高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第4节 科学用电优质课教学设计

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第4节 科学用电优质课教学设计，共8页。教案主要包含了选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

(时间：60分钟 满分：100分)


一、选择题(本题共8小题，每小题7分，共56分。其中1～4 题为单项选择题，5～8题为多项选择题。全部选对的得7分，选对但不全的得4分，有选错的得0分。)


1.两个电





源的U－I图像如图所示，从图像中可以看出( )


A.电池a的电动势较大，内电阻较大


B.电池a的电动势较小，内电阻较小


C.电池b的电动势较小，内电阻较大


D.电池b的电动势较大，内电阻较小


解析 根据闭合电路欧姆定律知U＝E－Ir，故U－I图像中图像与纵轴的交点等于电源的电动势，由题图可知，a的电动势较大，图像斜率的绝对值表示电源的内阻，a的斜率的绝对值较大，故a的内阻较大，故A正确，B、C、D错误。


答案 A


2.如图所示，R4是半导体材料制成的热敏电阻，电阻率随温度的升高而减小，这就是一个火警报警器的电路，电流表是安放在值班室的显示器，电源两极之间接一个报警器，当R4所在处出现火情时，显示器的电流I和报警器两端的电压U的变化情况是( )





A.I变大，U变小 B.I变大，U变大


C.I变小，U变大 D.I变小，U变小


解析 当R4所在处出现火情时，R4阻值变小，外电路总电阻变小，则总电流变大，电源的内电压变大，路端电压变小，即U变小。电路中并联部分的电压U并＝


E－I 总(R1＋r)，I总变大，则U并变小，流经R3的电流减小，所以电流表示数变大。故A项正确。


答案 A


3.如图所示的电路中，电表都为理想电表，闭合开关并待所有电表读数稳定后，将滑动变阻器的滑片P向右滑动一段距离后，发现电路中电表示数都有明显的变化，三个电流表和电压表读数变化量的绝对值依次为ΔI1、ΔI2、ΔI3和ΔU。已知电源内阻r的阻值小于定值电阻R的阻值，下列说法正确的是( )








A.R消耗的功率将变小 B.电流表A3的示数增大


C.eq \f(ΔU,ΔI3)>eq \f(ΔU,ΔI2) D.eq \f(ΔU,ΔI3)＝r


解析 当滑动变阻器滑片向右滑动后，变阻器接入电路的电阻增大，外电路总电阻增大，则总电流减小，所以电流表A3的示数减小。根据闭合电路欧姆定律可知，外电路电压增加，即并联部分电压增大，所以电压表V的示数和电流表A2的示数都变大，再根据P＝eq \f(U2,R)可知，R消耗的功率将变大，故选项A、B都错误；根据闭合电路欧姆定律U＝E－I3r可知，eq \f(ΔU,ΔI3)＝r，由部分电路的欧姆定律可知eq \f(ΔU,ΔI2)＝R，据题R>r，故选项D正确，C错误。


答案 D


4.如图所示为多用电表欧姆挡的原理示意图。其中，电流表的满偏电流为300 μA，电阻rg＝100 Ω，调零电阻最大值R＝50 kΩ，串联的定值电阻R0＝50 Ω，电池电动势E＝1.5 V。用它测量电阻Rx，能准确测量的阻值范围是( )





A.30 kΩ～80 kΩB.3 kΩ～8 kΩ


C.300 Ω～800 ΩD.30 Ω～80 Ω


解析 欧姆表的中值电阻附近刻度最均匀，读数误差最小；


欧姆表的中值电阻R中等于欧姆表的内电阻R总，根据闭合电路欧姆定律，满偏时，Ig＝eq \f(E,R总) 半偏时，eq \f(1,2)Ig＝eq \f(E,R总＋R中)


联立解得R中＝R总＝eq \f(E,Ig)＝eq \f(1.5 V,300×10－6 A)＝5 000 Ω＝5 kΩ。


答案 B


5.如图所示，图线a是某一电源的U－I图线，图线b是一定值电阻的U－I图线。若将该电源与该定值电阻连成闭合电路(已知该电源的内阻r＝2.0 Ω)，则下列说法正确的是( )








