粤教版高中物理必修第三册第5章章末综合提升学案

这是一份粤教版高中物理必修第三册第5章章末综合提升学案，共14页。

主题1　电功、电热、电功率、热功率1．电功、电热纯电阻电路与非纯电阻电路的比较：2．电功率、热功率【典例1】　一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压220V的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0A，通过洗衣机电动机的电流是0.50A，则下列说法中正确的是(　　)A．电饭煲的电阻为44Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440ΩB．电饭煲消耗的电功率为1555W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5WC．1min内电饭煲消耗的电能为6.6×104J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103JD．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍C　[电饭煲与洗衣机都与电源并联，电源两端电压相等，均为220V，由欧姆定律可求得电饭煲的电阻为R1＝UI1＝2205Ω＝44Ω，但洗衣机不是纯电阻用电器，由R2＝2200.5＝440Ω求得的电阻是错误的，所以A项错误；它们消耗的电功率分别为P1＝UI1＝1100W，P2＝UI2＝110W，所以B项错误；电饭煲和洗衣机在1min内消耗的电能分别为Q1＝P1t＝6.6×104J，Q2＝P2t＝6.6×103J，所以C项正确；因洗衣机的内阻未知，无法比较二者的发热功率，所以D项错误。]电饭煲是纯电阻用电器，特点是W电＝Q，即UIt＝U2Rt＝I2Rt。洗衣机是非纯电阻用电器，特点是W电＞Q，即UIt＝I2Rt＋E其他。主题2　电源的各种功率和效率1．电源的功率及效率问题2．纯电阻电路中电源的输出功率P出与外电阻R的关系(1)表达式：P出＝I2R＝E2RR+r2＝E2R-r2R+4r。(2)关系图像由图像可知：随着外电阻的增大，输出功率先增大后减小，即：a．当Rr时：R↑→P出↓c．当R＝r时，输出功率最大，为Pm＝E24r。【典例2】　在如图所示的电路中，两平行正对金属板A、B水平放置，两板间的距离d＝4.0cm。电源电动势E＝400V，内电阻r＝20Ω，电阻R1＝1980Ω。闭合开关S，待电路稳定后，将一带正电的小球(可视为质点)从B板上的小孔以初速度v0＝1.0m/s竖直向上射入两板间，小球恰好能到达A板。若小球所带电荷量q＝1.0×10-7C，质量m＝2.0×10-4kg，不考虑空气阻力，忽略射入小球对电路的影响，g取10m/s2。求：(1)A、B两金属板间的电压的大小U；(2)滑动变阻器消耗的电功率P；(3)电源的效率η。[解析]　(1)小球从B板上的小孔射入恰好到达A板的过程中，在电场力和重力作用下做匀减速直线运动，设A、B两极板间电压为U，根据动能定理有：－qU－mgd＝0-12mv02，解得：U＝200V。(2)设此时滑动变阻器接入电路中的电阻值为R，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中的电流I＝ER1+R+r，而U＝IR，解得：R＝2×103Ω，滑动变阻器消耗的电功率P＝U2R＝20W。(3)电源的效率η＝P出P总＝I2R1+RI2R1+R+r＝99.5%。[答案]　(1)200V　(2)20W　(3)99.5%章末综合测评(五)　电能与能源的可持续发展一、单项选择题：本题共7小题，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1．下述做法能改善空气质量的是(　　)A．以煤等燃料作为主要生活燃料B．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源C．鼓励私人购买和使用汽车代替公交车D．限制使用电动车B　[以煤等燃料作为主要生活燃料时会产生大量空气污染物；私人汽车代替公交车会使汽油消耗量增加，带来的空气污染物增多；限制使用电动车不能改善空气质量。故选B。]2．