(共38张PPT)
第五章 | 电能与能源的可持续发展
第一节 电路中的能量
核心素养点击
物理观念 (1)通过实例分析，理解电能转化为其他形式的能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
(2)通过推导电功公式和焦耳定律，理解电功、电功率和焦耳定律的内涵
(3)知道闭合电路中的能量转化关系
科学思维 从能量的转化和守恒角度分析非纯电阻电路中的能量转化，理解电功和电热的区别和联系
科学态度与责任 (1)能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象
(2)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
一、电功和电功率
1．填一填
(1)电功。
①定义：电流通过一段电路时，自由电荷在________的推动下做定向移动，电场力对__________所做的功，称为电功。
②公式：W＝____，单位：_____，符号：____。
(2)电功率。
①定义：电流做功与完成这些功_________之比叫作电功率。
②公式：P＝ ___＝UI，单位：_____，符号：___ ,1 kW＝103 W。
电场力
自由电荷
UIt
焦耳
J
所用时间
瓦特
W
2．判一判
(1)电功与电能的单位是相同的，因此，电功就是电能。 ( )
(2)电流做的功越多，电功率越大。 ( )
(3)电流做功的过程实质上就是静电力对自由电荷做功的过程。 ( )
3．想一想
如图所示，已知电路两端的电势差为U，电路中的电流为I，
电荷从左端到达右端所用的时间为t，则在t时间内通过导体
某截面的电荷量是多少？把这些电荷从左端移到右端，电场力做功是多少？
提示：由电流的定义式可得通过某截面的电荷量q＝It，根据静电力做功的公式W＝qU，可得W＝UIt。
×
×
√
二、焦耳定律
1．填一填
(1)焦耳定律。
①内容：电流通过导体产生的热量与______________成正比，与___________及_________成正比。
②公式：Q＝_____。
(2)热功率：一段电路因发热而消耗的功率，P＝____。
2．判一判
(1)W＝UIt可以计算任何电路的电功。 ( )
(2)Q＝I2Rt可以计算任何电路的热量。 ( )
(3)任何电路都有W＝Q，即UIt＝I2Rt。 ( )
电流的二次方
导体的电阻
通电时间
I2Rt
I2R
√
√
×
3．想一想
如图所示是电视机和电风扇，说明它们是纯电阻电路还是非纯电阻电路？电流做的电功是否全部转化为热量？
提示：电视机和电风扇都是非纯电阻电路，电流做的电功并不是全部转化为热量。
三、闭合电路中的能量
1．填一填
功率 电源的功率 电源的输出功率 电源的内耗功率
公式 P＝____ P出＝_____ P内＝______
意义 _____提供电能的____ _______消耗电能的功率 ________消耗电能的功率
关系 P＝__________
EI
U外I
U内I
电源
功率
外电路
内电路
P出＋P内
2．判一判
(1)电流相同时，电源提供的电功率一定相同。 ( )
(2)电源提供的电功率等于内外电路上消耗的功率之和。 ( )
(3)内电路消耗的功率就是整个电路的电功率。 ( )
×
√
×
3．选一选
如图所示为电源和导线内移送电荷的情况。则将单位正电荷
沿闭合回路移动一周所释放的能量大小决定于 ( )
A．电源的电动势
B．电路中电流的大小
C．电源的内阻
D．电源的容量
解析：移动电荷一周所释放的能量，就是电源提供给它的电能，数值等于电源内部非静电力做功的数值，即W＝Eq。题干中限定了单位正电荷，可见W的数值只取决于E，故A对，B、C、D错。
答案：A
探究(一) 串、并联电路中的电功率的分析与计算
[重难释解]
1．串联电路功率关系
(1)各部分电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比(纯电阻电路)。
(2)总功率P总＝UI＝(U1＋U2＋…＋Un)I＝P1＋P2＋…＋Pn。
现有额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W 的两盏电灯，若接在电压是220 V的电路上，两盏电灯均能正常发光，那么电路中消耗功率最小的电路是 ( )
[解题指导]
(1)电路的总功率等于各用电器消耗的功率之和。
(2)串联电路中，功率与电阻成正比；并联电路中，功率与电阻成反比。
解析：若要两灯均正常发光，亦即每灯的电压均为110 V，对A电路，因为RA＜RB，所以UA＜UB，即UB＞110 V，B灯将被烧坏；对B电路，UB＞U并，B灯将被烧坏；对C电路，RA可能等于B灯与变阻器并联后的电阻，所以UA可能等于UB，等于110 V，两灯可能正常发光，且电路消耗总功率为200 W；对D电路，滑动变阻器电阻可能等于两灯并联后总电阻，可能有UA＝UB＝U并＝110 V，两灯可能正常发光，且电路中消耗总功率为280 W。综上可知，C正确。
