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教学ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律综合与测试教学ppt课件，共36页。PPT课件主要包含了电功与电热，电源的效率，答案ABC等内容，欢迎下载使用。
一、纯电阻电路与非纯电阻电路的综合分析1.两种电路的比较
[例1] 如图所示，电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.5 Ω，“8 V　16 W”的灯泡L恰好能正常发光，电动机M绕线的电阻R0＝1 Ω，求：(1)路端电压；(2)电源的总功率；(3)电动机的输出功率。解析　(1)灯泡正常发光，所以路端电压为8 V。(2)设干路总电流为I，则U＝E－Ir，得I＝4 A，故P总＝EI＝40 W。
答案　(1)8 V　(2)40 W　(3)12 W
故IM＝I－IL＝2 APM总＝UIM＝8×2 W＝16 W
[针对训练1] 如图所示电路中，电源的电动势E＝110 V，电阻R1＝21 Ω，电动机的内阻R0＝0.5 Ω，开关S1始终闭合，当开关S2断开时，电阻R1消耗的电功率P1＝525 W；当开关S2闭合时，电阻R1消耗的电功率P2＝336 W，求：(1)电源的内阻r；(2)当开关S2闭合时，电动机输出的机械功率P出。
电阻R1消耗的功率P1＝I2R1，解得r＝1 Ω。
设此时电源中通过的电流为I′，由闭合电路的欧姆定律有E＝I′r＋U
(2)当开关S2闭合时，设R1两端的电压为U，
解得P出＝1 606 W。答案　(1)1 Ω　(2)1 606 W
二、闭合电路中的功率问题1.电源的总功率(1)物理意义：电源将其他形式的能转化为电能的功率。(2)表达式：P总＝EI。2.电源内部消耗的功率(1)物理意义：电源内阻的发热功率。(2)表达式：P内＝I2r。3.电源的输出功率(1)物理意义：电源对外供电功率。(2)表达式：P出＝UI。
[例2] (多选)如图所示，已知电源内阻为r，定值电阻R0的阻值也为r，滑动变阻器R的总电阻为2r。若滑动变阻器的滑片P由A向B滑动，则(　　)A.电源的输出功率由小变大B.定值电阻R0消耗的功率由小变大C.电源内部的电势降落由大变小D.滑动变阻器消耗的功率变小
解析　由题图可知，当滑动变阻器的滑片P由A向B滑动时，滑动变阻器的有效电阻在减小，外电路电阻由3r逐渐减小为r，由电源的输出功率与外电阻的关系可知，电源的输出功率由小变到最大，故选项A正确；定值电阻R0消耗的功率为PR0＝I2R0，而电流在不断增大，则R0消耗的功率也由小变大，电源内部的电压降Ir也由小变大，所以B正确，C错误；对于滑动变阻器消耗的功率的变化情况，可把R0＋r＝2r看作新电源的内阻，可知当R＝2r时滑动变阻器消耗的功率最大，当R变小时，其消耗的功率变小，选项D正确。答案　ABD
方法总结(1)定值电阻消耗功率最大时通过的电流最大。(2)求可变电阻消耗的功率时可将其他电阻等效为电源内阻。
[例3] 电路图如图甲所示，图乙中图线是电路中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。
(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)由图乙可求出电源的电动势和内阻，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
由题图甲分析知道，当R＝0时，R0消耗的功率最大，
答案　(1)0　10.9 W　(2)4.5 Ω　13.3 W
方法总结　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，电源的输出功率越大。(4)对于外电路中部分可变电阻来说，可以写出其功率表达式，利用数学知识求其极值。
[针对训练2] (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
[针对训练3] 在如图所示的电路中，已知电源电动势E＝3 V，内电阻r＝1 Ω，电阻R1＝2 Ω，滑动变阻器R的阻值可连续增大，问：(1)当R多大时，R消耗的功率最大？最大功率为多少？(2)当R多大时，R1消耗的功率最大？最大功率为多少？
答案　　(1)3 Ω　0.75 W　(2)0　2 W
解析　(1)把R1视为内电路的一部分，则当R＝R1＋r＝3 Ω时，R消耗的功率最大，其最大值为
三、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.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；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。3.根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量。
4.分析和计算含有电容器的直流电路时，注意把握以下几个方面
(1)电路稳定时电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，在电容器处电路看成是断路，画等效电路时，可以先把它去掉。(2)若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上，求出电容器两端的电压，根据Q＝CU计算。(3)电路稳定时电容器所在支路断路，与电容器串联的电阻两端无电压，该电阻相当于导线。(4)当电容器与电阻并联后接入电路时，电容器两端的电压与并联电阻两端的电压相等。(5)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充、放电，有ΔQ＝CΔU。
[例4] 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，A、B、D错误。答案　C
[例5] 如图所示，E＝10 V，r＝1 Ω，R1＝R3＝5 Ω，R2＝4 Ω，C＝100 μF。当S断开时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态。求：
(1)S闭合后，带电粒子加速度的大小和方向；(2)S闭合后流过R3的总电荷量。
设带电粒子加速度为a，
(2)S闭合后，流过R3的总电荷量等于电容器上电荷的增加量，所以ΔQ＝C(UC′－UC)＝4×10－4 C。答案　(1)g　方向竖直向上　(2)4×10－4 C
[针对训练4] 在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片向下移动时，关于电灯L的亮度及电容器C所带电荷量Q的变化判断正确的是(　　)
A.L变暗，Q增大 B.L变暗，Q减小C.L变亮，Q增大 D.L变亮，Q减小
解析　当滑动变阻器的滑片向下移动时，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律知，干路电流增大，电源的内电压增大，则路端电压减小，灯L变暗。电容器极板间电压等于变阻器两端的电压。由上得知，路端电压减小，则通过L灯的电流减小，而干路电流增大，则通过R1的电流增大，R1两端电压也增大，则滑动变阻器两端的电压减小，电容器所带电荷量Q减小，故B正确，A、C、D错误。答案　B
[针对训练5] 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的总电荷量。