答案：(1)见解析图
1.4
1.5
解析：(1)图1中完成电路连线如图。
(2)根据闭合电路的欧姆定律E＝I1(R1＋r1)＋(I1＋I2)(R0＋r)，
因为I1 I2，
化简可得E＝I1(R1＋r1)＋I2(R0＋r)，
读出两坐标(60,0.12)和(260,0.05)代入方程可得
E＝1.4 V，r＝1.5 Ω。
课堂达标检测
1．(2023·四川树德怀远中学高二阶段练习)图甲为某同学测量一节干电池的电动势和内电阻的电路图。
(1)已知毫安表表头的内阻为10 Ω，满偏电流为3 mA；R1滑动变阻器，R2为电阻箱(0～9999.9 Ω)，若将电阻箱R2的阻值调为990 Ω，改装后的电压表的量程为_________V；
(2)电流表A有两种规格，A1(量程0.6 A，内阻约为0.1 Ω)和A2(量程3 A，内阻约为0.05 Ω)；滑动变阻器R1有两种规格，最大阻值分别为20 Ω和200 Ω。则电流表应选用_____填(“A1”或“A2”)，R1应选用最大阻值为_______Ω的滑动变阻器；
3.0
A1
20
(3)实验步骤如下：
①闭合开关S前，应将滑动变阻器R1的滑动片移到左端；
②多次调节滑动变阻器的滑动片，记下电流表的示数I2和毫安表表头的示数I1；
③以I1为纵坐标，I2为横坐标，作I1－I2图线，如图乙所示；
④根据图线求得电源的电动势E＝____________________________V(保留三位有效数字)，内阻r＝_________________________________Ω(保留两位有效数字)
1.48(1.44～1.52之间均对)
0.88(0.84～0.92之间均对)
解析：(1)将电阻箱R2与毫安表串联后改装成电压表，当阻值调为R2＝990 Ω，改装后的电表的量程为U＝Ig(R2＋Rg)＝3.0 V。
(2)根据图像可知，整个过程的电流不超过0.5 A，故电流表选A1；因电源内阻较小，为了便于调节，滑动变阻器应选择20 Ω的。
(3)改装后的电压表的量程为3.0 V，电压表的内阻为RV＝R2＋Rg＝1 000 Ω，
2．(2023·天津静海一中高二期末)某同学设计实验测量一块铭牌数字模糊电池的电动势。
(1)他先用多用表直流电压10 V挡直接接在该电池两极粗测电动势，读数如图甲，读出电源电动势为_________V；
(2)为了更准确地测量该电池的电动势，他从实验室里找到了下列实验器材：
A．电流表A1，量程0.6 A，内阻r1＝1.5 Ω
B．电流表A2，量程100 mA，内阻r2＝20 Ω
C．滑动变阻器RL(0～5 Ω)
D．定值电阻R1＝5 Ω
3.6
E．定值电阻R2＝50 Ω
F．开关一个、导线若干
(3)该同学设计了如图乙所示的实验电路：
a．定值电阻R应当选择_____(填“R1”或“R2”)；
b．闭合开关，调整滑动变阻器触头位置，把电流表A1的读数记做I1，电流表A2的读数记做I2，记录多组实验数据如下：
c.在坐标系中描点，并做出该电路的I1－I2图像如图丙。
d．根据图丙得该电池的电动势E＝_______________________V(结果保留两位有效数字)。
组别 1 2 3 4 5 6
I1(A) 0.54 0.48 0.43 0.39 0.37 0.35
I2(mA) 0 22.9 39.1 51.5 61.3 69.1
R1
3.8(3.8～3.9均可)
解析：(1)根据图甲读数为3.6 V。
(3)由于回路中最大电流不能超过0.6 A，电动势约为3.6 V，根据欧姆定律可知回路中最小电阻约为6 Ω，为了保护电路，定值电阻选择R1；
3．(2023·重庆模拟预测)实验室有若干内阻为Rg＝30 Ω、满偏电流为Ig＝30 mA表头(以下电路图中均用G表示)，某同学打算先将表头改装成电压表，再对电源输出电压、电动势和内阻进行测量。
(1)若将此表头改装成量程为6 V的电压表，需要_______(“串联”或“并联”)一个_________Ω的电阻。
(2)将改装后的两个电压表(以下电路图中均用V表示)和两个表头组成如图(a)所示电路图。图中与电压表并联的表头读数为20.0 mA，则电源的输出电压为___________V。
串联
170
5.89
(3)现将改装后的电压表和电阻箱组成图(b)所示电路，调节电阻箱的阻值，记录多组电压表示数U和电阻箱读数R，描点后绘成图(c)所示一次函数图像，测出斜率为k，纵截距为b，则电源电动势为
_________，内阻为________(此问两空用“k”，“b”和电压表电阻RV表示)。
(2)因为表头的电流为20 mA，所以与之并联的电压表电流为3 mA，则干路的电流为23 mA。电源输出电压为0.023×(200＋30)V＋0.02×30 V＝5.89 V。
4．(2023·河南省杞县高中模拟预测)晓宁利用如图甲所示的电路图测量某电源的电动势和内阻，其中定值电阻R0(阻值约为10 Ω)，电阻箱R的调节范围为0～99.9 Ω，电压表V1、V2的量程分别为3 V、6 V，两电表的内阻很大。实验时晓宇完成了如下的操作：
(1)组装好实验器材后，将电阻箱的阻值调到最大，开关闭合，调节电阻箱使电压表V1的指针指到满偏，再增大电阻箱的阻值，读出两电压表V1、V2的示数U1、U2，反复调节记录多组实验数据。
(2)为了准确测量R0的阻值，晓宇利用(1)中的数据建立如图乙所示的坐标系并绘制图像，则图像与纵轴的交点应为_________；电路图甲中定值电阻的阻值R0＝_________Ω。(结果保留两位有效数字)
1.0
8.0
(3)晓宇又利用(1)中的数据建立如图丙所示的坐标系并绘制图像，由图像可知该电源的电动势为E＝_________V，内阻为r＝_________Ω；内阻r的测量值与真实值相比_______(填“偏大”“偏小”或“不变”)。(结果均保留两位有效数字)
6.0
4.0
偏小(共51张PPT)
第十二章 电能 能量守恒定律
2．闭合电路的欧姆定律
第2课时 闭合电路的欧姆定律的应用
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．掌握闭合电路动态分析的三种方法；
2．会分析闭合电路中的功率问题；
3．掌握含电容器电路的分析方法。
科学思维 1.会用程序法、结论法和特殊值与极限法分析动态问题。2.区分电源的总功率、电源的输出功率、电源内部热功率。3.知道与电容器串联和并联的电阻的特点。
课内互动探究
探究?
闭合电路的动态分析方法
要点提炼
1.闭合电路动态分析的思路
闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化，分析这类问题的基本思路是：
2．闭合电路动态分析的三种方法
(1)程序法：基本思路是“部分→整体→部分”，
(2)结论法——“并同串反”。
“并同”：指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。
“串反”：指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大。
(3)特殊值法与极限法：指因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。
典例剖析
如图所示电路，当R2的滑动片向右移动时，各表的变化情况是( )
A．A1、A2读数均变大， V1、V2读数均变小
B．A1读数变大，A2读数变小， V1读数变大， V2读数变小
C．A1读数变大，A2读数变小， V1读数变小， V2读数变大
D．A1、A2读数均变小， V1、V2读数均变大
典题 1
C
思路引导：本题可用多种方法推论各表的变化情况。用“结论法”解题快捷，但一定要理清各用电器的串、并联关系。
解析：方法Ⅰ，程序法：
当R2的滑动片向右移动时，变阻器有效电阻减小，则总电阻减小，总电流增大，故A1读数变大； V2测R3两端电压，因为电流增大，所以R3两端电压也增大，即 V2读数变大；电流增大，会使内电压增大，所以路端电压减小，即 V1读数变小；路端电压减小，而 V2增大，则R1和R2的并联电压减小，故通过R1的电流减小，即A2读数变小，所以选项C正确。
方法Ⅱ，结论法：
①“并同”：变阻器R2减小，与R2有并联关系的 V1、A2示数变小，
②“串反”：变阻器R2减小，与R2有串联关系的 V2、A1示数变大，
所以选项C正确。
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，电流表读数减小
D．电压表读数减小，电流表读数增大
对点训练
A
探究?
