粤教版高中物理必修第三册第五章电能与能源的可持续发展小结5课件

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第五章　电能与能源的可持续发展本 章 小 结构建知识网络归纳专题小结专题1　功率的分析与计算1．电源的总功率PE＝EI＝P出＋Pr．2．电源的输出功率P出＝UI．例1　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(R最大阻值为10 Ω)，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？(3)当R多大时，电源的输出功率最大？最大功率为多少？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(2)对固定电阻R1，当电路的电流最大时，其消耗的功率最大，此时R＝0，所以(3)当r＝R外时，电源的输出功率最大，但在本题中外电阻最小为2 Ω，不能满足以上条件，所以当外电阻和内电阻越接近时，即R＝0时电源的输出功率最大 答案：见解析1．电源的总功率．(1)任意电路P总＝EI＝U外I＋U内I＝P出＋P内． 2．电源内部消耗的功率P内＝I2r＝U内I＝P总－P出．③当R＜r时，随着R的增大输出功率越来越大．④当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个外电阻R1和R2，且R1R2＝r2．⑤P出与R的关系如图所示．4．电源的效率．在纯电阻电路中R越大，η越大；当R＝r时，电源有最大输出功率，效率仅为50%．当电源的输出功率最大时，效率并不是最大，只有50%；当R→∞时，η→100%，但此时P出→0，无实际意义．专题2　纯电阻电路与非纯电阻电路非纯电阻电路的分析思路：处理非纯电阻电路问题时，要善于从能量转化的角度出发，围绕能量守恒定律，利用“电功＝电热＋其他能量”分析、求解．例2　一台电风扇，内阻为20 Ω，接上220 V电压后正常工作，消耗功率66 W，则：(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？(3)如果接上电源后，电风扇的扇叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？解析：(1)因为P入＝IU，故 (2)电风扇正常工作时转化为内能的功率P内＝I2R＝0.32×20 W＝1.8 W，电风扇正常工作时转化为机械能的功率为P机＝P入－P内＝66 W－1.8 W＝64.2 W，电风扇正常工作时的效率(3)电风扇的扇叶被卡住后通过电风扇的电流 电动机消耗的电功率P＝IU＝11×220 W＝2 420 W，电动机的发热功率P内＝I2R＝112×20 W＝2 420 W．答案：(1)0.3 A　(2)64.2 W　1.8 W97.3%　(3)11 A　2 420 W　2 420 W1．判断是纯电阻电路还是非纯电阻电路的方法：一是根据电路中的元件判断；二是看消耗的电能是否全部转化为内能．3．纯电阻电路与非纯电阻电路的比较．典练素养提升1．[科学推理]如图所示为某闭合电路电源的输出功率随电流变化的图像，由此图像可以判断 (　　)A．电源的内耗功率最大为9 WB．电源的效率最大为50%C．输出功率最大时，外电路的总电阻为4 ΩD．电源的电动势为12 V【答案】D【解析】由题图可知，当电流为1.5 A时电源的输出功率最大，这时电源内阻消耗功率等于输出功率，为9 W，电源的效率为50%，这时电源的总功率为18 W，根据P＝IE，可求得电源的电动势为12 V，D正确；由Pr＝I2r可知，电源的内阻为4 Ω，由于不确定外电路是不是纯电阻电路，C错误；随着电流的增大，内耗功率增大，A错误；随着电流的减小，电源的效率增大，B错误．2．[模型建构、科学推理]如图甲所示，电源电动势E＝12 V，内阻r＝3 Ω，R0＝1 Ω，直流电动机内阻R′0＝1 Ω．当调节滑动变阻器R1时可使图甲中电路的输出功率最大；调节R2时可使图乙中电路的输出功率最大，且此时电动机刚好正常工作(额定输出功率为P0＝2 W)，则R1和R2连入电路中的阻值分别为 (　　)A．2 Ω，2 Ω　 B．2 Ω，1.5 ΩC．1.5 Ω，1.5 Ω　 D．1.5 Ω，2 Ω【答案】B3．[模型建构](多选)如图所示，一台电动机提着质量为m的物体，以速度v匀速上升，已知电动机线圈的电阻为R，电源电动势为E，通过电源的电流为I，当地重力加速度为g，忽略一切阻力及导线电阻，则 (　　)C．如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变大D．如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变小【答案】BC4．[科学推理]如图所示，电源电动势E＝8 V，内电阻为r＝0.5 Ω，“3 V　3 W”的灯泡L与电动机M串联接在电源上，灯泡刚好正常发光，电动机刚好正常工作，电动机的线圈电阻R0＝1.5 Ω，下列说法正确的是 (　　)A．通过电动机的电流为1.6 AB．电动机的效率是62.5%C．电动机的输入功率为1.5 WD．电动机的输出功率为3 W【答案】D5．[科学推理]如图所示，E＝8 V，r＝2 Ω，R1＝8 Ω，R2为变阻器接入电路中的有效阻值(最大为50 Ω)，问：(1)要使变阻器获得的电功率最大，则R2的取值应是多大？这时R2的功率是多大？(2)要使R1得到的电功率最大，则R2的取值应是多大？R1的最大功率是多大？这时电源的效率是多大？【答案】(1)10 Ω　1.6 W　(2)0　5.12 W　80%　(3)不能　理由见解析【解析】(1)将R1和电源(E，r)等效为一新电源，则新电源的电动势E′＝E＝8 V，内阻r′＝r＋R1＝10 Ω，且为定值．利用电源的输出功率随外电阻变化的结论知，当R2＝r′＝10 Ω时，R2有最大功率，即(2)因R1是定值电阻，所以流过R1的电流越大，R1的功率就越大．当R2＝0时，电路中有最大电流，即6．[模型建构、科学推理]某品牌小汽车电动机和车灯的实际电路可以简化为如图所示的电路，电源电动势E＝12.5 V，内阻r＝0.05 Ω，电动机的线圈电阻r′＝0.02 Ω，只闭合S1时，电流表示数I1＝10 A，再闭合S2，电动机正常工作，电流表示数I2＝58 A(电流表内阻不计)，不考虑灯丝电阻的变化．求：(1)在只闭合S1时，车灯两端电压UL和车灯的功率PL；(2)再闭合S2后，车灯两端的电压U′L和电动机输出功率P出．【答案】(1)12 V　120 W　(2)9.6 V　430 W【解析】(1)只闭合S1时，设车灯灯丝电阻为R， 解得R＝1.2 Ω．车灯两端的电压UL＝I1R＝12 V．车灯消耗功率PL＝IR＝120 W．(2)闭合S1、S2后，UL′＝E－I2r＝9.6 V， 电动机的输出功率P出＝P入－P消＝UL′(I2－IL′)－(I2－IL′)2r′＝430 W．