第十二章 电能 能量守恒定律 章末复习 学案 Word版含答案

章末复习
学习目标
1.理解电功、电功率及焦耳定律,能用焦耳定律解释生产生活中的电、热现象。
2.了解电动势的定义,理解闭合电路的欧姆定律及其应用,提高学生利用科学推理、找出规律、形成结论,并能解释自然现象和解决实际问题的能力。
3.了解自然界存在能源的种类,了解能源的利用与可持续发展的关系,能将节约能源的知识应用于日常生活实际,培养学生的科学、社会责任感。
自主预习
基础回顾
1.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　　　　、电路中的　　　　和通电时间t三者的乘积。?
(2)公式:W=　　　　。?
(3)国际单位:焦,符号:J。
(4)实质:导体中的恒定电场对自由电荷所做的功。
(5)意义:电流做功的过程是　　　　转化为其他形式的能的过程,电流做了多少功,表明就有多少电能转化为其他形式的能。即电功是　　　　转化为其他形式的能的量度。?
2.电功率
(1)定义:单位　　　　内电流所做的功。?
(2)公式:P=　　　　。?
(3)单位:瓦,符号:W。
(4)意义:表示电流做功的　　　　。?
3.焦耳定律
(1)内容:电流通过导体产生的热量跟　　　　　成正比,跟导体的　　　　及通电时间成正比。?
(2)公式:Q=　　　　。?
(3)对应单位:1 J=1 A2·Ω·s。
4.热功率
P热=　　　　。?
5.电功与电热的区别与联系
(1)纯电阻电路:W=Q=　　　　,P电=P热=　　　　。如:电阻、电炉丝、白炽灯;?
(2)非纯电阻电路:电功W=　　　　,电热Q=　　　　,W>Q;电功率P电=UI,热功率P热=I2R,P电>P热,如:电动机、电解槽。?
6.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　　　　跟被搬运的　　　　的比值叫电源的电动势。?
(2)公式:E=　　　　。?
(3)单位:　　　　,用“V”表示。?
(4)物理意义:电动势的大小反映了电源将其他形式的能转化为　　　　的本领,电动势大,表示电源的转化　　　　大。?
(5)电动势的决定因素:电动势是电源的属性,大小完全由　　　　　　决定,与外电路的组成及变化情况无关。?
7.闭合电路欧姆定律的内容
　。?
8.闭合电路欧姆定律的表达式
　　　　　　　　。?
自测题组
1.思考判断
(1)公式W=UIt及Q=I2Rt适用于任何电路。(　　)
(2)公式W=t=I2Rt只适用于纯电阻电路。(　　)
(3)电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量。(　　)
(4)电路中某电阻大,该电阻的功率不一定大。(　　)
(5)闭合电路中外电阻越大,路端电压越小。(　　)
(6)在闭合电路中,外电阻越大,电源的输出功率越大。 (　　)
(7)电源的输出功率越大,电源的效率越高。(　　)
2.
(多选)如图所示,电阻R1=20 Ω,电动机的内阻R2=10 Ω。当开关断开时,电流表的示数是0.5 A,当开关合上后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.I=1.5 A B.I<1.5 A
C.P=15 W D.P<15 W
3.电源的电动势为4.5 V、外电阻为4.0 Ω时,路端电压为4.0 V,若在外电路中分别并联一个6.0 Ω的电阻和串联一个6.0 Ω的电阻,则两种情况下的路端电压分别约为 (　　)
A.4.3 V　3.72 V B.3.73 V　4.3 V
C.3.72 V　4.3 V D.4.2 V　3.73 V
4.