闭合电路的功率分析
(1)当电源输出功率最大时，机械效率η＝50%。当R→∞时，η→100%，但此时P出→0，无实际意义。
(2)对于内外电路上的固定电阻，其消耗的功率根据P＝I2R来判断，与输出功率大小的判断方法不同。
典例剖析
(多选)(2023·西安高二期末)如图所示，电源电动势为E，内阻为r，滑动变阻器接入电路的有效阻值为RP(0～15 Ω)，已知定值电阻R0为10 Ω，R为4 Ω，滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值RP的关系如图所示，下列说法正确的是( )
典题 2
BD
A．电源的电动势E＝5 V
B．电源的内阻r＝15 Ω
C．滑动变阻器的滑片从右向左移动时，R消耗的功率先增大后减小
D．滑动变阻器的滑片从右向左移动时，电源的输出功率一直增大
在如图所示的电路中，已知电源电动势E＝3 V，内电阻r＝1 Ω，电阻 R1＝2 Ω，滑动变阻器R的阻值可连续增大，问：
(1)当R多大时，R消耗的功率最大？最大功率为多少？
(2)当R多大时，R1消耗的功率最大？最大功率为多少？
(3)当R为多大时，电源的输出功率最大？最大为多少？
对点训练
思路引导：求解本题应把握以下三点：
(1)定值电阻消耗功率最大时通过的电流最大。
(2)求可变电阻消耗的功率时可将其他电阻等效为电源内阻。
(3)结合P出与外电阻间的函数关系分析，求解。
答案：(1)0.75 W (2)2 W (3)2 W
探究?
含电容器的电路分析
要点提炼
电容器是一个储存电能的元件，在直流电路中，当电容器充、放电时，电路中有电流。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无穷大的元件，电容器所在支路可视为断路，简化电路时可去掉。分析和计算含有电容器的直流电路时，关键是准确地判断并求出电容器两端的电压，其具体方法是：
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降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压。如图所示，UAD＝UAB＋UBD＝UC＋IR，由于I＝0，则UC＝UAD＝U。画等效电路时可将电容器所在支路去掉，需要求电容器所带电荷量时再加回来。
2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联的电阻两端的电压相等。
3．在计算电容器所带电荷量的变化时，如果变化前后极板所带电荷的电性相同，那么通过所连导线的电荷量等于初末状态电容器所带电荷量之差；如果变化前后极板所带电荷的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于初末状态电容器所带电荷量之和。
4．电势高的极板带正电。
典例剖析
(2023·辽宁省实验中学高二上月考)如图所示的电路中，电源的电动势E和内阻r一定，A、B为平行板电容器的两块正对金属板，R1为光敏电阻，电阻随光强的增大而减小。当R2的滑片P在a端时，闭合开关S，此时电流表A和电压表V的示数分别为I和U。以下说法正确的是( )
典题 3
D
A．若仅将R2的滑片P向b端移动，则I不变，U增大
B．若仅增大A、B板间距离，则电容器所带电荷量增大
C．若仅用更强的光照射R1，则I增大，U增大，电容器所带电荷量增加
D．若仅用更强的光照射R1，则U变化量的绝对值与I变化量的绝对值的比值不变
(多选)(2023·山东济南历城二中高二上月考改编)如图所示、已知C＝6 μF，R1＝5 Ω，R2＝6 Ω，E＝6 V，r＝1 Ω，开关S原来处于断开状态，电表均为理想电表，下列说法中正确的是( )
A．开关S闭合一段时间后，电流表的读数为0.5 A
B．开关S闭合一段时间后，电压表的读数为5 V
C．开关S闭合经过一段时间，再将开关S迅速断开，
则一段时间后通过R2的电荷量为1.8×10－5 C
D．以上说法都不对
对点训练
AC
核心素养提升
对电路故障的分析
电路故障，常见的情况是断路和短路，检验的方法有电压表法和电流表法。
(1)断路的主要表现：断路最显著的特征是电路中无电流(电流表无示数)，且该支路所有用电器不工作(常见的是灯不亮)，如果发现这种情况，则电路的故障是发生了断路。
(2)短路的具体表现：若整个电路短路，电路中电表没有示数，用电器不工作，电源发热等；若串联电路的局部短路，某用电器(发生短路)两端无电压，电路中有电流(电流表有示数)且较原来变大，另一用电器两端电压变大(如一盏电灯更亮等)。
举例：如图所示为一电路的示意图，a、b、c、d为接线柱，a、d与6 V的电源连接。a、b间，b、c间，c、d间分别连接一个电阻。现发现电路中没有电流，为检查电路故障，用一电压表分别测得b、d两点间以及a、c两点间的电压均为6 V。b、d两点间有电压，说明a、b间电路是通的，b、c间电路不通或c、d间电路不通；a、c两点间有电压，这说明c、d间电路是通的，a、b间电路不通或b、c间电路不通。综合分析可知b、c间电路不通。
(2023·山西长治二中高二上月考)如图所示电路中，A、B两灯原来正常发光，忽然B灯比原来亮了，假设这是因为电路中某一处发生了故障造成的，那么发生的故障可能是( )
A．R1短路 B．R2断路
C．R3断路 D．电源断路
案例
C
解析：如果R1短路，则电源被短路了，灯泡都不亮，A错误；电阻R2与灯泡A是并联的，如果R2断路，此处只有灯泡A一个电阻，根据并联电路特点可知，此处电阻增大，所以灯泡A两端电压增大，电路中的总电流减小，路端电压增大，通过R1的电流增大，故流过B灯支路的电流减小，B两端电压降低，B变暗，B错误；电阻R3与灯泡B是并联的，如果R3断路，此处只有灯泡B一个电阻，根据并联电路特点可知，此处电阻增大，所以灯泡B两端电压增大，B变亮，C正确；如果电源断路，电路没有电流，灯泡都不亮，D错误。
课堂达标检测
1．(2023·盐城响水中学高二期中)在如图甲、乙所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，C为电容器，定值电阻R1、R2、R3阻值相同。图甲中，流过电源的电流为I1，电源的效率为η1，电容器的电荷量为Q1；图乙中，流过电源的电流为I2，电源的效率为η2，电容器的电荷量为Q2，则下列关系式正确的是( )
A．I1>I2，η1<η2，Q1B．I1>I2，η1>η2，Q1C．I1Q2
D．I1η2，Q1>Q2
A
2．(多选)如图所示的电路，L是小灯泡，C是极板水平放置的平行板电容器，有一带电油滴悬浮在两极板间静止不动，若滑动变阻器的滑片向下滑动，则( )
A．L变亮 B．L变暗
C．油滴向上运动 D．油滴向下运动
BD
解析：滑动变阻器的滑片向下滑动，使得电路的总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律可知，干路电流I增大，L两端的电压U＝E－Ir减小，L变暗，B正确；电容器两端的电压与L两端电压相等，则油滴受到向上的静电力减小，油滴向下运动，D正确。
3．(2023·广东广州大学附中高二上月考)如图所示的电路中，电源电动势不变、内阻不能忽略，R1、R2、R3、R4为定值电阻，L1、L2是小灯泡(阻值不变)，电流表是理想电表。闭合开关S，两灯泡均正常发光。由于某种原因定值电阻R1处突然断路，则( )
A．电流表的读数变小，L1变亮，L2变暗
B．电流表的读数变小，L1变暗，L2变亮
C．电流表的读数变大，L1变亮，L2变暗
D．电流表的读数变大，L1变暗，L2变亮
A
4．如图所示的电路中，电池的电动势为E，内阻为r，电路中的电阻R1、R2和R3的阻值都相同，在开关S处于闭合状态下，若将开关S1由位置1切换到位置2，则( )
A．电压表的示数变大
B．电池内部消耗的功率变大
C．电阻R2两端的电压变大
D．电池的效率变高
B
5．(2023·河南省实验中学高二上期中)在如图所示的电路中，两平行正对金属板A、B水平放置，两板间的距离d＝4.5 cm。电源电动势E＝400 V，内电阻r＝2 Ω，电阻R1＝198 Ω。闭合开关S，待电路稳定后，将一带正电的小球(可视为质点)从B板上的小孔以初速度v0＝1.0 m/s竖直向上射入两板间，小球恰好能到达A板。若小球所带电荷量q＝1.0×10－7C，质量m＝2.0×10－4 kg，不考虑空气阻力，忽略射入小球对电路的影响，取g＝10 m/s2，求：
(1)滑动变阻器接入电路的阻值；
(2)当没有小球射入时，改变P的位置，求滑动变阻器消耗的最大电功率P滑；(共78张PPT)
第十二章 电能 能量守恒定律
3．实验：电池的电动势和内阻的测量
