第12章 电能 能量守恒定律 知能素养提升（Word）-【全效作业本】2022-2023学年高中必修第三册物理（人教版2019）

知能素养提升 [见学生用书P72] 类型一　非纯电阻电路的功率问题 【例1】 如图所示，定值电阻R＝20 Ω，电动机线圈的电阻R0＝10 Ω，当开关S断开时，理想电流表的示数是0.5 A。当开关S闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是(　B　) 例1图 A．I＝1.5 A B．I＜1.5 A C．P＝15 W D．P＞15 W 【解析】 当开关S断开时，由欧姆定律得U＝I1R＝0.5 A×20 Ω＝10 V，当开关S闭合后，通过R的电流仍为0.5 A，电动机的电流I2<＝＝1 A，故电流表的电流I<1.5 A，电路中电功率P＝UI<15 W，B正确。 【变式1】 如图所示为汽车启动电路原理图，汽车电动机启动时车灯会瞬间变暗。在打开车灯的情况下，电动机未启动时电流表的示数为10 A；电动机启动时电流表的示数为58 A，若电源的电动势为12.5 V，内阻为0.05 Ω，设电流表的内阻不计，车灯的电阻不变，则在打开车灯、电动机启动时，电动机的输入电功率为(　C　) 变式1图 A．681.8 W B．556.8 W C．480 W D．43.2 W 【解析】 由闭合电路欧姆定律有E＝I1，解得灯泡的电阻为1.2 Ω，电动机启动时电动机两端的电压为UM＝E－I2r＝9.6 V，电动机上的电流IM＝I2－IR＝58 A－ A＝50 A，所以电动机的输入电功率P＝UM·IM＝480 W，C正确。 【变式2】 如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻rA＝2 Ω，当S1闭合，S2、S3断开时，电流表示数6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表示数5 A，且电动机的内阻rM＝1 Ω；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表示数为4 A。求： 变式2图 (1)电炉的电阻及发热功率； (2)电动机机械效率； (3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率。 【答案】 (1)2 Ω　72 W；(2)58.3%；(3)16 W。 【解析】 (1)电炉为纯电阻元件，由欧姆定律得 R＝＝ Ω＝2 Ω， 其发热功率P＝I1U＝12×6 W＝72 W。 (2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律I2U＝IrM＋P输出，所以η＝×100%＝×100%≈58.3%。 (3)电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律P化学＝I3U－IrA，所以P化学＝(12×4－42×2)W＝16 W。 类型二　电路动态变化问题 【例2】 如图所示，当滑片放在滑动变阻器的正中时，三盏灯的亮度相同，则在滑动变阻器的滑片下移过程中(　B　) 例2图 A．A灯变亮 B．B灯变亮 C．C灯变亮 D．C灯亮度不变 【解析】 由图可知，滑动变阻器R与C灯串联后与B灯并联，最后与A灯串联；当滑片向下滑动时，变阻器电阻增大，外电阻增大，根据闭合电路欧姆定律得知，干路电流I减小，则A灯变暗，路端电压U增大，而A灯两端电压减小，所以B灯两端电压增大，则B变亮。通过C灯电流IC＝I－IB，由于I减小，IB增大，则IC减小，所以C灯变暗，B正确。 【变式3】 (多选)在如图所示的电路中，电源电动势为E，内电阻为r，C为电容器，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。开关闭合后，灯泡L能正常发光。当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列说法正确的是(　AD　) 变式3图 A．灯泡L将变暗 B．灯泡L将变亮 C．电容器C的电荷量将减小 D．电容器C的电荷量将增大 【解析】 当滑动变阻器的滑片向右移动时，变阻器电阻增大，外电阻增大，电路中电流减小，灯泡L变暗，A正确，B错误；电容器的电压等于路端电压，电路中电流减小，内电压减小，故路端电压增大，由Q＝CU可知，电容器C的电荷量将增大，C错误，D正确。故选AD。 【变式4】 (多选)如图所示电路中，L1、L2为两只相同的灯泡，R为光敏电阻(随光照的增强电阻减小)，在光照强度逐渐增强的过程中，下列说法正确的是(　BC　) 变式4图 A．L1、L2两灯均逐渐变暗 B．L1灯逐渐变暗，L2灯逐渐变亮 C．电源内电路消耗功率逐渐增大 D．光敏电阻R和灯泡L1消耗的总功率逐渐增大 【解析】 当光照增强时，光敏电阻的阻值减小，电路的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，电路中总电流增大，则L2灯逐渐变亮。由U＝E－Ir可知，路端电压减小，L2灯的电压增大，则R两端的电压减小，故L1灯逐渐变暗，A错误，B正确；总电流增大，由P＝I2r可知，电源内电路消耗功率逐渐增大，C正确；将L2灯看成电源内电路的一部分，光敏电阻R和灯泡L1消耗的总功率是等效电源的输出功率，由于等效电源的内阻大于外电阻，所以当光敏电阻的阻值减小，外电阻减小时，等效电源的内外电阻相差加大，输出功率减小，则光敏电阻R和灯泡L1消耗的总功率逐渐