(多选)如图所示,一直流电动机与阻值R=9 Ω的电阻串联在电源上,电源的电动势E=30 V,内阻r=1 Ω,闭合开关,用理想电压表测出电动机两端电压U=10 V,已知电动机线圈的电阻RM=1 Ω,则下列说法中正确的是(　　)
A.通过电动机的电流为10 A
B.电动机的输入功率为20 W
C.电源的输出功率为4 W
D.电动机的输出功率为16 W
课堂探究
一、重点问题提炼
关于电功、电功率及焦耳定律的计算
1.电功是电能转化为其他形式能的量度,电热是电能转化为内能的量度。通常情况下,计算电功时用公式W=IUt,计算电热时用公式Q=I2Rt。
2.从能量转化的角度来看,电功和焦耳热之间的数量关系是W≥Q、UIt≥I2Rt。
(1)纯电阻电路:如电炉等构成的电路,电流做功将电能全部转化为内能,此时有W=Q。计算时可任选一公式:W=Q=Pt=I2Rt=UIt=t。
(2)非纯电阻电路:如含有电动机、电解槽等的电路,电流做功除将电能转化为内能外,还转化为机械能、化学能等,此时有W>Q。电功只能用公式W=UIt来计算,焦耳热只能用公式Q=I2Rt来计算。对于非纯电阻电路,欧姆定律不再适用。
　　二、疑难问题剖析
电路的动态分析
1.动态电路的特点
断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小,导致电路电压、电流、功率等的变化。
2.电路动态分析的两种方法
(1)程序法:电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路→变化支路。
(2)极限法:即因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。
三、例题展示
【例题1】
如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻r=0.8 Ω,电路中另一电阻R=10 Ω,直流电压U=160 V,电压表示数UV=110 V。试求:
(1)通过电动机的电流;
(2)输入电动机的电功率;
(3)若电动机以v=1 m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量。(g取10 m/s2)
【变式训练1】(多选)在如图所示的电路中,输入电压U恒为8 V,灯泡L标有“3 V　6 W”字样,电动机线圈的电阻RM=1 Ω。若灯泡恰能正常发光,下列说法正确的是(　　)
A.电动机的输入电压是5 V
B.流过电动机的电流是2 A
C.电动机的效率是80%
D.整个电路消耗的电功率是10 W
【例题2】
(多选)如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,电表均为理想电表。闭合开关S后,若减小R的阻值,则下列说法正确的是(　　)
A.电流表的示数一定增大
B.电压表的示数一定增大
C.电源的输出功率一定增大
D.R1上的电压一定减小
【变式训练2】在校园冬季安全大检查中,某学习小组发现学校宿舍楼的火警报警装置的电路如图所示,R1为热敏电阻,温度升高时,R1急剧减小,当电铃两端电压达到一定值时,电铃会响,则下列说法正确的是(　　)
A.若报警器的电池老化(内阻变大,电动势不变),不会影响报警器的安全性能
B.若试验时发现当有火时装置不响,应把R2的滑片P向下移
C.若试验时发现当有火时装置不响,应把R2的滑片P向上移
D.增大电源的电动势,会使报警的临界温度升高
四、小微专题
闭合电路的功率及效率问题
电源总功率 任意电路:P总=EI=P出+P内
纯电阻电路:P总=I2(R+r)=
电源内部消耗的功率 P内=I2r=P总-P出
电源外部消 耗的功率 任意电路:P出=UI=P总-P内
纯电阻电路:P出=I2R=
P出与外电阻 R的关系
电源的效率 任意电路:η=×100%=×100%
纯电阻电路:η=×100%
　　由P出与外电阻R的关系图像可知
①当R=r时,电源的输出功率最大为Pm=。
②当R>r时,随着R的增大输出功率越来越小。
③当R④当P出【例题3】如图所示,已知电源电动势为6 V,内阻为1 Ω,保护电阻R0=0.5 Ω,求:当电阻箱R读数为多少时,保护电阻R0消耗的电功率最大,并求这个最大值。
变式1:例题中条件不变,求当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R消耗的功率PR最大,并求这个最大值。
　　变式2:在例题中,若电阻箱R的最大值为3 Ω,R0=5 Ω,求:当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R的功率最大,并求这个最大值。
变式3:例题中条件不变,求电源的最大输出功率。
变式4:如图所示,电源电动势E=2 V,内阻r=1 Ω,电阻R0=2 Ω,可变电阻的阻值范围为0~10 Ω。求可变电阻为多大时,R上消耗的功率最大,最大值为多少?