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．了解并掌握测量电池的电动势和内阻的原理和实验方法。
2．学习用图像法处理实验数据。
3．会对测量误差进行分析，了解测量中减小误差的方法。
物理观念 知道测定电池的电动势和内阻的实验原理：闭合电路的欧姆定律。
科学思维 1.会设计测定电池电动势和内阻的“伏安法”“伏阻法”“安阻法”的电路图。2.体会图像法处理数据的优势。
科学态度 与责任 1.根据“伏安法”测定电池电动势和内阻的原理，会选用实验器材、正确连接电路、规范实验操作。2.能进行分组、自主合作探究，并对信息进行数据处理。
课前预习反馈
实验原理
知识点 1
闭合电路的欧姆定律。
测电源E、r的几种方法与电路连接图
知识点 2
主要仪器 原理 电路图
电压表 电流表 变阻器
主要仪器 原理 电路图
电压表 变阻箱
电流表 变阻箱
测量数据的处理方法
知识点 3
为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法。
1．代数法
利用U、I值多求几组E和r的值，算出它们的平均值
2．图像法
以I为横坐标，U为纵坐标建立直角坐标系，根据几组I、U的测量数据，在坐标系中描点，此时可大致看到，U－I图像是一条斜向下的直线。如图所示。
①纵轴的截距等于电源的__________E；横轴的截距等于外电路短
路时的电流I 0＝_________。
电动势
电源的内阻
『判一判』
(1)在用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，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。( )
(2)在用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，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。( )
(3)用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，偶然误差主要来源于电压表、电流表的读数以及作U－I图线时描点不准确。( )
√
√
√
『选一选』
(多选)为测定某一电池的电动势和内电阻，下面几组器材中，能完成实验的是( )
A．一只电流表、一只电压表、一只变阻器、开关和导线
B．一只电流表、两只变阻器、开关和导线
C．一只电流表、一只电阻箱、开关和导线
D．一只电压表、一只电阻箱、开关和导线
ACD
『想一想』
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0～20 Ω，连接电路的实物图如图所示。请指出该学生接线中的错误和不规范的做法。
答案：①滑动变阻器不起变阻作用；②电流表正负接线柱接错；③开关不能控制电压表，电路无法断开。
解析：由图中接线可知，滑动变阻器连成定值电阻起不到变阻作用，电流表正、负接线柱接错；电压表始终有读数，开关不能控制电压表，电压表接线应接到开关外侧。
课内互动探究
一、器材准备
被测电源(如干电池、水果电池等)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关和导线。
二、操作过程
1．确定电流表、电压表的量程，按图所示电路把器材连接好，如图所示。
2．把变阻器的滑动片移到最左端使阻值最大。
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。并填入下表：
实验序号 1 2 3 4 5 6
I/A I1 I2 I3 I4 I5 I6
U外/ V U1 U2 U3 U4 U5 U6
4.断开开关，整理好器材。
5．以U为纵轴，I为横轴，将记录的电压、电流标在坐标图上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻。
2．图像法
把测出的多组U、I值，在U－I图中描点画图像，使U－I图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图所示，由U＝E－Ir可知：
四、误差分析
(1)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。
(2)系统误差：主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些。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，如图所示，可见E测五、注意事项
在实验时应注意以下四点：
1．电池应选使用过一段时间的半新电池，电流表一般选0～0.6 A挡，电压表一般选0～3 V挡。
2．闭合开关前，一定把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。
3．在电流表有明显示数且稳定后，再读出电压表读数U和电流表读数I。
4．一般来说电池的电动势和内阻都随着使用时间的增长而变化，实验时不要长时间通电，只是在读数时让电路接通，其他时间要断开电路。
探究?
实验仪器的选择及实物连线
典例剖析
做“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验，可供选用的器材有：
A．电流表(量程：0～0.6 A RA约为1 Ω)
B．电流表(量程：0～3 A RA约为0.6 Ω)
C．电压表(量程：0～3 V R V约为5 kΩ)
D．电压表(量程：0～15 V R V约为10 kΩ)
E．滑动变阻器(阻值范围：0～10 Ω 额定电流：1.5 A)
典题 1
F．滑动变阻器(阻值范围：0～2 kΩ 额定电流：0.2 A)
G．待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干
(1)请画出能使本实验测量精确程度较高的实验电路图。
(2)电路中电流表应选用______，电压表应选用______，滑动变阻器应选用______。(填字母代号)
(3)如图甲所示为实验所需器材，请按电路图连接实物图。
思路引导：(1)实验器材的选取应遵循安全、精确和操作方便的原则。本实验的误差主要来自电压表的分流。因此，本实验中滑动变阻器的选择原则是：阻值范围小而额定电流较大。电压表的选择原则是：在满足量程要求的前提下选取内阻较大的。电流表的选择需根据实验中电流大小的估算值来确定。
(2)根据实验要求，先画出电路图，然后根据电路图连接实物图。
A
C
E
解析：(1)电路如图乙所示。
(2)考虑到待测电源只有一节干电池，所以电压表应选C；实验中电流又不能太大，一般不超过0.5 A，所以电流表应选A；滑动变阻器不能选择太大的阻值，从允许最大电流和减小实验误差来看，应选择电阻较小而额定电流较大的滑动变阻器E。
(3)如图丙所示。
答案：(1)如图乙所示 (3)如图丙所示
用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V，内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻，除待测电池组、开关、导线外，还有下列器材供选用：
A．电流表：量程0.6 A，内电阻约1 Ω
B．电流表：量程3 A，内电阻约0.2 Ω
C．电压表：量程3 V，内电阻约30 kΩ
D．电压表：量程6 V，内电阻约60 kΩ
E．滑动变阻器：0～1 000 Ω，额定电流0.5 A
F．滑动变阻器：0～20 Ω，额定电流2 A
对点训练
(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用______，电压表应选用______，滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)。
(2)下图为正确选择仪器后，连好的部分电路。为
了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将______和______相连、______和_____相连、______和______相连(均填仪器上接线柱的字母代号)。
A
D
F
a
d
c
g
f
h
解析：(1)此次实验电流表内阻对实验没有影响，选择小量程电流表，减小读数误差；串联电池的电动势约为4.5 V，电压表应选择D项；接入电路中的电阻在满足要求的条件下不宜过大，容易调节，故滑动变阻器应选 F。
(2)电压表的内阻相对滑动变阻器的内阻较大，流经电压表的电流可以忽略不计，所以选择电流表内接法，以减小误差。
探究?
