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章末復(fù)習(xí)
第十二章 電能 能量守恒定律
物理
情境引入
一臺電動機，線圈的電阻是6Ω，當它兩端所加的電壓為220V時，通過的電流是5A。
思考：這臺電動機發(fā)熱的功率與對外做功的功率各是多少
知識再現(xiàn)
(一)基礎(chǔ)知識回顧
1.電功、電功率、電熱、電動勢的定義和定義式
2.電路中的能量轉(zhuǎn)化——純電阻電路與非純電路電路
3.閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容與表達式
4.路端電壓與外電阻的關(guān)系
(二)易錯問題討論
實驗：測量電池電動勢和內(nèi)阻
知識網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)
知識再現(xiàn)
重點問題提煉
(一)閉合電路歐姆定律的應(yīng)用
1.兩種電路的比較
比較項 純電阻電路 非純電阻電路
元件特點 電路中只有電阻元件，只能把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 除電阻外還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的用電器
歐姆定律 遵循歐姆定律I＝ 不遵循歐姆定律U>IR或I<
能量轉(zhuǎn)化 電能全部轉(zhuǎn)化為電熱 電能除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外還要轉(zhuǎn)化為其他形式的能
元件舉例 電阻、電爐絲、白熾燈等 電動機、電解槽等
知識再現(xiàn)
2.電功與電熱
知識再現(xiàn)
(二) 閉合電路中的功率問題
1.電源的總功率
(1)物理意義：電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率。
(2)表達式：P總＝EI。
2.電源內(nèi)部消耗的功率
(1)物理意義：電源內(nèi)阻的發(fā)熱功率。
(2)表達式：P內(nèi)＝I2r。
3.電源的輸出功率
(1)物理意義：電源對外供電功率。
(2)表達式：P出＝UI。
(3)當外電路為純電阻電路時
①電源的輸出功率P出＝I2R＝ ＝
由此可知，當R＝r時，電源有最大輸出功率P出max＝
知識再現(xiàn)
②P出與外電阻R的函數(shù)關(guān)系圖像
③幾個結(jié)論
a.當R＝r時，電源的輸出功率最大，Pm＝ 。
b.當Rc.當R>r時，隨R的增大，輸出功率越來越小。
d.當P出4.電源的效率 η＝ ×100%＝ ×100%＝ ×100%
對于純電阻外電路，則η＝ ＝ ＝ ，可見，外電阻R越大，電源的效率越高。
知識再現(xiàn)
疑難問題剖析
如圖甲所示的電路，其中電源電動勢E＝6V，內(nèi)阻r＝2Ω，定值電阻R＝4Ω，已知滑動變阻器消耗的功率P與其接入電路的阻值RP的關(guān)系如圖乙所示。則下列說法正確的是（　　）
A．圖乙中滑動變阻器的最大功率P2＝2W
B．圖乙中R1＝6Ω，R2＝12Ω
C．滑動變阻器消耗功率P最大時，定值電阻R消耗的功率也最大
D．調(diào)整滑動變阻器RP的阻值從最右端滑到最左端，電源的效率先增大后減少
知識再現(xiàn)
解析：根據(jù)“等效法”，將定值電阻看作電源內(nèi)阻，當外電阻等于內(nèi)電阻時，即電源的輸出功率最大，同時滑動變阻器的功率也是最大，此時有
RP＝r+R＝2Ω+4Ω＝6Ω，此時P＝ = ＝ ＝1.5W，故A錯誤。
結(jié)合題圖乙可知，當滑動變阻器阻值為R1時候，滑動變阻器的功率最大，再結(jié)合對A選項的分析，所以可以得知R1＝6Ω；當滑動變阻器接入電路的有效阻值為3Ω時，與阻值為R2時消耗的功率相等，則有
×3＝ ，解得R2＝12Ω（或3Ω，舍去），故B選項正確。
當回路中電流最大，即RP＝0時定值電阻R消耗的功率最大，故C錯誤；電源的
效率 ，當外電阻越大，效率越高，所以從最右端滑倒最左端，電
源效率一直增大，故D錯誤。
知識再現(xiàn)
典例探究
【例題1】利用電動機通過如圖所示的電路提升重物，已知電源電動勢E＝6V，電源內(nèi)阻r＝1Ω，電阻R＝3Ω，重物質(zhì)量m＝0.10kg。當將重物固定時，電壓表的示數(shù)為5V；當重物不固定，且電動機最后以穩(wěn)定的速度勻速提升重物時，電壓表的示數(shù)為5.5V。不計摩擦，g取10m/s2，下列說法正確的是（　　）
