（2019人教版必修第三册）高二物理精讲精练 第十二章 电能能量守恒总结提升 （原卷版+解析）

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第十二章 电能能量守恒第一部分 知识总结内容1：电路中的能量转化一、电功和电功率1．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。2．电功（1）定义：电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。（2）公式：W＝UIt。（3）单位：国际单位是焦耳，符号是J。3．电功率（1）定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。（2）公式：P＝eq \f(W,t)＝UI。（3）单位：国际单位是瓦特，符号是W。二、焦耳定律1．内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。2．表达式：Q＝I2Rt。3．热功率三、电路中的能量转化1．电动机工作时的能量转化（1）能量关系：电动机从电源获得的能量一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。（2）功率关系：电动机消耗的功率P电等于电动机的输出功率P机与电动机损失的功率P损之和，即：P电＝P机＋P损，P电＝UI，P损＝I2R。2．电池充电时的能量转化电池从电源获得的能量一部分转化为化学能，还有一部分转化为内能。知识演练1. （多选）一个电热器电阻为，当它两端电压为，通过时间消耗电能为，若使它消耗的电能为，下列方法正确的是（　　）A. 电阻不变，电压不变，通电时间变为原来的2倍B. 电阻减半，电压增大1倍，通电时间减半C. 电阻不变，电压增大1倍，通过时间不变D. 电阻减半，电压不变，通电时间不变2. 如图所示的电路中，、都是“、”的电阻，是“、”的电阻，则间允许消耗的最大功率是（　　）A. B. C. 8W D. 9W3.（多选）一辆电动车蓄电池的电动势为E，内阻不计，当空载的电动车以速度v在水平路面上匀速行驶时，流过电动机的电流为I，电动车的质量为m，受到的阻力是车重的k倍，忽略电动车内部的摩擦，则（ ）A. 电动机的内阻为r＝E/IB. 电动机的内阻为C. 如果电动机突然被卡住而停止转动，则电源消耗的功率将变小D. 如果电动机突然被卡住而停止转动，则电源消耗的功率将变大4.（多选）下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是（　　）A. 电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B. W=UIt适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路C. 在非纯电阻电路中，UI>I2RD. 焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路5. 一台小型电动机在6V电压下正常工作，用此电动机提升重为10 N的物体时，在10s内使该物体在竖直方向匀速上升了1.1 m，上述过程中，通过电动机的电流为0.2 A．不计除电动机线圈生热外的其他能量损失．求：（1）电动机输出的机械功率；（2）电动机线圈的电阻．6. 小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1 Ω)与规格为“4 V、4 W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5 Ω的电阻串联，然后接至U＝12 V的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：（1）通过电动机的电流；（2）电动机的输出功率P出；（3）电动机的效率．内容2：闭合电路的欧姆定律一、电动势1．闭合电路：由导线、电源和用电器连成的电路。用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。2．非静电力：在电源内部把正电荷从负极搬运到正极的力。3．电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。4．电动势（1）物理意义：表征电源把其他形式的能转化为电势能的本领。（2）定义：非静电力所做的功与所移动的电荷量之比。（2）定义式：E＝eq \f(W,q)。（4）单位：伏特，符号是V。二、闭合电路欧姆定律及其能量分析1．部分电路欧姆定律：I＝eq \f(U,R)。2．内电阻：电源内电路中的电阻。3．闭合电路中的能量转化：如图所示，A为电源正极，B为电源负极，电路中电流为I，在时间t内，非静电力做功等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和，即EIt＝I2Rt＋I2rt。4．闭合电路的欧姆定律（1）内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。（2）表达式：I＝eq \f(E,R＋r)。（4）常见的变形公式：E＝U外＋U内。三、路端电压与负载的关系1．负载：外电路中的用电器。2．路端电压：外电路的电势降落。3．路端电压与电流的关系（1）公式：U＝E－Ir。（2）结论：①外电阻R减小→I增大→U减小。②外电路断路→I＝0→U＝E。③外电路短路→I＝eq \f(E,r)→U＝0。（3）电源的U­I图像知识演练1. 关于电压和电动势，下列说法正确的是（　　）A. 电压和电动势的单位都是伏特，所以电动势和电压是同一物理量的不同说法B. 电动势就是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量C. 电动势E越大，表明电源储存的电能越多D. 电动势公式E=中的W与电压U=中的W是一样的，都是电场力做的功2. 如图是某智能手机电池上的信息，支持低压大电流充电，则（ ）A. 表示该电池的电动势B. 表示该电池能提供的电量C. 表示该电池能提供的电能D. 该电池充满电后以的电流工作时，可连续工作30小时3.飞行器在太空飞行，主要靠太阳能电池提供能量．若一太阳能电池板，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(　　)A. 0.10 V B. 0.20 V C. 0.30 V D. 0.40 V4. （多选）如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，下列结论正确的是（　　）A. 电源的电动势为6.0 VB. 电源的内阻为12 ΩC. 电源的短路电流为0.5 AD. 电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω5. 如图甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝100 Ω， R2的阻值未知，R3是一个滑动变阻器，在其滑片从最左端滑至最右端的过程中，测得电源的路端电压U随电流I的变化图线如图乙所示，其中图线上的A、B两点是滑片在变阻器两个不同端点时分别得到的。