有一个电风扇，标有“220V　50W”字样，电动机线圈的电阻为0.4Ω，把它接入220V的电路中，以下几种计算时间t内产生热量的方法中，正确的是(　　)A．Q＝U2tRB．Q＝PtC．Q＝PU2·RtD．以上三种方法均正确C　[通过电风扇的电流为I＝PU，因为电风扇不是纯电阻用电器，所以其焦耳热为Q＝PU2·Rt，而不应该是Q＝U2tR或Q＝Pt，C正确。]3．电阻R和电动机M串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作。设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做的功为W1，产生的热量为Q1，电流通过电动机做的功为W2，产生的热量为Q2。则有(　　)A．U1＜U2，Q1＝Q2B．U1＝U2，Q1＝Q2C．W1＝W2，Q1＞Q2D．W1＜W2，Q1＜Q2A　[电动机是非纯电阻，其两端电压U2＞IR＝U1，B项错误；电流做的功W1＝U1It，W2＝U2It，因此，W1＜W2，C项错误；产生的热量由Q＝I2Rt可判断Q1＝Q2，A项正确，D项错误。]4．电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示，图中U为路端电压，I为干路电流，a、b为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为ηa、ηb。由图可知ηa、ηb的值分别为(　　)A．34，14　　　　　　　 B．13，23C．12，12 D．23，13D　[电源的效率η＝UIEI×100%＝UE×100%。a点对应的路端电压U为4个格，而电动势E为6个格，因此ηa＝23；b点对应的路端电压为2个格，因此ηb＝13。故D项正确。]5．智能扫地机器人是一种智能家用电器，能自动在房间内完成地板清洁工作，如今已慢慢普及，成为现代家庭的常用家用电器。如图所示为某款智能扫地机器人，其参数见表，工作时将电池内部化学能转化为电能的效率η＝60%。下列说法正确的是(　　)A．该扫地机器人的电池从完全没电到充满电所需时间约为8.3hB．该扫地机器人最多能储存的能量为4.32×105JC．该扫地机器人充满电后能工作5hD．该扫地机器人充满电后能工作4hB　[由题表可知，电池的容量为5000mA·h，所带的电荷量为q＝5000×10-3A×3600s＝1.8×104C，充电器输出电流为I＝1000mA＝1A，所以该扫地机器人的电池从完全没电到充满电所需时间为t＝qI＝1.8×1041s＝5h，故A错误；该扫地机器人最多能储存的能量为W＝qU＝1.8×104×24J＝4.32×105J，故B正确；该扫地机器人的额定功率为40W，所以充满电后工作的时间t＝ηWP＝4.32×105×60%40s＝1.8h，故C、D错误。]6．在如图所示的电路中，当开关S闭合后，若将滑动变阻器的滑片P向下调节，下列说法正确的是(　　)A．电压表和电流表的示数都增大B．灯L2变暗，电流表的示数减小C．灯L1变亮，电压表的示数减小D．灯L2变亮，电容器所带电荷量增加C　[将滑动变阻器的滑片P向下调节，滑动变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律分析得知，路端电压U减小，干路电流I增大，则电压表的示数减小，灯L1变亮，U1增大，R与灯L2并联电路的电压U2＝U－U1，则U2减小，即I2减小，灯L2变暗，电容器所带电荷量减少，流过电流表的电流IA＝I－I2，I增大，I2减小，则IA增大，电流表的示数增大，故C正确。]7．硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点，如图所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像，图线b是某纯电阻电器的U-I图像。则在该光照强度下，把该电池和该电器组成一个电路时，电池的(　　)A．内阻为12.5ΩB．输出功率为12.5WC．内耗功率为0.22WD．效率为50%C　[由闭合电路欧姆定律得U＝E－Ir，当I＝0时，E＝U，由a与纵轴的交点读出电动势为E＝3.6V。根据两图线交点处的状态可知，将它们组成闭合回路时路端电压为U＝2.5V，电流为I＝0.2A。