答案：C
[素养训练]
1．如图所示，一个电阻R和一个灯泡L串联接在电压恒为U的电
源上，电路中的电流为I。电阻两端的电压为U1，电功率为P1；
灯泡两端的电压为U2，电功率为P2。则下列关系式正确的是 ( )
A．P1＝UI B．P2＝U2R
C．U2＝U－IR D．U1＝U－IR
解析：电阻的功率P1＝U1I，A错误；P2＝U2I，B错误；U2＝U－U1＝U－IR，C正确，D错误。
答案：C
2． 2019年诺贝尔化学奖授予来自美国的科学家约翰·古迪纳夫、
斯坦利·惠廷厄姆和日本科学家吉野彰，以表彰他们在锂离子
电池研发领域作出的贡献。如图是某手机用锂电池。则关于
该锂电池下列说法正确的是 ( )
A．标签上的mA·h是电能的单位
B．若该手机平均待机电流为10 mA，则该手机最长可待机40小时
C．该电池工作时输出电压可能为5 V
D．使用5 V、1 A的手机充电器给此电池充电，若转换效率为75%，约需要2小时才能把此电池充满
答案：D
3．某款高科技的锂离子多功能电池有两路电压输出设计，如图所示。一路为环状凹槽电极，该路经由电路输出电芯电压，额定电压为3.7 V；另一路为与干电池电极完全相同的中心柱状电极，经由变换电路输出额定电压1.5 V，下表为该电池的各项参数。下列说法正确的是 ( )
型号 PH5 标准容量 810 mA·h(3.7 V)
2 000 mA·h(1.5 V)
电芯 锂聚合物 输出电流(最大) 1 500 mA(3.7 V)
2 000 mA(1.5 V)
标准电压 DC1.5 V/3.7 V 电池寿命 大于500次完全充放电(根据使用情况而异)
A．使用环状凹槽电极时，电池的能量是2 916 J
B．使用环状凹槽电极时，在最大输出电流工作状态下能工作约2 h
C．使用中心柱状电极时，电池的电量是10 800 C
D．使用中心柱状电极时，在最大输出电流工作状态下能工作约1 h
答案：D
探究(二) 纯电阻电路和非纯电阻电路
[重难释解]
1．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。
2．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
电路类型 纯电阻电路 非纯电阻电路
举例 白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅 电动机、电解槽
能量转化情况
电功和电热的关系 W＝Q即UIt＝I2Rt W＝Q＋E其他
UIt＝I2Rt＋E其他
续表
在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验
电路。当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电
压表的示数分别为0.5 A和 1.0 V；重新调节R使电动机恢复正常
运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。
[解题指导]
(1)电动机停止转动，电路为纯电阻电路。
(2)电动机正常运转，电路为非纯电阻电路。
答案：22.0 W 2 Ω
[迁移·发散]
上述典例中，若电动机以v＝1 m/s匀速竖直向上提升重物，该重物的质量为多少？(g＝10 m/s2)
电动机电路的分析与计算
答案：D
2．(2022·广东1月学考)一台电动机的额定电压是220 V，额定电流是5 A，线圈电阻为0.5 Ω，则此电动机正常工作时每秒产生的热量为 ( )
A．25 J B．12.5 J
C．110 J D．1 100 J
解析：电动机正常工作时线圈电阻生热Q＝I2r线t＝52×0.5×1 J＝12.5 J，所以每秒产生的热量为12.5 J，A、C、D错误，B正确。
答案：B
3．某电动机提升重物的装置如图所示，电源的电压为120 V，不计内阻。重物的质量m＝50 kg。当电动机以v＝0.9 m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度I＝5 A，重力加速度g＝10 m/s2，则下列判断不正确的是 ( )
A．电动机的消耗功率为600 W
B．电动机的机械功率为450 W
C．电动机线圈电阻为6 Ω
D．电动机线圈电阻为24 Ω
解析：电动机消耗功率P＝UI＝600 W，选项A正确，不符合题意；电动机的机械功率P机＝mgv＝450 W，选项B正确，不符合题意；对电动机P－P机＝I2r，解得电动机线圈电阻为r＝6 Ω，选项C正确，不符合题意，选项D错误，符合题意。
答案：D
一、培养创新意识和创新思维
自动扶梯最多乘载人数的确定[选自鲁科版新教材课后习题]