求：（1）电源的电动势和内电阻；（2）定值电阻R2的阻值；（3）滑动变阻器R3的最大值。6. 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，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的最大功率是多少？这时电源的效率是多大？（3）调节R2的阻值，能否使电源以最大的功率输出？为什么？内容3：能源与可持续发展内容一、能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。二、能量转移或转化的方向性1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。2．能量耗散：在能量转化过程中流散到周围环境中的内能很难再收集起来重新利用的现象。3．节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，即从便于利用的能源变为不便于利用的能源。4．自然界中的宏观过程具有方向性。三、能源的分类与应用1．能源的分类（1）不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的能源，煤炭、石油和天然气也叫化石能源。（2）可再生能源：像水能、风能、潮汐能这类在自然界可以再生的能源。2．我国能源的开发① 太阳能发电；② 水力发电；③ 风能发电；④ 核能发电。四、能源与社会发展1．人类利用能源的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。2．利用不可再生能源带来的危害（1）改变大气的成分，加剧气候的变化，如温室效应。（2）形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化土壤。（3）产生光化学烟雾，产生浮尘。知识演练1. 下列关于能的转化和守恒定律的认识不正确的是（　　）A. 某种形式的能减少，一定存在其他形式的增加 B. 某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加C. 不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机不可能制成D. 石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了2. （多选）关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是（　　）A. 能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量耗散B. 能量在转化过程中变少的现象叫能量耗散C. 能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量的数量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，而自然界的能量是守恒的D. 能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的3. 关于能源、能量，下列说法正确的是（　　）A. 可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向B. 核能的利用会造成放射性污染，所以应该关闭核电站C. 能量是守恒的，不会发生能源危机D. 化石能源、水能、核能，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源4. 如图所示是我国某风能发电基地，全球可利用的风能为2×107 MW（1 MW＝106 W），比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍，我国风能资源总储量约1.6×105 MW 。2012年7月4日装机容量达到2 240万千瓦的三峡水电站，已成为全世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地。下列说法正确的是（　　）A. 风力发电是把风的内能转化为电能 B. 我国风能资源总储量约为7个三峡水电站的装机容量C. 风力发电过程违反能量守恒定律 D. 水能和风能都是清洁能源且都是不可再生能源内容4：实验：电池电动势和内阻的测量一、实验原理和方法实验电路如图所示，根据闭合电路的欧姆定律，改变R的阻值，测出两组U、I的值，根据闭合电路的欧姆定律可列出两个方程：eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r))⇒eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(E＝\f(I1U2－I2U1,I1－I2),r＝\f(U2－U1,I1－I2)))二、实验器材待测电池一节，电流表(0～0.6 A)、电压表(0～3 V)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干。三、实验步骤1．选定电流表、电压表的量程，按照电路图把器材连接好。2．把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端(图中左端)。3．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，读出电压表示数U和电流表示数I，并填入事先绘制好的表格(如下表)。4.多次改变滑片的位置，读出对应的多组数据，并一一填入表中。5．断开开关，整理好器材。四、数据处理1．公式法把测量的几组数据分别代入E＝U＋Ir中，然后两个方程为一组，解方程求出几组E、r的值，最后对E、r分别求平均值作为测量结果。2．图像法（1）以I为横坐标，U为纵坐标建立直角坐标系，根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点。（2）用直尺画一条直线，使尽量多的点落在这条直线上，不在直线上的点，能大致均衡地分布在直线两侧。（3）如图所示：①图线与纵轴交点为E。②图线与横轴交点为I短＝eq \f(E,r)。③图线的斜率大小表示r＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))。五、误差分析1．偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作U­I图像时描点不准确。2．系统误差：主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些。U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大。将测量结果与真实情况在U­I坐标系中表示出来，如图所示，可见E测