实验数据处理
典例剖析,
某实验小组正在测定一新型电池的电动势(约为3 V)和内阻，现要选取一个定值电阻R0当作保护电阻。
(1)在操作台上准备了如下实验器材：
A．电压表V(量程为0～3 V，电阻约4 kΩ)
B．电流表A1(量程为0～1 A，内阻约0.5 Ω)
C．电流表A2(量程为0～3 A，内阻约0.5 Ω)
典题 2
D．滑动变阻器R(0～10 Ω)
E．开关S一个，导线若干
根据上述器材，在测量R0阻值时电流表应选择_____(填序号)，电路图应选择图甲中哪种接法_____(填序号)，经测量定值电阻R0的阻值为3.0 Ω。
B
a
(2)之后为了测量该新型电池的电动势和内阻，设计了如图乙所示的实验电路，在图乙中将所选器材连接起来。
(3)根据实验记录的数据作出U－I图线如图丙所示，根据图丙可以求出待测新型电池的内阻为_________Ω，电动势为______V。(结果均保留两位有效数字)
0.75
2.9
答案：(2)见解析图
(2023·辽宁渤海大学附属中学高二上月考)某同学做“测定电动势约2 V、内阻约几欧姆的电池的电动势和内阻”实验。他采用如图甲所示的实验电路进行测量。现有下列器材供选用：
A．电压表(0～15 V，内阻约20 kΩ)
B．电压表(0～3 V，内阻约10 kΩ)
C．电流表(0～0.6 A，内阻约0.4 Ω)
D．电流表(0～3 A，内阻约1 Ω)
E．滑动变阻器(0～500 Ω，1 A)
F．滑动变阻器(0～20 Ω，2 A)
对点训练
(1)实验中所用电压表应选用______，电流表应选用______，滑动变阻器应选用______。(填字母代号)
(2)图乙中给出了做实验所需要的各种仪器。请你按电路图把它们连成实验电路。
B
C
F
(3)根据实验数据作出U－I图像，如图丙所示，则电池的电动势E＝_______ V，内阻r＝_________Ω。(结果均保留两位有效数字)
(4)这位同学对以上实验进行了误差分析，其中正确的是( BD )
A．实验产生的系统误差，主要是由于电流表的分压作用
B．实验产生的系统误差，主要是由于电压表的分流作用
C．实验测出的内阻大于真实值
D．实验测出的电动势小于真实值
答案：(2)见解析图
2.0
3.8
解析：(1)为使实验方便调节，滑动变阻器应选F；电池的电动势约为2 V，则电压表应选B，电路最大电流约为零点几安培，则电流表应选C。
(2)根据电路图连接实物图，如图1所示。
(4)在测量电池的电动势和内阻时，电压表准确测量电路的外电压，因为电压表的分流作用，电流表测量通过电源的电流偏小。作出U－I的实际图线和测量图线如图2所示，可知电动势的测量值偏小，内阻的测量值偏小，选项A、C错误，B、D正确。
核心素养提升
实验误差分析
由于电压表和电流表内阻影响产生的误差。下面首先对伏安法的两种连接方式进行误差分析。
甲
②图像法：E真＝U＋(I测＋IV)r，其中电压表示数U是准确的路端电压，而电流表示数I测并不是真正的干路电流，I真－I测＝IV，IV＝，可知路端电压越大，IV越大；当U＝0时，IV＝0，短路电流的测量值没有误差，如图乙所示。所以，真实值与测量值的U－I图线在横轴交于一点。根据图像可知E测(2)电路连接如图甲所示。设电压表示数为U，电流表示数为I，理论上E＝U＋UA＋Ir，UA＝IRA；其中电流表示数I是准确的干路电流，而电压表示数U并不是真正的路端电压，而是忽略了电流表的分压UA，从而形成了误差，即电流表分压造成了误差。
甲
②图像法：E真＝U测＋UA＋Ir，其中电流表示数I是准确的干路电流，而电压表示数U测并不是真正的路端电压，U真－U测＝UA＝IRA，可知干路电流越大，UA越大；当I＝0时，UA＝0，纵轴截距的测量值没有误差，电动势的测量没有误差，如图乙所示。根据图像可知E测＝E真，r测>r真。
乙
(2023·山东枣庄八中高二上月考)测定电源的电动势和内阻的实验电路和U－I图像如图所示，请回答下列问题：
(1)如图甲所示，在闭合开关之前为保护电路而移动滑动变阻器的滑动头P，应放在滑动变阻器_____处(填“a”或“b”)。
案例
a
(2)现有以下器材：
A．干电池1个
B．滑动变阻器(0～50 Ω)
C．电压表(0～3 V)
D．电压表(0～15 V)
E．电流表(0～0.6 A)
F．电流表(0～3 A)
其中电流表应选_____，电压表应选_____。(填字母代号)
E
C
(3)如图乙是根据实验数据画出的U－I图像，由此可知这个干电池的电动势E＝__________________V，内电阻r＝___________________Ω。(计算结果均保留三位有效数字)
(4)本实验中E测_____E真，r测_____r真(填“>”“<”或“＝”)。
1.50(1.49～1.51)
0.750(0.725～0.775)
<
<
解析：(1)如题图甲所示，在闭合开关之前为保护电路而移动滑动变阻器的滑动头P，应放在滑动变阻器a处，此时，电路中总电阻最大，防止电表烧坏。
(2)实验中电路中的电流不超过0.6 A，则电流表应选E；测一节干电池的电动势，则电压表应选C。
(4)由图示电路可知，由于电压表的分流作用使得电流表所测电流小于流过电源的电流，电压表的分流作用是造成系统误差的原因；当外电路短路时，电流的测量值等于真实值，除此之外，由于电压表的分流作用，电流的测量值均小于其真实值，电源的U－I图像如图所示，由图像可知，电源电动势和内阻的测量值都小于真实值。
故本实验中E测课堂达标检测
一、测电源E、r的几种方法与电路
1．(2023·河北邯郸一中高二学业考试)利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差。应该选择的实验电路是( )
A
解析：干电池内阻较小，和电流表的内阻接近。测量电源电动势和内阻时，根据闭合电路欧姆定律有U＝E－Ir，若采用电流表外接法，则U＝E－I(r＋RA)，测出的电动势是准确的，而电源的内阻测量值为r′＝r＋RA，由于电流表内阻跟电源内阻差不多，导致误差较大；若采用电流表内接法，实验的误差主要是由电压表分流所引起的，由于电压表内阻远远大于滑动变阻器和电流表内阻，电压表的分流作用可以忽略，B错误，A正确；测定电源的电动势和内阻的原理是闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，用电压表测量路端电压U，用电流表测量电流I，利用滑动变阻器调节外电阻，改变路端电压和电流，实现多次测量，只有一个电流表和滑动变阻器或一个电压表和滑动变阻器无法进行测定，C、D错误。
2．(多选)用伏安法测量电源电动势和内阻的实验中，下列有关注意事项的说法中正确的是( )
A．应选用新的干电池作为被测电源，以使电压表的示数变化比较明显
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，以免损坏电源
D．根据实验记录的数据作U－I图线时，应画一条通过尽可能多的点的直线，并使不在直线上的点大致分布在直线的两侧
CD
解析：实验时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，A错误；应选用内阻较小的电流表和内阻较大的电压表，B错误；移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路，以免损坏电源，C正确；由作图规范可知，D正确。
3．某同学有个超霸(GP)9 V电池如图甲所示，他欲测量该电池的电动势和内阻(内阻约为25 Ω)。提供的器材如下：电流表A(量程为0～200 μA，内阻为500 Ω)，开关S，电阻箱R1(最大阻值为9 999.9 Ω)，电阻箱R2(最大阻值为99 999.9 Ω)和若干导线。
(1)由于电流表A的量程太小，需将电流表A改装成量程为0～9 V的电压表V，则电流表A应与电阻箱_________(填“R1并联”“R1串联”“R2并联”或“R2串联”)，并将该电阻箱的阻值调为____________ Ω。
R2串联
44 500
8.33
16.7
(3)若考虑电表对电路的影响，则该电池的电动势测量值________真实值，内阻的测量值________真实值。(均填“大于”“等于”或“小于”)
解析：(1)根据电表的改装，应给电流表串联一个电阻，从而将其改装为电压表。将Ig＝200 μA、rg＝500 Ω的电流表改装成量程为0～9 V的电压表，则有Ig·(rg＋R)＝9 V，代入数据解得R＝44 500 Ω，电阻箱应选择R2。
小于
小于
二、数据处理方法
4．实验室给出下列器材，请你完成一节干电池电动势和内阻的测定。
A．一节待测干电池(内阻大于2 Ω)
B．电流表，量程为0～0.6 A，内阻为5 Ω左右
C．电流表，量程为0～1.5 A，内阻为0.5 Ω左右
D．电压表，量程为0～2.0 V，内阻为5 kΩ左右
E．滑动变阻器，最大阻值为100 Ω
F．滑动变阻器，最大阻值为10 Ω
G．开关一只，导线若干。
(1)该实验所需器材：_____________(填器材前面的字母)。
(2)请画出该实验电路图。
ABDFG
(3)下表列出了某组同学测得的实验数据，其中有一组数据不符合读数要求，请将该组数据的序号填在横线上：_____。
组序 1 2 3 4 5 6
U/V 1.37 1.32 1.24 1.20 1.10 1.05
I/A 0.12 0.2 0.31 0.42 0.50 0.57
2
(4)根据表中数据，在下图中，作出U-I图像，并根据图像计算被测电池的电动势为_____________________________V，内阻为_______________________________Ω。
1.46(1.45～1.47均正确)
0.75均正确)
0.73(0.70～
答案：(2)见解析图 (4)见解析图
解析：(1)应用电压表和电流表测量干电池电动势和内阻，应选用电源A、电压表D、开关与导线G，根据表中数据或电路中的电阻计算，最大电流不超过0.6 A，则电流表选B，滑动变阻器起限流作用，最大阻值与电路干路其他元件总电阻相当或大一点儿即可，则选F。
(2)如图所示。
(3)第2组数据中的电流值不符合有效数字位数。