某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在工作电压为380 V的电动机带动下以0.5 m/s的恒定速率向斜上方移动，电动机的最大输出功率为4.9 kW。不载人时测得电动机中的电流为5 A，若载人时扶梯的移动速率与不载人时相同，忽略电动机内阻的热损耗，则不载人时扶梯运行的电功率是多大？若输送一个人的功率为120 W，则这台自动扶梯可同时乘载多少人？
答案：1 900 W 25人
二、注重学以致用和思维建模
1．家电待机耗电问题常常被市民所忽略。北京市电力公司曾举办“计量日进您家”活动，免费上门为市民做家庭用电耗能诊断分析。在上门实测过程中，技术人员发现电视机待机一天的耗电在0.2千瓦·时左右，小小的机顶盒一天的待机耗电更是高达0.4千瓦·时。据最新统计温州市的常住人口约1 000万人，参考下表数据，估算每年温州市家庭用电器待机耗电约为 ( )
家庭常用电器 电视机 洗衣机 空调 电脑
户均数量/台 2 1 2 1
电器待机功耗/(W/台) 10 20 40 40
A．4×106千瓦·时 B．4×109千瓦·时
C．4×1012千瓦·时 D．1×1013 千瓦·时
解析：温州的常住人口约1 000万人，平均每户的人口按3人计算，温州大约有330万户家庭，所有用电器待机的总功率P＝(2×10＋20＋2×40＋40)W＝160 W，温州市家庭用电器待机一年的耗电量为：W＝330×104×160×10－3×365×24 kW·h≈4.62×109度，故B正确，A、C、D错误。
答案：B
解析：充电宝的输出电压为U、输出电流为I，所以充电宝输出的电功率为P＝UI，A错误；手机电池充电电流为I，所以手机电池产生的热功率为Pr＝I2r，而充电宝的热功率应为充电宝的总功率减去输出功率，根据题目信息无法求解，B、C错误；输出的电能一部分转化为手机的化学能，一部分转化为电池的热能，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为W＝UIt－I2rt，D正确。
答案：D
3．[选自鲁科版新教材课后习题]下表是某品牌电动自行车的主要技术参数。
质量m＝60 kg的人骑该电动自行车在水平路面上以6 m/s的速度匀速行驶，受到的阻力是人与车总重的0.02。取重力加速度g＝10 m/s2。
(1)若以这一速度连续行驶10 min，电动机至少做多少功？
(2)行驶过程中通过电动机的电流多大？
整车质量 40 kg 蓄电池工作电压 36 V
最高车速 25 km/h 一次充电电耗 0.6 kW·h
电动机效率 75% 充电时间 8 h
最大骑行噪声 62 dB 一次充电连续行驶里程 50 km
答案：(1)7.2×104 J (2)4.4 A(共26张PPT)
第二、三、四节 能源的利用方式能量的转化与守恒 能源与环境
核心素养点击
物理观念 (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
(2)通过实例分析知道能量耗散，认识自然界中能量转化的方向性
科学态度与责任 (1)收集资料，讨论能源的开发与利用所带来的环境污染问题，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
(2)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
(3)知道人类利用的能源有可再生能源和不可再生能源，认识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
一、能源的利用方式
1．填一填
(1)水能：是一种能源，是指水体的______、势能和压力能等能量资源，主要用于__________。水能资源最显著的特点是可再生、________。
(2)风能：是因空气流动而提供给人类的一种可利用的能量。风力发电是利用____带动风车叶片旋转，把风的动能转变为风车叶片的_______。风能是一种清洁、安全、________的绿色能源。
(3)太阳能：对太阳能的利用主要有太阳能的__________、光电转换和光化学转换。利用太阳能发电，可省去费用庞大的输电设备，随着____________转换效率的提高及制作成本的降低，前景非常诱人。
(4)核能：是一种储存在____________的能量，原子核发生核反应时，会释放巨大的能量。目前核能主要用于______。
动能
水力发电
无污染
风力
机械能
可再生
光热转换
太阳能电池
原子核内部
发电
2．判一判
(1)天然气属于化石能源。 ( )
(2)化石能源利用过程中加剧了温室效应现象。 ( )
(3)核能发电不会对环境产生危害。 ( )
√
√
×
二、能量的转化与守恒
1．填一填
(1)各式各样的能量：自然界中存在不同形式的能量，有机械能、______、电能、电磁能、核能、化学能。
(2)能量的转化和转移：能量的存在形式多种多样，不同形式的能量可以相互_____。
(3)能量守恒：能量既不会凭空产生，也不会凭空_____，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_________；在转化和转移过程中其________。
