高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律综合与测试一等奖复习作业ppt课件

[体系构建]

[核心速填]

1．基本概念

(1)电动势

①物理意义：表征电源把其他形式的能转化为电能的本领。

②定义式：E＝。

(2)电功和电功率

①电功：W＝qU＝UIt。

②电功率：P＝＝UI。

(3)电热和热功率

①电热(焦耳定律)：Q＝I2Rt。

②热功率：P＝I2R。

2．基本电路

(1)纯电阻电路：W＝Q＝UIt＝I2Rt。

(2)非纯电阻电路：W＞Q，即UIt＞I2Rt。

3．基本规律

(1)部分电路欧姆定律：I＝。

(2)闭合电路欧姆定律：I＝，U＝E－Ir。

1．对于纯电阻电路(如白炽灯、电炉丝等构成的电路)，电流做功将电能全部转化为内能，W＝Q＝UIt＝t＝Pt。

2．对于非纯电阻电路(如含有电动机、电解槽等的电路)，电功大于电热。在这种情况下，不能用I2Rt或t来计算电功，电功用W＝UIt来计算，电热用Q＝I2Rt计算。

【例1】　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)。试求：

(1)电源的电动势；

(2)S1、S2都闭合时，流过电解槽的电流大小；

(3)S1、S2都闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率。

[解析]　(1)设S1闭合、S2断开时电炉功率为P1，

电炉中电流I＝＝ A＝6 A

电源电动势E＝I(R＋r)＝120 V。

(2)设S1、S2都闭合时电炉功率为P2，电炉中电流为

I′＝＝ A＝5 A

电源路端电压为U＝I′R＝5×19 V＝95 V，

流经电源的电流为I1＝＝ A＝25 A

流过电解槽的电流为IA＝I1－I′＝20 A。

(3)电解槽消耗的电功率

PA＝IAU＝20×95 W＝1 900 W

电解槽内热损耗功率

P热＝Ir′＝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。

[答案]　(1)120 V　(2)20 A　(3)1 700 W

1.如图所示，电源电动势E＝12 V，内电阻r＝0.5 Ω。将一盏额定电压为8 V，额定功率为16 W的灯泡与一只线圈电阻为0.5 Ω的直流电动机并联后和电源相连，灯泡刚好正常发光，通电100 min，问：

(1)电源提供的能量是多少？

(2)电流对灯泡和电动机所做的功各是多少？

(3)灯丝和电动机线圈产生的热量各是多少？

[解析]　(1)灯泡两端电压等于电源两端电压，

U＝E－Ir

得总电流I＝＝8 A

电源提供的能量

E电＝IEt＝8×12×100×60 J＝5.76×105 J。

(2)通过灯泡的电流I1＝＝2 A，

电流对灯泡所做的功

W1＝Pt＝16×100×60 J＝9.6×104 J

通过电动机的电流I2＝I－I1＝6 A

电流对电动机所做的功

W2＝I2U2t＝6×8×100×60 J ＝2.88×105 J。

(3)灯丝产生的热量Q1＝W1＝9.6×104 J

电动机线圈产生的热量

Q2＝Irt＝62×0.5×100×60 J＝1.08×105 J。

[答案]　(1)5.76×105 J　(2)9.6×104 J　2.88×105 J　(3)9.6×104 J　1.08×105 J

1．电源的有关功率和电源的效率

(1)电源的总功率：P总＝IE＝I(U内＋U外)。

(2)电源的输出功率：P出＝IU外。

(3)电源内部的发热功率：P′＝I2r。

(4)电源的效率：η＝＝，对于纯电阻电路，η＝＝。

2．输出功率和外电阻的关系

在纯电阻电路中，电源的输出功率为

P＝I2R＝R＝R＝。

(1)当R＝r时，电源的输出功率最大，Pm＝。

(2)当R>r时，随着R增大，P减小。

(3)当R<r时，随着R增大，P增大。

【例2】　电路图如图甲所示，图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像，滑动变阻器的最大阻值为15 Ω，定值电阻R0＝3 Ω。

甲　　　　　　　　乙

(1)当R为何值时，R0消耗的功率最大？最大值为多少？

(2)当R为何值时，电源的输出功率最大？最大值为多少？

思路点拨：(1)由题图乙可求出电源的电动势和内电阻，注意纵轴坐标原点不从0开始。

(2)R0为定值电阻，其电流越大，消耗功率越大。

(3)对电源来说，R＋R0为电源外电阻，当r＝R0＋R时，电源输出功率最大。

[解析]　(1)由题图乙知电源的电动势和内阻为：

E＝20 V，r＝ Ω＝7.5 Ω

由题图甲分析知道，当R＝0时，R0消耗的功率最大，

最大值为P′max＝R0＝×3 W≈10.9 W。

(2)当r＝R＋R0，即R＝4.5 Ω时，电源的输出功率最大，最大值为Pmax″＝ (R0＋R)＝×(3＋4.5)W≈13.3 W。

[答案]　(1)0　10.9 W　(2)4.5 Ω　13.3 W

2．将一个电源与一电阻箱连接构成闭合回路，测得的电阻箱所消耗的功率P与电阻箱的读数R的关系如图所示，下列说法正确的是   (　　)

A．电源最大输出功率可能大于45 W

B．电源的内阻为5 Ω

C．电源的电动势为45 V

D．电阻箱消耗的功率为最大值时，电源的效率大于50%

B　[由题图可知，电源的输出功率最大为45 W，故A错误；当内、外电阻相等时，电源的输出功率最大，由图可知，电源的内阻为5 Ω，故B正确；由Pmax＝可知，E＝30 V，故C错误；根据效率公式可得η＝×100%，功率最大时内、外电阻相等，所以效率为50%，故D错误。]