(4)描点作出图像，纵轴的截距为电动势，大小约为1.46 V，图像的斜率为电源内阻，大小约为0.73 Ω。(共47张PPT)
第十二章 电能 能量守恒定律
1．电路中的能量转化
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质。
2．理解电热和电热功率，关注焦耳定律在生产、生活中的应用。
3．从能量转化和守恒的角度理解电功和电热的区别。
课前预习反馈
电功和电功率
知识点 1
1．电能转化为其他形式的能，是通过________做功来实现的。
2．电流做功的实质：导体中的____________对自由电荷的静电力在做功。
3．静电力的功：电流在一段电路中所做的功等于电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的________。即W＝__________。
电流
恒定电场
乘积
UIt
4．电功率
(1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电________之比。
(2)定义式：P＝_________。
(3)电功率表达式：P＝________。
(4)单位：电功的单位是_______(J)，电功率的单位是_______(W)。
时间
UI
焦耳
瓦特
『判一判』
(1)电功与能量的单位都是焦耳，电功就是电能。( )
(2)电功与电能不同，电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。( )
(3)电功率越大，表示电流做功越多。( )
×
×
√
『想一想』
用电器的功率越大，接在电路中消耗的电能也就越大，这种说法正确吗？
解析：不正确。电功的定义式为W＝IUt＝Pt，即电流做功一方面与电功率有关，另一方面还与通电时间有关，只有电功率与时间的乘积越大时，消耗的电能才越大。
焦耳定律
知识点 2
1．焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成_____，跟导体的电阻及通电时间成________。即Q＝__________。
2．热功率：电流通过导体发热的功率P热＝_______。
『判一判』
(4)焦耳定律的表达式为Q＝I2Rt，此式适用于任何电路。( )
正比
正比
I2Rt
I2R
√
×
电路中的能量转化
知识点 3
1．电动机工作时能量转化关系：电动机从电源获得的能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为________。
2．功率关系：P电＝_____________。
3．电池充电时能量转化关系：电能转化为________能和内能。
内能
P机＋P热
化学
『选一选』如图所示，一幢居民楼里住着生活习惯各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等。停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是( )
解析：家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P＝UI来计算，C正确。
C
课内互动探究
探究?
串、并联电路中电功率的分析与计算
要点提炼
1.串联电路
3．结论
无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和。
(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，即不要超过用电器的额定电压、额定电流。
典例剖析
(2023·广东省惠州市高二上学期期末)额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V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下图中的哪一个( )
典题 1
C
思路引导：由于题目电压已定，取最小电流功率最小，但需保证用电器都正常工作。
解析：电路要正常工作且消耗功率最小，则P总＝U总I总可知I总越小越好，但不能小于A的额定电流，故A可在干路中而B所需电流要小，可并联电阻分流从而得到正常工作的最小电流及最小功率，故选C。
(多选)图中R1＝2 Ω，R2＝4 Ω，R3＝4 Ω，通电后( )
A．经R1和R3的电流之比I1∶I3＝2∶1
B．R1两端的电压和R3两端的电压之比U1∶U3＝1∶1
C．三个电阻消耗的电功率之比P1∶P2∶P3＝2∶1∶1
D．三个电阻消耗的电功率之比P1∶P2∶P3＝3∶2∶4
对点训练
ABC
探究?
纯电阻电路与非纯电阻电路
要点提炼
1.两种电路的比较
两种电路 比较内容 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器
2.电功、电热、电功率、热功率的比较
物理量 比较项 电功 电热 电功率 热功率
意义 电流通过 导体，静电 力做的功， 表示消耗 电能的多少 电流通过导 体产生的热， 表示消耗的 电能之中有 多少转化为 内能 描述了单 位时间内 消耗电能 的多少 描述了单位
时间内消
耗的电能
之中有多少
转化为内能
【注意】(1)正确识别纯电阻电路与非纯电阻电路，明确各公式的适用条件及电功和电热的关系。
(2)电动机电路不是纯电阻电路，但被卡住时则为纯电阻电路。欧姆定律只适用于纯电阻电路。
典例剖析
(2023·福建福州八县(市)协作校高二上期中联考)小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1 Ω)与规格为“4 V 4 W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5 Ω 的电阻串联，然后接至U＝12 V的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作。
(1)求流过电阻R的电流；
(2)求电动机的发热功率；
(3)如果在正常工作时，转子突然被卡住，求此时电动机中的电流。
典题 2
答案：(1)1.6 A (2)0.36 W (3)1.7 A
(2022·浙江长兴县教育研究中心高二期中)假如电吹风中的电动机和电热丝串联连接，已知电动机线圈的电阻为R1，电热丝的阻值为R2。设电吹风机工作时两端的电压为U，工作电流为I，消耗的电功率为P，则下列关系正确的是( )
A．P＝UI B．P＝I2(R1＋R2)
C．U＝I(R1＋R2) D．P＝UI－I2R2
解析：已知电吹风机工作时两端的电压为U，工作电流为I，则消耗的电功率为P＝UI，故A正确，D错误；对电吹风机，电能不是全部转化为热能，故消耗的电功率大于此时的热功率，有P＞I2(R1＋R2)，故B错误；根据电吹风机工作时，消耗的电功率大于热功率，可得P＝UI＞I2(R1＋R2)，即U＞I(R1＋R2)，故C错误。
对点训练
A
核心素养提升
误区警示
1．非纯电阻电路两端所加电压U1与其电阻部分的电压U2不等，U1＞U2。
2．不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，其功率P＝UI恒成立，P热＝I2R也恒成立，但在非纯电阻电路中，P＞P热，不能用错公式。
3．为避免错误，可以从能量转化与守恒的角度进行判断，不要盲目下结论。
4．当电动机不转时(刚启动或被卡住)时电动机所在电路为纯电阻电路，满足欧姆定律。此时的电流是电动机的最大电流。
(2023·山西长治二中期中)电阻R和电动机 串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关闭合后，电动机正常工作。设电阻R和电动机 两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做的功为W1，产生的热量为Q1；电流通过电动机的功为W2，产生的热量为Q2。则有( )
A．U1＜U2，Q1＝Q2
B．U1＝U2，Q1＝Q2
C．W1＝W2，Q1＞Q2
D．W1＜W2，Q1＜Q2
A
案例
错解：B或C或D
错因分析：错解B：不清楚在非纯电阻电路中公式U＝IR不再成立，错选B项；错解C：由W＝IUt判断出W1＝W2，考虑到电动机有机械能输出，由能量的转化与守恒判断得Q1＞Q2，误认为C正确；错解D：正确判断出U1＜U2后，由W＝IUt得W1＜W2，由Q＝IUt，得Q1＜Q2，错选D项。
正确解答：电动机正常工作时其电路是非纯电阻电路，其两端电压U2＞IR＝U1，B错误；电流做的功W1＝IU1t，W2＝IU2t，因此W1＜W2，C错误；产生的热量由Q＝I2Rt可判断Q1＝Q2，A正确，D错误。
课堂达标检测
一、电功和电功率
1．(2022·重庆山县官渡中学高二阶段测试)两电阻R1、R2的电流I和电压U的关系如题图所示，可知两电阻串联时的功率之比等于( )
D
解析：由于该图线为I－U图线，则图线的斜率表示电阻的倒数，两根图线的斜率比为3∶1，所以电阻之比为R1∶R2＝1∶3，根据功率公式P＝I2R，可知，两电阻串联时，电流相同，则功率之比等于电阻之比，即有PR1∶PR2＝1∶3，A、B、C错误，D正确。
2．(多选)(2023·黑龙江牡丹江三中高二上月考)如图所示，R1＝2 Ω，R2＝ 10 Ω，R3＝10 Ω，A、B两端接在电压恒定的电源上，则( )
A．S断开时，R1与R2两端的电压之比为1∶5
B．S闭合时，通过R1与R2的电流之比为2∶1
C．S闭合时，电阻R2与R3的功率之比为1∶1
D．S断开时，电阻R1与R2的功率之比为1∶1
ABC
二、焦耳定律和电路中的能量转化
3.(2023·宁波诺丁汉大学附属中学高二下学期期中)如右图所示，理发用的电吹风机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，得到热风将头发吹干，设电动机的线圈电阻为R1，它与电热丝的电阻R2串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压