(4)能量转化(转移)的方向性：热传导过程是有方向性的，热量从高温物体向低温物体的热传导过程是能自发进行的，而其相反方向的过程是______自发进行的。在自然界的一切自发过程中，能量的转化(转移)都是有________的，但都不违反能量守恒定律。
内能
转化
消失
别的物体
总量不变
不能
方向性
2．判一判
(1)能量在转移或转化过程中总量是保持不变的。 ( )
(2)当一个物体所具有的能量增加时，一定有别的物体的能量在减小。 ( )
(3)能源利用过程中能量总量不变，可利用的品质也不变。 ( )
3．想一想
请你将两手手心对着压紧，用力来回快速摩擦10～15 s(如图)，有
什么感觉？想想看，在这一过程中能量发生了怎样的转化或转移？
这些能量的转化或转移是有方向性的吗？
提示：发热；机械能转化为内能；有。
√
√
×
三、能源与环境
1．填一填
(1)能源的分类：按能源的基本形态分类，有__________和二次能源；根据能源消耗后是否造成环境污染，可分为____________和清洁型能源；根据能源使用的类型，可分为__________和新型能源等。
(2)能源与环境：对__________的影响，对_________的影响，对_________的影响。
2．判一判
(1)电能是指电以各种形式做功的能力。 ( )
(2)煤、石油、天然气都是可再生能源。 ( )
(3)核能的利用可以缓解能源危机。 ( )
一次能源
污染型能源
常规能源
大气环境
生态环境
居住环境
√
×
√
3．选一选
以下说法正确的是 ( )
A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B．汽油是一种清洁能源
C．水能是不可再生能源
D．煤、石油等常规能源是取之不尽用之不竭的
解析：煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其来源可追溯到太阳能，选项A对；汽油燃烧会产生一些有毒气体，选项B错；水能是可再生能源，选项C错；煤、石油等储量是有限的，是不可再生能源，选项D错。
答案：A
探究(一) 对能量守恒定律的理解
[问题驱动]
[选自鲁科版新教材“物理聊吧”]如图是用一台蒸汽机和一台发电机建立的模型发电站，将这个模型发电站与小灯泡连接起来，就可以供电了。
请分析该模型发电站工作时各种形式的能量是如何转化的。
提示：蒸汽机将蒸汽的内能转化为蒸汽轮机的机械能，蒸汽轮机带动发电机转动，将机械能转化为电能使小灯泡发光。
[重难释解]
1．适用范围
能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律。
2．能量守恒定律的理解
某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定
相等。
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。
(2023·广东1月学考)水力发电对实现“碳达峰”目标具有重要意义。当某水电站的水位落差为150 m时，用于发电的水流量为每秒钟1×107 kg，发电机组的发电效率为60%。重力加速度g取10 m/s2，若某电动汽车行驶1 km消耗500 kJ的电能，则此时该水电站每秒钟所发的电可使该电动汽车行驶的里程是( )
A．1.6×104 km B．1.8×104 km
C．2.0×104 km D．2.2×104 km
[答案] B
利用能量转化与转移解题的两点注意
(1)能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移。
(2)能量在转化与转移过程中，能量的总量保持不变。利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化，避免分析时出现遗漏。
[素养训练]
1．[多选]行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是( )
A．物体克服阻力做功
B．物体的动能转化为其他形式的能量
C．物体的势能转化为其他形式的能量
D．物体的机械能转化为其他形式的能量
解析：这四个现象中物体运动过程中都受到阻力作用，汽车主要受摩擦阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，A正确。四个物体的运动过程中，汽车是动能转化成了内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之机械能转化成了其他形式的能，D正确。
答案：AD
2. 一个盛水袋，某人从侧面缓慢推装有液体的袋壁使它变形至
如图所示位置，则此过程中袋和液体的重心将 ( )
A．逐渐升高 B．逐渐降低
C．先降低再升高 D．始终不变