A.该定值电阻为6 Ω


B.该电源的电动势为20 V


C.将2只这种电阻串联作为外电阻，电源输出功率最大


D.将3只这种电阻并联作为外电阻，电源输出功率最大


解析 由图线b可知该定值电阻的阻值R＝eq \f(U,I)＝6 Ω，A正确；由图读出交点的电压U＝15 V，电流I＝2.5 A，根据闭合电路欧姆定律得，电源的电动势E＝U＋Ir＝15 V＋2.5×2 V＝20 V，B正确；对于电源，当内外电路的电阻相等时输出功率最大，故将3只这种电阻并联作为外电阻，电源输出功率最大，C错误，D正确。


答案 ABD


6.一个电动势为E，内电阻为r的电池，接上负载电阻R，构成闭合电路，下列说法正确的是( )


A.当R＝r时，路端电压为U＝eq \f(E,2)


B.当R＝0时，路端电压为U＝E


C.当R＝r时，电源输出的功率最大


D.当R＝r时，电源的效率为η＝50%


解析 当R＝r时，路端电压与内电压相等，而两者之和等于电动势E，则路端电压为U＝eq \f(E,2)，选项A正确；当R＝0时，外电路短路，路端电压为U＝0，选项B错误；R获得的功率P出＝I2R＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(E,R＋r)))eq \s\up12(2)R，根据数学知识可知，当R＝r时，P出有最大值，选项C正确；当R＝r时，电源的效率η＝eq \f(UI,EI)×100%＝50%，选项D正确。


答案 ACD


7.如图所示的电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，四个电阻的阻值已在图中标出。闭合开关S，下列说法正确的有( )








A.路端电压为10 V


B.电源的总功率为10 W


C.a、b间电压的大小为5 V


D.a、b间用导线连接后，电路的总电流为1 A


解析 根据串并联电路的特点可得，外电路总电阻为10 Ω，根据闭合电路欧姆定律得通过电源的电流为I＝eq \f(12,2＋10) A＝1 A，则路端电压为U＝IR外＝10 V，选项A正确；电源的总功率P＝EI＝12 W，选项B错误；若取电源负极的电势为0，则a点电势为φA＝2.5 V，b点电势为φB＝7.5 V，a、b间电压的大小为5 V，选项C正确；若a、b间用导线连接起来，根据串并联电路的特点可得，外电路总电阻为7.5 Ω，根据闭合电路欧姆定律得电路的总电流为I＝eq \f(12,2＋7.5) A≈1.26 A，选项D错误。


答案 AC


8.如图所示，电源的电动势E＝2 V，内阻r＝2 Ω，两个定值电阻均为8 Ω，平行板电容器的电容C＝3×10－6 F，则( )








A.开关断开时两极板间的电压为eq \f(4,3) V


B.开关断开时电容器所带电荷量为4×10－6 C


C.开关接通时两极板间的电压为eq \f(4,3) V


D.开关接通时电容器所带电荷量为4×10－6 C


解析 电容器两极板间的电压等于R2两端的电压，开关S断开时，电路中的总电流为I＝eq \f(E,R2＋r)＝eq \f(2,8＋2) A＝0.2 A，电容器两极板间的电压为U＝IR2＝0.2×8 V＝


1.6 V，此时电容器所带电荷量为Q＝CU＝3×10－6×1.6 C＝4.8×10－6 C，故选项A、B错误；开关接通时两定值电阻并联R外＝eq \f(R1·R2,R1＋R2)＝eq \f(8×8,8＋8) Ω＝4 Ω，电容器两极板间的电压等于路端电压，电路中的总电流I′＝eq \f(E,R外＋r)＝eq \f(2,4＋2) A＝eq \f(1,3) A，电容器的两极板间的电压U′＝I′R外＝eq \f(1,3)×4 V＝eq \f(4,3) V，此时电容器所带的电荷量Q′＝CU′＝3×10－6×eq \f(4,3) C＝4×10－6 C，故选项C、D正确。


答案 CD


二、实验题(本题共1个小题，共15分)


9.在一次课外实践活动中，某课题研究小组收集到数码相机、手机等电子产品中的一些旧电池以及从废旧收音机上拆下的电阻、电容、电感线圈等电子元件。现从这些材料中选取两个待测元件，一是电阻R0(约为2 kΩ)，二是手机中常用的锂电池(电动势E标称值为3.7 V，允许最大放电电流为100 mA )。在操作台上还准备了如下实验器材：


A.电压表(量程4 V，电阻RV约为4.0 kΩ)