则电池的内阻为r＝E-UI＝3.6-2.50.2Ω＝5.5Ω，故A错误；电池的输出功率为P出＝UI＝2.5×0.2W＝0.5W，故B错误；内耗功率为P内＝I2r＝0.22W，故C正确；电池的输出效率为η＝P出P总×100%＝P出EI×100%＝0.50.72×100%≈69.4%，故D错误。]二、多项选择题：本题共3小题，在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。8．下列对能量守恒定律的认识，正确的是(　　)A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了ABC　[A选项是指不同形式的能量在转化，转化过程中能量是守恒的，B选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移，选项A、B正确；任何永动机都是不可能制成的，选项C正确；D选项中石子的机械能发生变化，比如受空气阻力作用，机械能减少，但机械能并没有消失，能量守恒定律表明能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，故选项D错误。]9．如图所示是用一个直流电动机提升重物的装置，重物质量m＝50kg，电源电压U＝100V，不计各处的摩擦，当电动机以v＝0.9m/s的恒定速度将重物向上提升1m时，电路中的电流I＝5A(g取10N/kg)，由此可知(　　)A．电动机线圈的电阻r＝1ΩB．电动机线圈的电阻r＝2ΩC．该装置的效率为90%D．此过程中额外功为50JBC　[根据能量转化和守恒定律得UI＝mgv＋I2r，得到r＝UI-mgvI2＝2Ω，A错误，B正确；该装置的效率为η＝mgvUI＝50×10×0.9100×5×100%＝90%，C正确；额外功率为P＝UI－mgv＝50W，但此过程的时间为t＝xv＝10.9s＞1s，故此过程中额外功大于50J，D错误。]10．如图所示，U-I图像上a、b、c各点均表示该电路中一个确定的工作状态。在b点β＝α，则下列说法中正确的是(　　)A．在b点时，电源有最大的输出功率B．在b点时，电源的总功率最大C．从a到b时，β角越大，电源的总功率和输出功率都将增大D．从b到c时，β角越大，电源的总功率和输出功率都将减小AD　[在b点β＝α，即电源内阻等于外电阻，此时电源的输出功率最大，而电源的总功率P总＝EI，b点电流I不是最大，A正确，B错误；从a到b时，β角越大，外电阻阻值越大，越接近电源内阻，电源的输出功率越大，通过电源的电流越小，总功率越小，C错误；从b到c时，β角越大，外电阻阻值越远离内阻，电源的输出功率越小，通过电源的电流越小，总功率越小，D正确。]三、非选择题：共5小题。11．不计电阻变化，厨房内一只“220V　50W”照明用的灯泡，若改用200V的供电，不计电阻变化，使用相同的时间可以节省电能________%。如果采用200V供电的同时，又不减弱厨房照明亮度，则原灯泡电阻丝要换成电阻为________Ω的新电阻丝。[解析]　由P＝U2R可得，P2P1＝U22U12，则P1-P2P1×100%＝U12-U22U12×100%≈17.4%，即使用相同的时间可以节省电能17.4%，不减弱厨房照明亮度，灯泡功率相等，由U22R2＝50W，解得R2＝800Ω。[答案]　17.4　80012．小明想测额定电压为2.5V的小灯泡在不同电压下的电功率，设计了如图甲所示的电路。甲(1)在实验过程中，调节滑片P，电压表和电流表均有示数但总是调不到零，其原因是________的导线没有连接好(图中用数字标记的小圆点表示接线点，空格中请填写图中的数字，如“7点至8点”)；(2)正确连好电路，闭合开关，调节滑片P，当电压表的示数达到额定电压时，电流表的指针如图乙所示，则电流为______A，此时小灯泡的功率为________W；乙(3)做完实验后，小明发现在实验报告上漏写了电压为1.00V时通过小灯泡的电流，但在草稿纸上记录了下列数据，你认为最有可能的是________。A．0.08A B．0.12AC．0.20A[解析]　(1)在实验过程中，调节滑片P，电压表和电流表均有示数但总是调不到零，其原因是1点至4点的导线没有连接好，滑动变阻器相当于接成了限流电路。(2)由表盘刻度可知，电流表读数为0.30A；则灯泡的额定功率P＝IU＝0.30×2.5W＝0.75W。