为U，电流为I，消耗的电功率为P，则有( )
A．P＜UI B．P＝I2(R1＋R2)
C．P＞UI D．P＞I2(R1＋R2)
D
解析：电吹风机消耗的电功率P是总的功率，总功率的大小应该用P＝IU来计算，所以A、C错误；电吹风机中发热的功率要用I2R来计算，所以总的发热功率为I2(R1＋R2)，吹风机的总功率P＝IU要大于发热部分的功率，所以B错误，D正确。
4．(2023·广东省江门市高三模拟)扫地机器人利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，并能根据红外感应绕开障碍物。某扫地机器人正常工作时电动机的电压为10 V、电流为3 A、线圈电阻为1 Ω。则下列有关它的说法正确的是( )
A．正常工作时，电动机的发热功率为100 W
B．正常工作时，电动机的输出功率为9 W
C．正常工作时，电动机的总功率为30 W
D．电动机被杂物卡住无法运转(不考虑保护电路的作用)时，电动机的热功率为9 W
C
5．(2023·山东菏泽一中期中考试)如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻rA＝2 Ω。当S1闭合，S2、S3断开时，电流表(看成理想电流表)A示数为6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表A示数为5 A，且电动机输出功率为35 W；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表A示数为4 A。求：
(1)电炉的电阻及发热功率；
(2)电动机的内阻；
(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？
答案：(1)2 Ω 72 W (2)1 Ω (3)16 W(共62张PPT)
第十二章 电能 能量守恒定律
章 末 小 结
方法归纳提炼
进考场练真题
知识网络构建
知识网络构建
方法归纳提炼
2．非纯电阻电路
在非纯电阻电路中，电功等电热与其他形式能量之和；电功率等热功率与其他形式功率之和P＝UI＝I2R＋P机。
典例剖析
(2023·河北正定中学高二上学期段考)一个电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(电源内阻忽略不计)，均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A，则下列说法中正确的是( )
A．饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω
B．电饭煲消耗的电功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W
C．1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J
D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍
典题 1
C
二、闭合电路的分析与计算
1．闭合电路的欧姆定律
研究闭合电路，主要物理量为E、r、R、I、U，前两个是常量，后三个是变量，闭合电路的欧姆定律的表达形式有：
3．电路的动态分析
分析依据是：闭合电路的欧姆定律、部分电路的欧姆定律、串联电路的电压关系、并联电路的电流关系，常用规律：
(1)变化电阻本身和总电路变化规律相同；
(2)总电路上R增大时总电流I减小，路端电压U增大；
(3)和变化电阻有串联关系的看电流，即总电流减小时，该电阻的电流、电压都减小。
(4)和变化电阻有并联关系的看电压，即路端电压增大时，该电阻的电流、电压都增大。
4．闭合电路的U－I图像
图中a为电源的U－I图像，b为外电阻的U－I图像。
两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压；该点和原点之间的矩形的面积表示输出功率；
a的斜率的绝对值表示电源内阻大小；
b的斜率表示外电阻的大小；当两个斜率相等时(即内、外电阻相等时)图中矩形面积最大，即电源的输出功率最大。
典例剖析
(多选)(2023·湖南长沙高二期中)如图，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r，闭合开关，将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI，正确的是( )
A．A的示数减小
B．电源输出功率在增大
C．ΔU3与ΔI的比值减小
D．ΔU1大于ΔU2
典题 2
BD
三、电学实验中的几个问题
1．进行仪器选择、电路设计时，应注意以下原则：
(1)安全性原则：所选元件在电路中不能被损坏，如电压表或电流表在电路中时，各对应物理量不超过它们的量程。
(2)目的性原则：所设计的电路应能够达到实验的目的。
(4)方便操作原则：所设计的实验容易达到实验目的，且又简捷、方便。
(5)经济实惠原则：所设计的电路中所用的仪器应在大多数实验室能找到，本原则也可称为可实施原则。
2．电压表、电流表及多用电表的读数
(1)电压表、电流表和多用电表的直流电压、直流电流挡的读数，要看清选择的量程和分度值。
(2)多用电表的欧姆挡的读数要看清选择的倍率，如：×1、×10、×100等。
3．实验仪器的选取
(1)电源允许通过的最大电流要大于电路中的实际电流。
(2)用电器的额定电流应大于或等于通过它的实际电流。
(3)电压表和电流表的量程或改装后的量程不能小于被测电压和电流的最大值。
当滑动变阻器的全阻值远小于用电器的电阻，若实验要求电流、电压变化范围较大时，采用分压式。当电源提供的最小电流仍大于仪器允许的最大电流时，必须采用分压式。其他情况，从减少电能损耗考虑，应优先采用限流式电路。
5．电路的实物连接方法
(1)先图后连，先串后并。
(2)看准极性，接线到柱。
(3)明确量程，检查定位。
6．数据的处理方法
(1)公式法：物理意义比较明确。
(2)图像法：有取平均值的效果，结果比较准确。
7．仪器代换
(1)一个定值电阻和一个已知内阻的电流表可以代换电压表。
(2)已知内阻的小量程电流表可以改装后再接入电路。
(2023·广西桂林十八中高二上期中)如图所示的电路中，电源的电动势E＝6 V，内阻r＝1 Ω，电阻R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，电容器的电容C＝3.6 μF，二极管D具有单向导电性，开始时，开关S1闭合，S2断开。
典题 3
(1)开关S1闭合，S2，断开时，电容器两端的电压为多少？
(2)闭合S2，待电路稳定以后，求电容器上电荷量变化了多少？
(3)闭合S2，待电路稳定以后再断开S1，求断开S1后流过R1的电荷量是多少？
答案：(1)4.5 V (2)减少了1.8×10－6 C (3)9.6×10－6 C
进考场练真题
一、高考真题探析
(2023·湖北高考真题)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图(a)所示电路，所用器材如下：
电压表(量程0～3 V，内阻很大)；
电流表(量程0～0.6 A)；
电阻箱(阻值0～999.9 Ω)；
干电池一节、开关一个和导线若干。
典题
(1)根据图(a)，完成图(b)中的实物图连线。
(2)调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U－I图像如图(c)所示，则干电池的电动势为___________ V(保留3位有效数字)、内阻为___________ Ω(保留2位有效数字)。
1.58
0.64
2.5
(4)由于电压表内阻不是无穷大，本实验干电池内阻的测量值_______ (填“偏大”或“偏小”)。
解析：(1)实物连线如图：
偏小
答案：(1)见解析图
二、临场真题练兵
1．(2022·江苏高考)如图所示，电路中灯泡均正常发光，阻值分别为R1＝2 Ω，R2＝3 Ω，R3＝2 Ω，R4＝4 Ω，电源电动势E＝12 V，内阻不计，四个灯泡中消耗功率最大的是( )
A．R1 B．R2
C．R3 D．R4
A
2．(2022·浙江高考)风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途径之一。如图所示，风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。某风力发电机在风速为9 m/s时，输出电功率为405 kW，风速在5～10 m/s范围内，转化效率可视为不变。该风机叶片旋转一周扫过的面积为A，空气密度为ρ，风场风速为v，并保持风正面吹向叶片。下列说法正确的是( )
D
A．该风力发电机的输出电功率与风速成正比
C．若每天平均有1.0×108 kW的风能资源，则每天发电量为2.4×109 kW·h
D．若风场每年有5 000 h风速在6～10 m/s范围内，则该发电机年发电量至少为6.0×105 kW·h
3．(2021·湖南卷)某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0，并配有可在电阻丝上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：
(1)将器材如图(a)连接。
(2)开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的_____(填“a”或“b”)端。
b
(3)改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据。
(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图(b)所示，图线斜率为k，与纵轴截距为d，设单位角度对应电阻丝的阻值为r0，该电池
电动势和内阻可表示为E＝______，r＝_______________。(用R0、RA、k、d、r0表示)