A．電動機內(nèi)部線圈的電阻為1Ω
B．穩(wěn)定勻速提升重物時，流過電動機的電流為2A
C．重物勻速上升時的速度為1m/s
D．勻速提升重物時電動機的輸入功率是2W
解析:當將重物固定時，電動機沒有機械能輸出，整個電路是純電阻電路，根據(jù)閉合電路歐
姆定律可知電路中內(nèi)電壓為U內(nèi)＝E﹣U1＝6V﹣5V＝1V，則電路中的電流為 。設(shè)
電動機線圈電阻為rM，又 ，代入數(shù)據(jù)解得rM＝2Ω，故A錯誤；當電動機勻
速提升重物時，電路中的內(nèi)電壓為U內(nèi)′＝E﹣U′＝6V﹣5.5V＝0.5V，則電路中的電流為
，所以穩(wěn)定勻速提升重物時，通過電動機的電流為0.5A，故B錯誤；
重物勻速上升時，電動機兩端的電壓為UM＝U'﹣I'R＝5.5V﹣0.5×3V＝4V，電動機的輸入
功率為P入＝UMI′＝4×0.5W＝2W。電動機的機械功率為P機＝UMI′﹣I′2rM＝4×0.5W-
0.52×2W＝1.5W，當重物勻速上升時，其電動機的牽引力等于重物的重力，即F＝mg＝
0.1×10N＝1N。由P機＝Fv得重物勻速上升的速度為v＝1.5m/s，故D正確，C錯誤。
典例探究
【變式訓(xùn)練1】理發(fā)用的電吹風(fēng)機中有電動機和電熱絲，電動機帶動風(fēng)葉轉(zhuǎn)動，電熱絲給空氣加熱，得到熱風(fēng)將頭發(fā)吹干．設(shè)電動機線圈電阻為R1，它與電熱絲電阻值R2串聯(lián)后接到直流電源上，吹風(fēng)機兩端電壓為U、電流為I、消耗的功率為P，則下列關(guān)系式正確的是（　　）
A．P＝UI B．P＝I2（R1+R2）
C．P＞UI D．P＜I2（R1+R2）
解析:電吹風(fēng)機消耗的電功率P是總功率，總功率的大小應(yīng)該是用P＝IU來計算，所以總功率P＝IU。線圈為非純電阻電路，兩端的電壓大于電熱絲兩端的電壓；電吹風(fēng)機中發(fā)熱的功率要用I2R來計算，所以總的發(fā)熱功率為I2（R1+R2），吹風(fēng)機的總功率P＝IU要大于發(fā)熱部分的功率，故選A。
典例探究
【例題2】某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系和電阻R1、R2的電壓與電流的關(guān)系如圖所示。用此電源和電阻R1、R2組成電路。R1、R2可以同時接入電路，也可以單獨接入電路。則下列說法正確的是（　　）
A．將R1單獨接到電源兩端時，電源效率最高
B．將R2單獨接到電源兩端時，電源輸出功率最低
C．將R1、R2串聯(lián)后接到電源兩端時，電源效率最低
D．將R1、R2并聯(lián)后接到電源兩端時，電源輸出功率最大
典例探究
典例探究
【變式訓(xùn)練2】在如圖所示的電路中，電源的電動勢E＝2V，內(nèi)阻為10Ω。定值電阻R1的阻值為10Ω，滑動變阻器R2的最大阻值為20Ω。閉合開關(guān)S后，將滑動變阻器的滑片從最右端緩慢滑向最左端，在此過程中（　　）
A．滑片在R2的最左端時，路端電壓為最大值
B．R1和R2上的電壓之和越大，流經(jīng)電源的電流越大
C．滑片在R2的最右端時，電源的工作效率最高
D．滑片在R2的最右端時，外電路消耗的功率最大
答案：C
典例探究
【例題3】如圖所示，電源內(nèi)阻等于燈泡的電阻。當開關(guān)閉合，滑動變阻器滑片位于某位置時，水平放置的平行板電容器間一帶電液滴恰好處于靜止狀態(tài)，燈泡L正常發(fā)光，現(xiàn)將滑動變阻器滑片由該位置向a端滑動，則（　　）
A．燈泡將變亮，R中有電流流過，方向豎直向上
B．液滴帶正電，在滑片滑動過程中液滴將向下做勻加速運動
C．電源的路端電壓增大，輸出功率也增大
D．滑片滑動過程中，帶電液滴電勢能將減小
典例探究
典例探究
【變式訓(xùn)練3】在如圖所示的電路中，電壓表為理想表，電源內(nèi)阻為r，滑動變阻器總電阻為R2，R1+R2＞r＞R1，滑動變阻器滑片由a滑向b，下列說法正確的是（　　）
A．電源的效率先變大再減小
B．電源輸出功率先增大再減小
C．電壓表示數(shù)先增大再減小
D．靈敏電流計G的電流方向d→c
答案：B
典例探究
小微專題
實驗：測量電池電動勢和內(nèi)阻
一、實驗原理
1.電路圖和實物圖（如圖甲、乙所示）