(3)若灯泡电阻不变，则由R＝UI可得2.5V0.30A＝1.00VI1，解得I1＝0.12A，考虑到灯泡电阻随温度的降低而减小，则通过灯泡的电流要大于0.12A，则选项C正确。[答案]　(1)1点至4点　(2)0.30　0.75　(3)C13．三峡水力发电站是我国最大的水力发电站。三峡水库二期蓄水后，水位落差约135m，水的流量约1.35×104m3/s。船只通航需要约3500m3/s的流量，其余流量全部用来发电。水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有20%转化为电能。则三峡发电站的发电功率最大是多少？(g取10m/s2)[解析]　用于发电的水流下落后，重力势能转化为动能，水冲击水轮发电机发电，但机械能转化为电能的效率只有20%。用于发电的水的流量为1.35×104m3/s－3.5×103m3/s＝1.0×104m3/s。每秒重力势能的减少量为ΔEp＝mgh＝ρVgh＝1.0×103×1.0×104×10×135J＝1.35×1010J。每秒转化的电能是ΔEp·η＝1.35×1010×0.2J＝2.7×109J。故发电机的最大功率为Pmax＝2.7×109W＝2.7×106kW。[答案]　2.7×106kW14．如图所示，线段A为某电源的U-I图线，线段B为某电阻的U-I图线，以上述电源和电阻组成闭合电路时，求：(1)电源的输出功率P出为多大？(2)电源内部损耗的电功率是多少？(3)电源的效率η为多大？[解析]　(1)根据题意从A的图线可读出E＝3V，r＝EI短＝36Ω＝0.5Ω，从B图线中可读出外电阻R＝1Ω。由闭合电路欧姆定律可得I＝ER+r＝31+0.5A＝2A，则电源的输出功率P出＝I2R＝4W。(2)电源内部消耗的功率P内＝I2r＝2W。(3)电源的总功率P总＝IE＝6W故电源的效率η＝P出P总×100%≈66.7%。[答案]　(1)4W　(2)2W　(3)66.7%15．某同学利用如图甲所示装置测定某电动机的效率。分别用电压表和电流表测得电动机的输入电压和输入电流与时间的关系图像分别如图丙、丁所示，当重物匀速上升时，重物上升的位移与时间的关系图线如图乙所示，电动机提升的重物的质量为91.2g，不计一切摩擦及电表内阻的影响，g取10m/s2。求：(1)该电源的电动势与内阻；(2)该电动机在图乙所示时间内的效率；(3)该电动机的内阻(保留2位有效数字)。[解析]　(1)电动机与电源构成闭合回路，由题图丙、丁可知，刚启动时U1＝2.8V，I1＝0.32A，E＝U1＋I1r电动机稳定工作时U2＝3.0V，I2＝0.16A，E＝U2＋I2r联立解得E＝3.2V，r＝1.25Ω。(2)电动机的输入功率为P入＝U2I2由题图乙可知重物匀速上升时的速度为v＝ΔhΔt电动机的输出功率为P出＝mgv电动机的效率为η＝P出P入×100%代入数据解得η＝95%。(3)设电动机的内阻为r0，电动机稳定工作时，根据焦耳定律得P＝I22r0P＝P入－P出代入数据解得r0≈0.94Ω。[答案]　(1)3.2V　1.25Ω　(2)95% (3)0.94Ω比较项纯电阻电路非纯电阻电路实例白炽灯、电炉、电饭锅、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等工作中的电动机、电解槽、日光灯等能量转化电路中消耗的电能全部转化为内能W＝Q电路中消耗的电能除转化为内能外，还转化为其他形式的能W>Q电功的计算W＝UIt＝I2Rt＝U2RtW＝UIt电热的计算Q＝UIt＝I2Rt＝U2RtQ＝I2Rt比较项意义公式联系电功率单位时间内电流所做的功P＝UI对纯电阻电路，电功率等于热功率，P电＝P热＝UI＝I2R；对非纯电阻电路，电功率大于热功率，P电>P热热功率单位时间内导体产生的热量P＝I2R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)＝E2R+r电源内部消耗的功率P内＝I2r＝P总－P出电源的输出功率任意电路：P出＝UI＝P总－P内纯电阻电路：P出＝I2R＝E2RR+r2电源的效率任意电路：η＝P出P总×100%＝UE×100%纯电阻电路：η＝RR+r×100%产品名称×××地宝尘盒容量0.3L清扫路线自由式液晶显示有电池容量5000mA·h充电器输出24V/1000mA噪声≤60dB额定功率40W行走速度20cm/s工作电压24V