解析：人对液体做正功，液体的机械能增加，液体缓慢移动可以认为动能不变，重力势能增加，重心升高，A正确。
答案：A
探究(二) 能源及其开发和利用
[重难释解]
1．正确理解能量耗散和品质降低
(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，它也不过只能使地球、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
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
按使用类型分 常规能源 已大规模正常使用 煤炭、石油、天然气
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、水能
按可否再生分 可再生能源 可循环使用 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 煤炭、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(煤炭、石油、天然气)
续表
能源短缺和环境恶化指的是 ( )
①煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的，这叫能源短缺。
②煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺。
③煤炭和石油具有很大的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气，使环境恶化。
④大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化。
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
解析：煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源不能再次生成，也不可重复使用，它们的储量是有限的，并不是取之不尽、用之不竭的，这是所讲的能源短缺，②正确；化石能源在使用时会排出有害气体污染空气，这是所讲的环境恶化，④正确，故D正确。
答案：D
[素养训练]
1．(2022·广东1月学考)我国计划在2060年达到“碳中和”目标，到时生产、生活排放的碳总量与植被吸收的碳总量将达到平衡，为了实现这一目标。 未来四十年我国应减少使用的能源是 ( )
A．水能 B．石油能源
C．太阳能 D．风能
解析：水能、风能、太阳能属于清洁能源，使用过程污染少，环保；而石油能源属于污染能源，使用过程中向空气中排碳，污染严重，所以我国应减少使用石油能源，A、C、D错误，B正确。
答案：B
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收集起来重新被人类利用
C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的
D．能量耗散导致能量品质的降低
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，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；耗散的内能很难收集起来再被利用，选项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，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确。
答案：BCD
3．[多选]关于“温室效应”，下列说法正确的是 ( )
A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”
B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”
C．“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化
D．“温室效应”使得土壤酸化
解析：“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C选项正确。
答案：BC
一、培养创新意识和创新思维
1．如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一盏
“10 V 9 W”的电子节能灯工作， 若太阳能电池板接收太
阳能的有效面积为0.3 m2，平均1 h得到的太阳辐射能为0.4×
106 J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10 h。求：
(1)太阳能节能灯的能量转化情况；
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率；
