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复习课件ppt

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核心速填①W=qU=UIt　②P=UI　③Q=I2Rt　④纯电阻电路　⑤可再生能源　⑥E= 　⑦I= 　⑧E=U+Ir
一、纯电阻电路与非纯电阻电路【典例】规格为“220 V　36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω,求:(1)接上220 V的电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率;(2)如果接上220 V的电压后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率。
【解析】(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为:I= = A≈0.16 A,发热功率为:P热=I2R=0.162×40 W≈1 W。转化为机械能的功率为:P机=P-P热=36 W-1 W=35 W。(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻电路,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为I'= = A=5.5 A,电动机消耗的功率即发热功率:P'=P热'=UI'=220×5.5 W=1 210 W。答案:(1)35 W　1 W　(2)都为1 210 W
【方法技巧】纯电阻电路与非纯电阻电路问题的求解思路(1)当电动机不转动时,消耗的电能全部转化为内能,此时是一个纯电阻元件。当电动机转动时,消耗的电能转化为机械能和内能,此时是非纯电阻元件。(2)求解非纯电阻电路问题时,注意区分电功率和热功率,弄清电功率、热功率、其他功率的关系。
【素养训练】某同学用如图所示的电路进行对电动机M的输出功率的研究,其实验步骤:闭合开关后,调节滑动变阻器,电动机未转动时,电压表的读数为U1,电流表的读数为I1;再调节滑动变阻器,电动机转动后电压表的读数为U2,电流表的读数为I2。则此时电动机输出的机械功率为(　　)A.U2I2- 　　　 B. C.U2I2-U1I1 D.U2I2
【解析】选A。闭合开关后,电动机未转动时,电动机的内阻R= ;电动机转动后,电动机的电功率P电=U2I2,发热功率P热= R,则电动机的输出功率P出=P电-P热=U2I2- ,故A正确。
【补偿训练】(多选)如图所示,电阻R1=20 Ω,电动机的内阻R2=10 Ω。当开关断开时,电流表的示数是0.5 A,当开关闭合后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,此时电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是(　　)A.I=1.5 A　　　　　　　　B.I<1.5 AC.P=15 W D.P<15 W
【解析】选B、D。当开关断开时,根据U=IR算出电源电压为10 V,开关闭合后,电阻R1中的电流没变,电动机两端电压也为10 V。此电压不可能全部在电动机的内阻上,故电动机中的电流不可能达到1 A,所以总电流小于1.5 A。据P=UI可知,电路消耗的电功率P也小于15 W。选项B、D正确。
二、闭合电路的欧姆定律的应用【典例】如图所示的电路中,当S闭合时,电压表和电流表(均为理想电表)的示数分别为1.6 V和0.4 A;当S断开时,它们的示数分别改变了0.1 V和0.1 A,求电源的电动势。
【解析】当S闭合时,R1、R2并联接入电路,U1=1.6 V,I1=0.4 A,由闭合电路欧姆定律得:U1=E-I1r当S断开时,只有R1接入电路,总电阻变大,总电流变小,故路端电压增大0.1 V,总电流减小0.1 A,U2=1.7 V,I2=0.3 A,由闭合电路欧姆定律得:U2=E-I2r联立解得:E=2 V,r=1 Ω答案:2 V
【方法技巧】闭合电路的欧姆定律的应用技巧(1)分析电路特点:认清各元件之间的串、并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流。(2)求干路中的电流:若各电阻阻值和电动势都已知,可用闭合电路的欧姆定律直接求出,也可以利用各支路的电流之和来求。(3)应用闭合电路的欧姆定律解决问题时,应根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流。
【素养训练】一太阳能电池板,测得它的开路电压为800 mV,短路电流为40 mA,若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是(　　) V　　　　　　　 V V
【解析】选D。电池板没有接入外电路时,开路电压值等于电源电动势,所以电动势E=800 mV。由闭合电路的欧姆定律得短路电流I短= ,所以电池板内阻r= = Ω=20 Ω,该电池板与20 Ω的电阻连成闭合电路时,电路中电流I= = mA=20 mA,所以路端电压U=IR=400 mV=0.40 V,D正确。
【典例】如图所示的电路中,电源内阻不可忽略,开关S闭合前灯泡A、B、C均正常发光。那么,当开关S闭合时,A、B、C三个灯泡的亮度变化情况是(　　)A.A亮度不变,B变亮,C变暗B.A变暗,B变亮,C变暗C.A变亮,B变暗,C变亮D.A变暗,B变亮,C亮度不变
【解析】选B。开关S闭合时,外电路总电阻减小,总电流I增大,路端电压U减小,通过灯泡A的电流减小,灯泡A变暗;通过灯泡B的电流增大,灯泡B两端的电压增大,灯泡B变亮;灯泡C两端的电压减小,灯泡C变暗。故选项A、C、D错误,选项B正确。
【方法技巧】闭合电路的动态分析方法(1)程序法:分清电路结构→局部电阻变化→总电阻变化→总电流变化→路端电压变化→各部分电压、电流变化(一般先分析电阻不变的支路)。(2)运用结论“串反并同”时,电源内阻不可忽略。
四、闭合电路的功率计算【典例】如图所示,已知电源的电动势E=10 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R1=0.5 Ω,滑动变阻器的最大阻值R2=5 Ω。求:
(1)当滑动变阻器的阻值为多大时,电阻R1消耗的功率最大?电阻R1消耗的最大功率是多少?(2)当滑动变阻器的阻值为多大时,电源的输出功率最大?电源输出的最大功率为多少?(3)当滑动变阻器的阻值为多大时,滑动变阻器消耗的功率最大?变阻器消耗的最大功率是多少?
【解析】(1)由P1=( )2R1知,当R2=0时,R1消耗功率最大。P1m=( )2R1=8 W(2)当r=R外时电源输出功率最大,此时由R1+R2'=r得R2'=1.5 Ω此时P出max=( )2 (R1+R2')=12.5 W
(3)将R1等效为电源内阻,此时新电源内阻r'=r+R1=2.5 Ω故当滑动变阻器的阻值为R2″=2.5 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大。P2m=( )2R2″=10 W答案:(1)0　8 W　(2)1.5 Ω　12.5 W　(3)2.5 Ω　10 W
【方法技巧】电源的输出功率的求解方法当外电路为纯电阻电路时讨论如下:(1)电源的输出功率P出=I2R= R= = 由此可知当R=r时,电源有最大输出功率P出max= 。