【情境融合】
(多选)如图所示,C1=6 μF,C2=3 μF,R1=3 Ω,R2=6 Ω,电源电动势E=18 V,内阻不计。下列说法正确的是(　　)
A.开关S断开时,a、b两点电势相等
B.开关S闭合后,a、b两点间的电流是2 A
C.开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大
D.不论开关S断开还是闭合,C1带的电荷量总比C2带的电荷量大
核心素养专练
基础巩固训练
1.
如图所示,E为电源,其内阻为r,L为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变),R1、R2为定值电阻,R1>r,R3为光敏电阻,其阻值随光照强度的增加而减小,闭合开关S后,若照射R3的光照强度减弱,则(　　)
A.R1两端的电压变大 B.通过R2的电流变大
C.电源的输出功率变大 D.小灯泡消耗的功率变大
2.
(多选)如图所示,电源电动势E=3 V,小灯泡L的规格为“2 V　0.4 W”,开关S接1,当滑动变阻器调到R=4 Ω时,小灯泡L正常发光,现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作。则(　　)
A.电源内阻为1 Ω
B.电动机的内阻为4 Ω
C.电动机正常工作电压为1 V
D.电源效率约为93.3%
3.某直流电动机,线圈电阻是0.5 Ω,当它两端所加的电压为6 V时,通过电动机的电流为2 A。由此可知(　　)
A.电动机发热的功率为72 W
B.电动机消耗的电功率为72 W
C.电动机输出的机械功率为10 W
D.电动机的工作效率为20%
4.
如图所示是某款理发用的电吹风的电路图,它主要由电动机M和电热丝R构成。当闭合开关S1、S2后,电动机驱动风叶旋转,将空气从进风口吸入,经电热丝加热,形成热风后从出风口吹出。已知电吹风的额定电压为220 V,吹冷风时的功率为120 W,吹热风时的功率为1 000 W。关于该电吹风,下列说法正确的是(　　)
A.电热丝的电阻为55 Ω
B.电动机的电阻为 Ω
C.当电吹风吹冷风时,电热丝每秒钟消耗的电能为120 J
D.当电吹风吹热风时,电动机每秒钟消耗的电能为880 J
5.某家用电热水壶铭牌如图所示,其正常工作时电流的最大值是(　　)
　　　产品型号　EL—8952
额定电压　220 V
频率　　　50 Hz
额定功率　1 100 W
容量　　　1.5 L
A.0.2 A B. A C.5 A D.5 A
6.(多选)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。当R2的滑动触头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(　　)
A.若仅将R2的滑动触头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减少
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
能力提升训练
7.如图所示,A和B为竖直放置的平行金属板,在两极板间用绝缘线悬挂一带电小球。开始时开关S闭合且滑动变阻器的滑片P在a处,此时绝缘线向右偏离竖直方向。(电源的内阻不能忽略)下列判断正确的是(　　)
A.小球带负电
B.当滑片从a向b滑动时,绝缘线的偏角θ变大
C.当滑片从a向b滑动时,电流表中有电流,方向从上向下
D.当滑片停在b处时,电源的输出功率一定大于滑动头在a处时电源的输出功率
8.如图所示的电路中,灯泡A和灯泡B原来都是正常发光的,现在突然灯泡A比原来变暗了些,灯泡B比原来变亮了些,则电路中出现的故障可能是(　　)
　　A.R3断路
B.R2断路
C.R1短路
D.R1、R2同时短路
9.如图所示,A为电解槽,M为电动机,N为电炉子,恒定电压U=12 V,电解槽内阻rA=2 Ω,S1闭合,S2、S3断开时,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)电炉子的电阻及发热功率;
(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。
参考答案
自主预习
基础回顾
1.(1)电压　电流　(2)UIt　(5)电能　电能