(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率。
答案：(1)见解析
(2)370.4 W (3)10%
二、注重学以致用和思维建模
2．某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20 m的圆面。某时间内该地区的风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为1.2 kg/m3，假如这个风力发电机能将此圆内空气动能的10%转化为电能，若该风力发电机的发电功率约为1.63×104 W，则该地区的风速约为( )
A．10 m/s B．8 m/s C．6 m/s D．4 m/s
3．[选自鲁科版新教材课后习题] 如图所示，将小铁块绑在橡皮
筋中部，并让橡皮筋穿入铁罐，使两端分别固定在罐盖和罐
底上。将该装置从不太陡的斜面上释放，会观察到什么现象？请你做一做，并从能量转化与守恒的角度加以解释。
提示：会看到罐子滚动到坡底又自动向坡上滚动，因为向下滚动时重力势能转化成动能，又转化成橡皮筋的弹性势能储存在罐子里，弹性势能又会转化成动能、重力势能，所以又向上滚动。(共27张PPT)
习题课三 闭合电路欧姆定律的应用
综合提能(一) 闭合电路的动态分析
[知识贯通]
闭合电路动态问题的分析方法
(1)程序法。
①分析电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象；
②由局部电阻变化判断总电阻的变化；
③由I＝ 判断总电流的变化；
④据U＝E－Ir判断路端电压的变化；
⑤由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分的电路电压及电流的变化。
(2)结论法——“并同串反”。
“并同”：是指某一电阻增大时，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”：是指某一电阻增大时，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。
[典例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。当滑动变阻器的触头由中
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
闭合电路的动态分析方法
(1)程序法：局部→整体→局部。
(2)“并同串反”法：所谓“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，反之则减小；所谓“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。
[集训提能]
1. 在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，
R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器。当R2的滑片在a端
时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、
I2和U。现将R2的滑片向b端移动，则三个电表示数的变化情况是 ( )
A．I1增大，I2不变，U增大
B．I1减小，I2增大，U减小
C．I1增大，I2减小，U增大
D．I1减小，I2不变，U减小
解析：电路结构：R1、R2并联后再与R3串联，电流表A1测通过R1的电流I1，电流表A2测通过R2的电流I2，电压表V测路端电压U。R2的滑片由a滑向b时，R2阻值减小，电路总电阻减小，则总电流I增大；根据闭合电路欧姆定律知路端电压U＝E－Ir，所以电压表示数U减小；R1两端电压U1＝U－U3，而U3＝IR3，U3增大，所以U1减小，则I1减小，而I＝I1＋I2，所以I2增大，B正确，A、C、D错误。
答案：B
2. [多选]如图所示，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r。
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，则 ( )
A．A的示数增大 B．V2的示数增大
C．ΔU3与ΔI的比值大于r D．ΔU1大于ΔU2
答案：ACD
答案：BD
功率最大值的求解方法
(1)流过电源的电流最大时，电源的功率、内损耗功率均最大。
(2)对某定值电阻来说，其电流最大时功率也最大。
(3)电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻时，电源的输出功率越大。
(4)对于外电路中部分不变电阻来说，可以写出其功率表达式，利用数学知识求其极值。
[集训提能]
1. [多选]如图所示，图线AB是某电源的路端电压随电流变化的关