B.电流表A1(量程100 mA，内阻不计)


C.电流表A2(量程2 mA，内阻不计)


D.滑动变阻器R1(0～2 kΩ，额定电流0.1 A)


E.电阻箱R2(0～999.9 Ω)


F.开关S一只，导线若干。





(1)为了测定电阻R0的阻值，小组的一位成员设计了如图甲所示的电路原理图，所选取的相应器材(电源用待测的锂电池)均标在图上，其器材选取中有不妥之处，你认为应该怎样调整？


(2)如果在实际操作过程中，发现滑动变阻器R1、电压表已损坏，用余下的器材测量锂电池的电动势E和内阻r。


①请你在图乙方框中画出实验电路原理图(标注所用器材符号)；


②该实验小组的同学在实验中取得多组数据，然后作出如图丙所示的线性图像处理数据，则电源电动势为________ V，内阻为________ Ω。


解析 (1)根据闭合电路欧姆定律，当滑动变阻器短路时，电流为I＝eq \f(E,R0＋r)＝eq \f(3.7 V,r＋2 000 Ω)≤1.85×10－3 A，故用电流表A1量程太大，读数不准确；故答案为用A2替换A1。


(2)①根据题意可知，要利用给定的条件测量电动势和内电阻，故应采用电流表和电阻箱串联进行测量；如图所示。








②根据闭合电路欧姆定律，电流的表达式为I＝eq \f(E,r＋R2)，即R2＝E·eq \f(1,I)－r


结合图像可得r＝7 Ω，E＝3.5 V


答案 (1)用A2替换A1 (2)①见解析图 ②3.5 7.0


三、计算题(本大题共2小题，共29分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)


10.(14分)如图所示的电路中，电源的电动势E＝12 V，内阻未知，R1＝8 Ω，R2＝1.5 Ω，L为规格“3 V，3 W”的灯泡，开关S断开时，灯泡恰好正常发光。(不考虑温度对灯丝电阻的影响)试求：





(1)灯泡的额定电流和灯丝电阻；


(2)电源的内阻；


(3)开关S闭合时，灯泡实际消耗的功率。


解析 (1)灯泡的额定电流I0＝eq \f(P0,U0)＝eq \f(3,3) A＝1 A


灯丝电阻RL＝eq \f(Ueq \\al(2,0),P0)＝eq \f(32,3) Ω＝3 Ω


(2)断开S时，灯L正常发光，即I1＝I0，根据闭合电路欧姆定律E＝I0(R1＋RL＋r)


得r＝eq \f(E,I0)－(R1＋RL)＝[eq \f(12,1)－(8＋3)] Ω＝1 Ω


(3)闭合S时，设外电路总电阻为R外


R外＝eq \f(RLR2,RL＋R2 )＋R1＝9 Ω


干路电流为I总＝eq \f(E,R外＋r)＝1.2 A


灯泡两端的电压UL＝I总·eq \f(RLR2,RL＋R2)＝1.2 V


灯泡实际消耗的功率P＝eq \f(Ueq \\al(2,L),RL)＝0.48 W


答案 (1)1 A 3 Ω (2)1 Ω (3)0.48 W


11.(15分)如图所示，甲、乙两电路中电源电动势均为E＝12 V，内阻均为r＝3 Ω，电阻R0＝1 Ω，直流电动机内阻R0′＝1 Ω，调节滑动变阻器R1、R2，使甲、乙两电路的电源输出功率均为最大，且此时电动机刚好正常工作，已知电动机的额定功率为6 W，求：





(1)电动机的热功率P热；


(2)此时滑动变阻器R1、R2连入电路部分的阻值。


解析 (1)题图乙是非纯电阻电路，电源的输出功率


P＝UI＝(E－Ir)I＝－I2r＋EI


当I＝eq \f(E,2r)＝eq \f(12,2×3) A＝2 A时，电源的输出功率最大，此时电动机的热功率P热＝I2R0′＝4 W。


(2)纯电阻电路中，当电路的外电阻等于内阻时，电源的输出功率最大，所以题图甲中，R1＝r－R0＝3 Ω－1 Ω＝2 Ω


题图乙中，根据闭合电路欧姆定律，有


E＝Ir＋IR2＋eq \f(P额,I)


代入数据，解得R2＝1.5 Ω。


答案 (1)4 W (2)2 Ω 1.5 Ω