2.(1)时间　(2)UI　(4)快慢
3.(1)电流的二次方　电阻　(2)I2Rt
4.I2R
5.(1)UIt=I2Rt=t　UI=I2R=　(2)UIt　I2Rt
6.(1)功　电荷量　(2)　(3)伏特　(4)电能　本领　(5)电源本身
7.闭合电路中的电流跟电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比
8.I=
自测题组
1.(1)√　(2)√　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×
2.BD　3.C　4.BD
课堂探究
例题1　解析:(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压UR=U-UV=(160-110) V=50 V,流过电阻R的电流IR== A=5 A,即通过电动机的电流IM=IR=5 A。
(2)电动机两端的电压UM=UV=110 V,输入电动机的功率P电=IMUM=550 W。
(3)电动机的发热功率P热=r=20 W,电动机输出的机械功率P出=P电-P热=530 W,又因P出=mgv,所以m==53 kg。
答案:(1)5 A　(2)550 W　(3)53 kg
变式训练1　AB
例题2　解析:减小R阻值,电路的总电阻减小,电路中总电流I增大,由U=E-Ir得路端电压减小,所以电流表的示数一定增大,电压表的示数一定减小,故A正确,B错误;当电源的外电阻与内电阻相等时,电源的输出功率最大,由于不知外电阻与内电阻的大小关系,所以当电源的负载电阻减小时,电源的输出功率不一定增大,故C错误;电路中总电流I增大,R2的两端电压增大,又因为路端电压减小,由串联分压得R1上的电压减小,故D正确。
答案:AD
变式训练2　C
例题3　解析:保护电阻消耗的功率为P0=,因R0和r是常量,而R是变量,所以R最小时,P0最大,即R=0时,P0max== W=8 W。
答案:R=0　P0max=8 W
变式1　解析:这时要把保护电阻R0与电源内阻r算在一起,据以上结论,当R=R0+r即R=(1+0.5) Ω=1.5 Ω时,PRmax== W=6 W。
答案:R=1.5 Ω　PRmax=6 W
变式2　解析:把R0=5 Ω当作电源内阻的一部分,则等效电源内阻r等为6 Ω,而电阻箱R的最大值为3 Ω,小于6 Ω,P=()2R=,则不能满足R=r等,当电阻箱R的电阻取3 Ω时,R消耗功率最大,最大值为P=()2R= W。
答案:R=3 Ω　P= W
变式3　解析:由电功率公式P出=()2R外=,当R外=r时,P出最大,即R=r-R0=0.5 Ω时,P出max== W=9 W。
答案:9 W
变式4　解析:方法一:PR=,根据闭合电路欧姆定律,路端电压U=E·=,所以PR=,代入数据整理得PR=,当R= Ω时,R上消耗的功率最大,PRmax= W。
方法二:采用等效电源法分析,把定值电阻等效到电源的内部,即把电源和定值电阻看作电动势为E'=E,内阻为r'=的电源,当R=r'=时,电源对外电路R的输出功率最大PR=。把数值代入各式得:E等=E'=E= V;r等=r'== Ω。所以PR== Ω。
答案:R= Ω　P= W
【情境融合】
[思路点拨]
(1)请画出S断开时的简化电路,并说明电容器C1、C2两端的电压是怎样的?
提示:
电容器C1、C2两端的电压均为电源电动势。
(2)请画出S闭合时的简化电路,并说明电容器C1、C2两端的电压是怎样的?
提示:
电容器C1、C2两端电压分别为R1、R2两端的电压。
解析:S断开时外电路处于断路状态,两电阻中无电流通过,电阻两端电势相等,由图知a点电势与电源负极电势相等,而b点电势与电源正极电势相等,A错误。S断开时两电容器两端电压都等于电源电动势,而C1>C2,由Q=CU知此时Q1>Q2,当S闭合时,稳定状态下C1与R1并联,C2与R2并联,电路中电流I==2 A,此时两电阻两端电压分别为U1=IR1=6 V、U2=IR2=12 V,则此时两电容器所带电荷量分别为Q1'=C1U1=3.6×10-5 C、Q2'=C2U2=3.6×10-5 C,对电容器C1来说,S闭合后其两端电压减小,所带电荷量也减小,故B、C正确,D错误。
答案:BC
核心素养专练
1.B　2.AD　3.C　4.A　5.D　6.BD　7.C　8.B
9.(1)2 Ω　72 W　(2)1 Ω　(3)16 W