(5)为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0。利用现有器材设计实验，在图(c)方框中画出实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示)。
(6)利用测出的r0，可得该电池的电动势和内阻。
答案：(5)见解析图
(5)实验器材中有定值电阻R0和单刀双掷开关，考虑使用等效法测量电阻丝电阻，实验电路图如图所示。
原理的简单说明：
①将开关置于R0位置，读出电流表示数I0；
②将开关置于电阻丝处，调节电阻丝的角度，
直到电流表示数为I0，读出此时角度θ；
③此时θr0＝R0，即可求得r0的数值。
4．(2022·全国甲卷)某同学要测量微安表内阻，可利用的实验器材有：电源E(电动势1.5 V，内阻很小)，电流表(量程10 mA，内阻约10 Ω)，微安表(量程100 μA，内阻Rg待测，约1 kΩ)，滑动变阻器R(最大阻值10 Ω)，定值电阻R0(阻值10 Ω)，开关S，导线若干。
(1)将图中所示的器材符号连线，画出实验电路原理图；
(2)某次测量中，微安表的示数为90.0 μA，电流表的示数为9.00 mA，由此计算出微安表内阻Rg＝_________Ω。
答案：(1)见解析图
990
解析：(1)为了准确测出微安表两端的电压，可以让微安表与定值电阻R0并联，再与电流表串联，通过电流表的电流与微安表的电流之差，可求出流过定值电阻R0的电流，从而求出微安表两端的电压，进而求出微安表的内电阻，由于电源电压过大，并且为了测量多组数据，滑动电阻器采用分压式解法，实验电路原理图如图所示
5．(2023·浙江高考真题)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中
(1)部分连线如图1所示，导线a端应连接到_____ (选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上。正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图2所示，其示数为___________ V。
(2)测得的7组数据已标在如图3所示U－I坐标系上，用作图法求干电池的电动势E＝___________ V和内阻r＝___________ Ω。(计算结果均保留两位小数)
B
1.20
1.50
1.04
解析：(1)电压表测量的电压应为滑动变阻器接入电路中电阻丝两端的电阻，开关应能控制电路，所以导线a端应连接到B处；干电池电动势约为1.5 V，电压表选择0～3 V量程，分度值为0.1 V，题图中电压表读数为1.20 V。
(2)作出U－I如图所示 :
根据闭合电路的欧姆定律U＝E－Ir，
可知U－I图像纵轴截距为电源电动势可得：E＝1.50 V，
6．(2022·天津高考)实验小组测量某型号电池的电动势和内阻。用电流表、电压表、滑动变阻器、待测电池等器材组成如图1所示实验电路，由测得的实验数据绘制成的U－I图像如图2所示。
(1)图1的电路图为下图中的______。(选填“A”或“B”)
(2)如果实验中所用电表均视为理想电表，根据图2得到该电池的电动势E＝__________ V，内阻r＝__________ Ω。
B
4.5
1.8
(3)实验后进行反思，发现上述实验方案存在系统误差。若考虑到电表内阻的影响，对测得的实验数据进行修正，在图2中重新绘制U－I图线，与原图线比较，新绘制的图线与横坐标轴交点的数值将________，与纵坐标轴交点的数值将________。(两空均选填“变大”“变小”或“不变”)
不变
变大
故新绘制的图线与横坐标轴交点的数值将不变，与纵坐标轴交点的数值将变大。
7．(2022·北京高考)物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
(1)用电压表(内阻约为3 kΩ)和电流表(内阻约为0.1 Ω)测量一个电阻的阻值(约为5 Ω)。要求尽量减小实验误差，应该选择的测量电路是图1中的______(选填“甲”或“乙”)。
甲
(2)一多用电表表盘上的电阻刻度线正中间标有“15”字样。用它测量约20 kΩ电阻的阻值，下列实验步骤正确的操作顺序为____________(填各实验步骤前的字母)。
A．将选择开关置于“×1 k”位置
B．将选择开关置于“OFF”位置
C．将两表笔分别接触待测电阻两端，读出其阻值后随即断开
D．将两表笔直接接触，调节欧姆调零旋钮，使指针指向“0”
ADCB
(3)图2是“测量电源的电动势和内电阻”实验的电路图。某同学在实验中，闭合开关后，发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表有示数且不变，电流表始终没有示数。为查找故障，在其他连接不变的情况下，他将电压表连接a位置的导线端分别试触b、c、d三个位置，发现试触b、c时，电压表有示数；试触d 时，电压表没有示数。若电路中仅有一处故障，则______(选填选项前的字母)。
A．导线ab断路
B．滑动变阻器断路
C．导线cd断路
D．滑动变阻器短路
C
(2)测量过程中应该先选择合适挡位，根据题意选择“×1 k”挡位，然后进行欧姆调零，再进行测量，测量完成后要将开关置于“OFF”挡，故顺序为ADCB。
(3)闭合电键后，却发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电流表示数始终为零，可能是电路中出现断路，电压表的示数不变化，说明电压表串联在电路中；当试触b、c时依然是这个情况说明b、c段是正常的，试触d时，电压表没有示数说明在cd之间某处发生了断路，故选C。(共46张PPT)
第十二章 电能 能量守恒定律
4．能源与可持续发展
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．知道能量守恒定律的具体内容。
2．了解能量耗散，知道能量转移或转化的方向性。
3．知道能源的分类与应用，知道能源的利用与社会发展的关系。
物理观念 1.了解自然界中存在多种形式的能量。知道不同形式的能量可互相转化，在转化过程中能量总量保持不变，能量转化是有方向性的。2.知道利用能量是人类生存和社会发展的必要条件之一，人类利用的能量来自可再生能源和不可再生能源
科学思维 1.知道合理使用能源的重要性，具有可持续发展观念，养成节能的习惯。2.认识环境污染的危害，思考科学、技术、社会、环境协调发展的关系，具有环境保护的意识和行动。
课前预习反馈
能量守恒定律
知识点 1
能量守恒定律的内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持________。
『判一判』
(1)能量在转移或转化过程中总量是保持不变的。( )
转化
转移
不变
√
能量转移或转化的方向性
知识点 2
1．能量转化的方向性
科学家研究发现，一切与热现象有关的宏观自然过程都是________的。
2．能量的耗散：把能量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新________的现象，它反映出自然界中的宏观过程具有________性。
3．节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未________，但在可利用的品质上________了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。
不可逆
利用
方向
减少
降低
『判一判』
(2)能量耗散不遵循能量守恒定律。( )
(3)能量耗散会导致能量品质的降低。( )
(4)为了可持续发展，必须节约能源。( )
×
√
√
『选一选』
(2023·上海闵行高二期末)下列过程中属于机械能转化为电能的是( )
A．水力发电 B．火力发电
C．核能发电 D．太阳能发电
解析：水力发电是机械能转化为电能，A正确；火力发电是化学能转化为电能，B错误；核能发电是核能转化为电能，C错误；太阳能发电是光能转化为电能，D错误。
A
『想一想』
如图所示是两幅宣传节约能源的图片。请问：
既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？
答案：能量是守恒的，但能量耗散却会导致能量品质降低，它实际上将能量从可用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。故能量虽然不会减少但可利用的高品质能源会越来越少，所以要节约能源。
能源的分类与应用
知识点 3
1．不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，又叫________能源。
2．可再生能源：水能、风能、潮汐能等来源于__________的这些能源。
3．我国能源的开发：太阳能发电、________发电、风能发电、________发电。
『判一判』
(5)石油、天然气都属于新能源。( )
化石
太阳能
水力
核能
×
能源与社会发展
知识点 4
1．人类对能源的利用经历的三个时期：________时期、煤炭时期、石油时期。
2．能源的开发和利用对环境造成的影响：
(1)石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，加剧了________效应，使得两极的冰雪融化，海平面上升。
(2)石油和煤炭的燃烧形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化________。
(3)内燃机工作时产生氮的氧化物和碳氢化合物，这些化合物在大气中受紫外线的照射，产生光化学________。燃烧时产生的________也是主要的污染物。
柴薪
温室
土壤
烟雾
浮尘
『判一判』
(6)石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”。( )
(7)能量耗散现象反映了在一些特殊过程中能量并不守恒，从而导致能源不可再生。( )
√
×
课内互动探究
探究?