系图线，OM是固定电阻R两端的电压随电流变化的图线，由图
可知 ( )
A．该电源的电动势为6 V，内阻是2 Ω
B．固定电阻R的阻值为1 Ω
C．该电源的最大输出功率为9 W
D．当该电源只向电阻R供电时，其效率约为66.7%
答案：CD
2. 如图所示，电源的电动势是6 V，内电阻是0.5 Ω，电动机M的
线圈电阻为0.5 Ω，定值电阻R0为3 Ω，若电压表的示数为3 V，
试求：
(1)电源的总功率和电源的输出功率；
(2)电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率。
答案：(1)6 W 5.5 W (2)2.5 W 2 W
综合提能(三) 含容电路的分析与计算
[知识贯通]
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低，因此电容器两极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后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等。
3．电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放)电。如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。
[典例3] 如图所示，电源电动势E＝10 V，内阻可忽略，
R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，求：
(1)S闭合后，稳定时通过R1的电流；
(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的电荷量。
答案：(1)1 A (2)1.2×10－4 C
含电容器电路的分析与计算方法
(1)首先确定电路的连接关系及电容器和哪部分电路并联。
(2)根据欧姆定律求并联部分的电压即为电容器两极板间的电压。
(3)最后根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量。
[集训提能]
1．如图所示的电路中，已知电容C1＝C2，电阻R1＝R2，电源电动势为E，内阻为r，当开关S由闭合状态断开时，下列说法中正确的是 ( )
A．电容器C1的电荷量增多，电容器C2的电荷量减少
B．电容器C1的电荷量减少，电容器C2的电荷量增多
C．电容器C1、C2的电荷量都增多
D．电容器C1、C2的电荷量都减少
解析：开关S闭合时，电容器C1两端电压与R2两端电压相等，C2两端电压与R1两端电压相等；开关S断开时，电路断路，电容器C1、C2两端电压均等于电源电动势E，由Q＝CU知，电容器C1、C2的电荷量均增多，C正确。
答案：C
答案：C(共25张PPT)
第四、五章 闭合电路电能与能源的可持续
发展
一、主干知识成体系
二、迁移交汇辨析清
一、直流电路的故障分析与判断
1．电路常见故障
(1)断路；(2)短路。
2．电路故障特点
(1)断路特点：电路中发生断路时，电源电压不为零，而电流为零；如果断路出现在干路中，则发生断路的地方其两端电压等于电源电压。
(2)短路特点：电路中的某部分发生短路时，表现为有电流通过电路而该部分电路两端电压为零。
3．电路故障部位的检测和判断
(1)断路故障的检测和判断(假设只有一个断点)：用电压表与电源并联检测电路中是否有电压，若有电压时，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点。
(2)短路故障的检测和判断：用电压表与电源并联，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该段电路被短路；若电压表示数不为零，则该段电路没被短路。
[针对训练]
1. 如图所示的电路，闭合开关，灯L1、L2正常发光。由于电路
出现故障，突然发现L1变亮，L2变暗，电流表的读数变小，
根据分析，发生的故障可能是 ( )
A．R1断路 B．R2断路
C．R3短路 D．R4短路
解析：等效电路如图所示，若R1断路，总外电阻变大，总电
流减小，路端电压变大，L1两端电压变大，L1变亮；ab部分
电路结构没变，电流仍按原比例分配，总电流减小，通过L2、
R4的电流都减小，故A符合题意；若R2断路，总电阻变大，总
电流减小，ac部分电路结构没变，电流仍按原比例分配，R1、L1中电流都减小，与题意相矛盾，故B不符合题意；若R3短路或R4短路，总电阻减小，总电流增大，电流表读数变大，与题意相矛盾，故C、D不符合题意。
答案：A
2. 在如图所示的电路中，闭合开关时，灯泡不亮，已经确定是
由灯泡断路或短路引起的，在不能拆开电路的情况下(开关可
闭合，可断开)，现用一个多用电表的直流电压挡、直流电流
挡和欧姆挡分别对故障电路进行如下检查并做出判断(如表所示)。
