《学霸笔记 同步精讲》第12章 电能 能量守恒定律 本章整合（课件）高中物理人教版必修三

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本 章 整 合
知识网络·系统构建
重点题型·归纳剖析
知识网络·系统构建
本章知识可分为三个组成部分。第一部分为基本公式及概念,第二部分为基本规律,第三部分为实验。
一、基本公式及概念
公式及概念
二、基本规律
三、实验
电池电动势和内阻的测量
重点题型·归纳剖析
一
二
三
电源的功率和效率
【例题1】 (多选)如图所示,R1为定值电阻,R2为可变电阻,E为电源电动势,r为电源内阻,以下说法正确的是(　　)
A.当R2=R1+r时,R2获得最大功率
B.当R1=R2+r时,R1获得最大功率
C.当R2=0时,R1获得最大功率
D.当R2=0时,电源的输出功率最大
答案:AC
解析:在讨论R2的电功率时,可将R1视为电源内阻的一部分,即将原电路等效为外电阻R2与电动势为E、内阻为(R1+r)的电源(等效电源)连成的闭合电路(如图甲所示),R2的电功率是等效电源的输出功率。显然当R2=R1+r时,R2获得的电功率最大,A项正确;讨论R1的电功率时,由于R1为定值,根据P=I2R知,电路中电流越大,R1上的电功率就越大(P1=I2R1),所以,当R2=0时,等效电源内阻最小(等于r,如图乙所示),R1获得的电功率最大,故B项错误,C项正确;讨论电源的输出功率时,(R1+R2)为外电阻,内阻r恒定,由于题目没有给出R1和r的具体数值,所以当R2=0时,电源输出功率不一定最大,故D项错误。
解决最大功率问题的两点注意
1.解决最大功率问题时,要弄清是定值电阻还是可变电阻的最大功率,定值电阻的最大功率用P=I2R=分析,可变电阻的最大功率用等效电源法求解。
2.电源输出功率最大时,效率不是最大,只有50%。
【变式训练1】 (多选)直流电路如图所示,在滑动变阻器的滑片P向右移动时,电源的(　　)
A.总功率一定减小
B.效率一定增大
C.内部损耗功率一定减小
D.输出功率一定先增大后减小
答案:ABC
纯电阻电路和非纯电阻电路
【例题2】 如图所示,电解槽A和电炉B并联后接到电源上,电源内阻r=1 Ω,电炉电阻R=19 Ω,电解槽电阻r'=0.5 Ω。当S1闭合、S2断开时,电炉消耗功率为684 W;S1、S2都闭合时电炉消耗功率为475 W(电炉电阻可看作不变)。
(1)求电源的电动势。
(2)求S1、S2都闭合时,通过电解槽的电流。
(3)求S1、S2都闭合时,电解槽中电能转化成化学能的功率。
答案:(1)120 V (2)20 A (3)1 700 W
(3)电解槽消耗的电功率
PA=U=20×95 W=1 900 W
电解槽内热损耗功率
P热=IA2r'=202×0.5 W=200 W
电解槽中电能转化成化学能的功率为
P化=PA-P热=1 700 W。
1.电炉为纯电阻用电器,其消耗的电能全部转化为电热。
2.电解槽为非纯电阻用电器,其消耗的电能转化为电热和化学能两部分。
【变式训练2】 如图所示,电源E(内阻不计)电压恒定且为12 V,定值电阻R1=R2=8 Ω,电动机M的内阻为R3=1 Ω,当开关S闭合,电动机转动稳定后,理想电压表的读数为U1=4 V。电动机除了内阻外不计其他损耗。
(1)求电动机输出的机械功率P1。
(2)求电路消耗的总功率P。
答案:(1)3 W
(2)30 W
含容电路的分析与计算
1.电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过,此支路相当于断路,因此电容器两极板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,电容器两极板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。
【例题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。

(1)求S闭合后,稳定时通过R1的电流。
(2)S原来闭合,然后断开,求这个过程中流过R1的电荷量。
答案:(1)1 A
(2)1.2×10-4 C
解析:(1)S闭合后,电路稳定时,R1、R2串联,则有
即为通过R1的电流。
(2)S闭合时,电容器两端电压UC=U2=I·R2=6 V,储存的电荷量Q1=C·UC。S断开至达到稳定后电路中电流为零,此时UC'=E,储存的电荷量Q1'=C·UC'。很显然,电容器上的电荷量增加了ΔQ=Q1'-Q1=CUC'-CUC=1.2×10-4 C。电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的,这只有通过R1这条途径实现,所以电容器电荷量的增加量就是流过R1的电荷量。
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。
【变式训练3】 如图所示,电路中R1、R2均为可变电阻,电源内阻不能忽略,平行板电容器C的极板水平放置。闭合开关S,电路达到稳定时,带电油滴悬浮在两板之间静止不动。如果仅改变下列某一个条件,油滴仍能静止不动的是(　　)
A.增大R1的阻值
B.增大R2的阻值
C.增大两板间的距离
D.断开开关S
答案:B
解析:由闭合电路欧姆定律可知:增大R1的阻值会使总电阻增大,总电流减小,电源内电路电势降落减小,R1两端电压增大,则电容器两板间电压增大,板间电场强度增大,油滴受静电力增大,油滴将向上运动,选项A错误;电路稳定时R2中无电流,R2阻值变化对电路无任何影响,则选项B正确;只增大板间距离d,会使板间电场强度减小,油滴将向下运动,选项C错误;断开开关S,电容器放电,油滴将向下运动,选项D错误。