2.原理：改變滑動變阻器的電阻，測多組U、I值，根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝U＋Ir計算E、r。
二、實驗操作
1.選量程、連線路：按原理圖連接電路，注意電壓表、電流表的量程和正、負接線柱。
2.滑動變阻器滑片移到阻值最大一端。
3.測量：閉合開關(guān)，改變滑動變阻器阻值，測多組U、I值。
4.求解：利用公式法或圖像法求E、r。
三、注意事項
1.為了使路端電壓變化明顯，可使用內(nèi)阻較大的舊電池。
2.電流不要過大，應(yīng)小于0.5 A，讀數(shù)要快。
3.要測出不少于6組的（I，U）數(shù)據(jù)，變化范圍要大些。
小微專題
四、數(shù)據(jù)處理
方法一：列方程組求解電動勢和內(nèi)阻的大小。
根據(jù)以上三組方程分別求出E、r，再取其平均值作為電源的電動勢E和內(nèi)阻r。
方法二：用作圖法處理數(shù)據(jù)，如圖所示。
（1）圖線與縱軸交點為E。
（2）圖線的斜率的絕對值表示 。
小微專題
五、誤差分析
1.由于讀數(shù)不準和電表線性不良引起誤差。
2.用圖像法求E和r時，由于作圖不準確造成誤差。
3.實驗時通電時間過長或電流過大，都會引起E、r變化。
4.若采用圖甲電路，由于電壓表的分流作用造成誤差，電壓值越大，電壓表的分流越多，對應(yīng)的I真與I測的差值越大。其U－I圖像如圖丙所示。結(jié)論：E測＜E真，r測＜r真。
5.若采用圖乙電路，由于電流表的分壓作用造成誤差，電流值越大，電流表的分壓越多，對應(yīng)的U真與U測的差值越大。其U－I圖像如圖丁所示。結(jié)論：E測＝E真，r測＞r真。
小微專題
典例探究
【例題4】某同學(xué)為測量玩具電瓶車上蓄電池的電動勢和內(nèi)電阻，現(xiàn)有如下實驗器材：
A.電壓表V（0～10 V，內(nèi)阻約為3 kΩ）
B.電流表A（0～0.6 A，內(nèi)阻約為2 Ω）
C.定值電阻R0＝13 Ω
D.滑動變阻器R（0～50 Ω）
E.待測蓄電池
F.開關(guān)
S.導(dǎo)線若干
為了便于進行實驗和保護蓄電池，該同學(xué)給蓄電池串聯(lián)了一個定值電阻R0。實驗中，多次調(diào)節(jié)外電阻R，讀出相應(yīng)的電壓表和電流表示數(shù)U和I，通過描點、作圖得到如圖丙所示的U－I圖像。
（1）為使測量結(jié)果盡量準確，應(yīng)該選擇　　　　（選填“甲”或“乙”）電路圖。
（2）由圖像信息可知，蓄電池的電動勢E＝　　　　V，內(nèi)電阻r＝　　　　Ω。
（3）實驗中電表內(nèi)阻會引起實驗誤差，若電壓表內(nèi)阻RV已知，在甲電路中電壓表示數(shù)U和電流表示數(shù)I滿足表達式U＝kI＋b，k、b均為常數(shù)，則b＝　　　　（結(jié)果用RV、R0、r、E表示）。
典例探究
典例探究
【變式訓(xùn)練4】某同學(xué)需測量一電源的電動勢E和內(nèi)阻r，但是發(fā)現(xiàn)實驗室沒有合適的電壓表，于是他利用實驗室的兩電流表設(shè)計了如圖甲所示的電路。其中電流表A1內(nèi)阻為RA1，電流表A2內(nèi)阻為RA2。R0為定值電阻的阻值，RP為阻值范圍適當?shù)幕瑒幼冏杵鳌ｉ]合開關(guān)S，移動滑動變阻器的滑動觸頭至某一位置，讀出電流表A1和A2的示數(shù)分別為I1和I2。多次改變滑動觸頭的位置，利用所測數(shù)據(jù)在I1－I2中描出的坐標點如圖乙所示。
甲 乙
典例探究
答案：（1）A　（2） （3）2.0　0.50
（1）電流表A2是該同學(xué)利用一靈敏電流計（滿偏電流Ig＝100 mA，內(nèi)阻R g＝39 Ω）改裝而成，該同學(xué)希望改裝后的電流表量程為4 A，則該同學(xué)改裝電表過程中所使用的定值電阻，你認為他應(yīng)該選　　　　。
A.1 Ω B.3.9 Ω C.15.2 Ω D.39 Ω
（2）該同學(xué)正確改裝電流表A2且正確操作和測量后，測量數(shù)據(jù)描點如圖乙所示，請你根據(jù)乙圖上的點作出I2－I1圖線。
（3）已知電流表A1量程為0～30 mA、內(nèi)阻RA1＝5 Ω ，定值電阻R0＝45 Ω，則結(jié)合圖像可求出被測電源的電動勢E＝　　　　V，電源的內(nèi)阻r＝　　　　Ω（保留2位有效數(shù)字）。
典例探究
小結(jié)
謝謝大家

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