次序 操作步骤 现象和结论
1 闭合开关，选直流电压挡，红、黑表笔分别接a、b 指针偏转，灯泡断路；指针不偏转，灯泡短路
2 闭合开关，选直流电流挡，红、黑表笔分别接a、b 指针偏转，灯泡断路；指针不偏转，灯泡短路
3 闭合开关，选欧姆挡，红、黑表笔分别接a、b 指针不动，灯泡断路；指针偏转，灯泡短路
4 断开开关，选欧姆挡，红、黑表笔分别接a、b 指针不动，灯泡断路；指针偏转最大，灯泡短路
以上操作和判断错误的是 ( )
A．1 B．2
C．3 D．4
解析：用直流电压挡接a、b时，若电压表有示数，说明其他位置都是通路，故灯泡断路；若电压表无示数，说明灯泡短路，故A正确；用直流电流挡接a、b时，若电流表有示数，说明其他位置都是通路，故灯泡断路；若电流表无示数，则说明灯泡短路，故B正确；用欧姆挡接a、b时，必须先断开电源的开关，故C错误；若断开开关，用欧姆挡接a、b时，有示数且指针偏转非常大，说明a、b间电阻接近为0，故灯泡应该是短路；若无指针偏转，则说明a、b间电阻为无穷大，灯泡断路，故D正确。
答案：C
二、闭合电路中的图像问题分析与应用
图像既能反映物理量之间的规律关系，又是分析和解决物理问题的一种工具，因此我们把各物理量间的关系或物理过程绘制成图像，既可以帮助分析推理，又可根据图像直接求解。
闭合电路中各物理量间的变化关系大都可以用有关图像表示。只要明确各种图像中点、线、面积、斜率及截距等物理量的含义并正确使用图像，闭合电路问题的求解就会既快捷准确又方便灵活。
闭合电路中常见的图像有：
续表
续表
续表
答案：AD
4．如图所示为甲、乙两灯泡的I-U图像，根据图像，计算甲、乙两灯泡串联在电压为220 V的电路中时实际发光的功率分别约为 ( )
A．5 W,3 W B．20 W,12 W
C．46 W,40 W D．60 W,70 W
解析：两灯泡串联，故两灯泡中电流相等，而两灯泡两端的电压为220 V，则由题图可知，两灯泡的电流均约为I＝15×10－2 A，甲的电压约为U1＝140 V，而乙的电压约为U2＝80 V，故甲的电功率为P甲＝U1I＝140×15×10－2 W＝21 W，而乙的电功率为P乙＝80×15×10－2 W＝12 W，故B正确，A、C、D错误。
答案：B
三、创新应用提素养
(一)在家庭生活中的应用
1．(2022·广东1月学考)某插座的额定电流为10 A，以下电器单独使用该插座时，安全的是 ( )
①额定功率为60 W，额定电压为220 V的电风扇
②额定功率为1 200 W，额定电压为220 V的洗衣机
③额定功率为3 000 W，额定电压为220 V的取暖器
④额定功率为4 500 W，额定电压为220 V的电热水器
A．①或② B．仅① C．③或① D．仅④
2. 如图所示为一种环保“重力灯”，让重物缓慢下落，拉动绳
子，从而带动发电机转动，使小灯泡发光。某“重力灯”中
的重物为18 kg，它在30 min内缓慢下落了2 m, 使规格为
“1.5 V, 0.12 W”的小灯泡正常发光。不计绳子重力，则以下说
法正确的是 ( )
A．绳子拉力对重物做正功
B．重物重力做功的功率为0.12 W
C．30 min内产生的电能为360 J
D．重物重力势能转化为灯泡电能的效率为60%
答案：D
3. 如图为某扫地机器人，其内部电机的电阻为 0.5 Ω，内置锂电池容量为 9 A·h，额定功率为 24 W，额定电压为 8 V，则该扫地机器人正常工作时 ( )
A．额定工作电流是 3 A
B．额定工作电流是 16 A
C．扫地机器人电池充满电之后最长工作时间为9 h
D．扫地机器人每秒消耗电能为 128 J
答案：A
(二)在交通工具中的应用
4. 为减少汽车排放带来的污染，很多城市开始使用电动汽车，
现有一辆质量为2 t的某品牌电动汽车，其电池每次充满电
后能提供的总电能为60 kW·h，充电时，直流充电桩充电电压为400 V，充电时间为4.5 h，充电效率为95%，以108 km/h的速度在平直高速公路匀速行驶时汽车将总电能转化为机械能的效率为90%，汽车受到的阻力为重力的3%，g取10 N/kg，由此可知( )
A．充电的平均电流为33 A
B．汽车牵引力的功率为15 kW
C．汽车能匀速行驶的时间为3 h
D．汽车能匀速行驶的距离为350 km
答案：C
5．[多选]如图为某品牌共享电动单车，与普通电动车不同的是，
该共享电动单车采用“共享充电宝＋自行车的方式”，其电
池与普通充电宝类似，电池容量只有20 000 mA·h，输入、输
出电压均为10 V，输入电流为8 A，输出电流为15 A，可以支持驱动人和单车行驶10 km左右。已知成人在平路上骑电动单车所受阻力约为20 N，则 ( )
A．该单车电池最多储存电能为7.2×104 J
B．该单车电池充电时，从零电量充至满电量大约需要时间2.5 h
C．该单车电池电能的有效利用率约为27.8%
D．成人采用“电动＋人力”方式在平路上骑行时，最大行车速度为7.5 m/s
答案：BC