能量守恒定律的理解和应用
要点提炼
1.能量的存在形式及相互转化
(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。
(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。
2．能量转化和转移的方向性
能量的转化和转移具有方向性，或者说，能量的转化和转移具有不可逆性。
(1)机械能和内能转化过程的方向性
机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化。无论何种热机，都不可能百分之百地把内能变成机械能，而不产生其他影响，即热机的效率一定小于100%。
(2)热传递的方向性
内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不能自发地从低温物体向高温物体转移。
3．能量守恒的两种表达
(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。
(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
4．应用能量转化与守恒解题的步骤
(1)首先分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。
(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)依据ΔE减＝ΔE增列式求解。
典例剖析
在“嫦娥五号”卫星的两侧装有太阳能电池板，为“嫦娥五号”卫星的正常工作提供能量。下列说法正确的是( )
A．太阳能可以转化为电能
B．太阳能不可以转化为电能
C．太阳能的利用，说明能量可以消灭
D．太阳能的利用，说明能量可以创生
解析：太阳能电池板工作时将太阳能转化为电能，过程中能量没有消灭，也没有创生，太阳能的利用只能说明能量是可以转化的，B、C、D错误，A正确。
典题 1
A
(多选)如图所示长木板A静止放在光滑的水平地面上，物体B以水平速度冲上A后，由于摩擦力作用，最后停止在木板A上，则从B冲上木板A到相对A静止的过程中，下述说法正确的有( )
A．物体B动能的减少量大于系统损失的机械能
B．物体B克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量
C．物体B损失的机械能等于木板A获得的机械能
D．物体B克服摩擦力做的功等于木板A增加的机械能与系统增加的内能之和
对点训练
AD
解析：物体B以水平速度冲上A后，由于摩擦力作用，B做匀减速运动，A做匀加速运动，根据能量守恒定律，物体B动能的减少量等于A增加的动能和系统损失的机械能之和，故A正确；对物体B，根据动能定理有W合＝ΔEk，物体B克服摩擦力做的功等于B动能的减少量，由能量守恒定律知，物体B克服摩擦力做的功等于木板A增加的机械能与系统增加的内能之和，故B错误，D正确；物体B损失的机械能等于木板A增加的机械能与系统损失的机械能之和，故C错误。
探究?
能源的利用与可持续发展
要点提炼
1.能源开发和利用的关系图
2．能源的分类
能源分 类方法 能源分 类名称 特点 举例
按形成 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
能源分 类方法 能源分 类名称 特点 举例
按利用 技术分 常规 能源 已大规模正常使用 煤、石油、天然气、水能
新能源 正在开发，或有新的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能
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、不断补充 水能、风能、生物质能、地热能
不可再 生能源 短期内无法转换获得 煤、石油、天然气、核燃料
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)
3.能源对环境的影响
(1)常规能源对环境的影响
石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是人类过度开发自然所产生的严重问题。
(2)做好环境保护工作
目前的任务是采用环境能源技术，解决突出的环境污染问题，例如：城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零排放”；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝。
典例剖析
(2023·福建泉州高二期末)太阳能电池板为中国空间站正常工作提供能量。当光线照射电池板表面时，一部分太阳能被电池板中的硅材料吸收，使材料中的电子电势能增大。下列说法正确的是( )
A．太阳能是可再生能源
B．电子的电势能增大，说明能量可以创生
C．太阳能被硅材料吸收，说明能量可以消灭
D．只有部分太阳能被硅材料吸收，说明能量不守恒
解析：太阳能是可再生能源，故A正确；太阳能电池板工作时将太阳能转化为电能，过程中能量是守恒的，能量没有消灭，也没有创生，太阳能的利用只能说明能量是可以转化的，故B、C、D错误。故选A。
典题 2
A
(2022·广西崇左市江州区高级中学高一开学考试)有关能源与可持续发展，下列正确的是( )
A．因为能量在转化过程中是守恒的，所以是不会有能源危机的
B．电能是广泛使用的一次能源
C．目前的核电站都是利用核聚变释放的核能来发电的
D．以风能，太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向
对点训练
D
解析：能源在转化过程中虽然守恒，但并不是所有的能源都能够被人类所利用，目前作为人类主要能源的化石能源正逐渐被消耗，A错误；电能不能从自然界直接获取，是二次能源，B错误；核电站是通过核裂变来发电的，C错误；以风能，太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向，D正确。
核心素养提升
能量耗散和品质降低
1．能量耗散
(1)燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。这样的现象叫能量耗散。
(2)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
2．能量品质的降低
能量耗散虽然不会使能量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。
(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．能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能收集起来被人类利用
C．各种形式的能量向内能的转化，是能够全额发生的
D．能量耗散导致能量品质降低
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，能量耗散遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错误，D正确；耗散的内能无法再被收集起来利用，B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，C正确。故选BCD。
案例
BCD
课堂达标检测
一、能量守恒定律、能量转移或转化的方向
1．电动机通电后电动机带动其他机器运转，一段时间后，电动机的外壳就会变得烫手，则下列关于能的转化和守恒的说法中正确的是( )
A．电能全部转化为机械能，总的能量守恒
B．电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒
C．电能全部转化为内能，内能守恒
D．电能转化为机械能和内能，机械能守恒
B
解析：因为电动机的外壳就会变得烫手，说明有一部分电能转化成了内能，故A错误；电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒，故B正确；在转化中是电能转化为机械能及小部分的内能，故内能不守恒，故C错误；因为电能转化为机械能和内能，机械能增加了，但是，能的总量守恒，故D错误。
2．能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是 ( )
A．因为能量守恒，所以能量可以随意使用
B．不同形式的能量之间可以相互转化
C．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机
D．能量可以被消灭，也可以被创生
解析：能量是守恒的，但在利用能量的过程中有能量耗散，耗散的能量不可再利用，符合自然界中一切与热现象有关的宏观过程都有方向性，是不可逆的；应节约能源，故A、C错误；自然界中的能量可以从一种形式转化为另一种形式，不同形式的能量间可以相互转化，故B正确；能量不能被创生，也不能被消灭，故D错误。
B
二、能源的分类与应用，能源与社会发展
3．(多选)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是( )
A．无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．开发和利用能源的同时，必须加强对环境的保护
D．不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径
解析：能源是有限的，必须合理利用能源，A正确；尽管能量守恒，但使用过程中会有能量耗散及品质降低，B错误；能源开发利用推动人类进步，但同时会破坏人类生存的环境，所以必须加强对环境的保护，C正确；开发新能源、清洁能源可以缓解常规能源的不足，D正确。
ACD
4．(2023·湘鄂冀三省七校高二上月考)PM2.5主要来自化石燃料、生活物质、垃圾的焚烧。为了控制污染，要求我们节约及高效利用资源。关于能源和能量，下列说法正确的是( )
A．自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用
B．能量被使用后就消失了，所以要节约资源
C．人类应多开发和利用太阳能、风能等新能源
D．能量耗散说明自然界的能量正在不断减少
C
解析：煤、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，故A错误；能量被使用后转化为其他形式的能，能量并没有消失，故B错误；太阳能和风能，包括水能等都是可再生、清洁的能源，应该尽量开发，故C正确；能量不会减少，也不会被消灭掉，只是存在形式发生转变，故D错误。
5．“能源分类相关图”如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是( )
A．煤炭、石油、潮汐能
B．水能、氢能、天然气
C．太阳能、风能、沼气
D．地热能、海洋能、核能
解析：煤炭、石油、天然气是化石能源，来自太阳，但不是新能源，故A、B错误；太阳能、风能、沼气都是来自太阳的可再生能源，故C正确；地热能、核能不是来自太阳的能源，故D错误。
C
6．(2023·湖南高二期中)2021年6月11日，我国成功将北京三号卫星送入预定轨道，如图卫星两翼的太阳能电池板把太阳能转化为电能供卫星使用。关于太阳能等能源与可持续发展，以下说法正确的是( )
A．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化学
能源可以改善空气质量
B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能
量可以被创造
C．水电站里的发电机装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能
D．核能对环境的污染比常规能源对环境的污染大
A
解析：改善空气质量，就应该从根本上减少碳排放量，用新能源代替传统的化石能源，节能减排，A正确；能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B错误；由于水下落过程以及发电机装置都有摩擦，故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，C错误；核能属于新能源，是一种清洁能源，D错误。
