第5章 电能与能源的可持续发展 章末小结与质量评价（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（粤教版）

一、知识体系建构——理清物理观念 二、综合考法融会——强化科学思维 [典例]　把一量程6 mA、内阻100 Ω的电流表改装成欧姆表，电路如图所示，现备有如下器材： A．电源E＝3 V(内阻不计)； B．变阻器0～100 Ω； C．变阻器0～500 Ω； D．红表笔； E．黑表笔。 欧姆表的原理 (1)变阻器选用________。 (2)红表笔接________端，黑表笔接________端。(选填“M”或“N”) (3)按正确方法测量Rx，若指针指在电流表2 mA刻度处，则电阻值应为________；若指在电流表3 mA刻度处，则电阻值应为________。 (4)若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述电阻Rx，其测量结果与原结果相比将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 [答案]　(1)C　(2)N　M　(3)1 000 Ω　500 Ω 　(4)偏大 3．欧姆表刻度的标定 [对点训练] 把一个满偏电流为3 mA的电流表改装成欧姆表，其中电源电动势为3 V。在测电阻时，电流表指针指在表盘上2 mA处，在改成相应的电阻刻度时，应是 (　 ) A．250 Ω　　　　　　　　 B．500 Ω C．1 000 Ω D．1 500 Ω 答案：B　 [典例]　如图所示的电路，闭合开关，灯L1、L2正常发光。由 于电路出现故障，突然发现L1变亮，L2变暗，电流表的读数变小， 根据分析，发生的故障可能是 (　 ) A．R1断路　　　　 B．R2断路 C．R3短路 D．R4短路 直流电路的故障分析与判断 [解析]　等效电路如图所示，若R1断路，总外电阻变大，总 电流减小，路端电压变大，L1两端电压变大，L1变亮；ab部分电 路结构没变，电流仍按原比例分配，总电流减小，通过L2、R4的 电流都减小，故A符合题意；若R2断路，总电阻变大，总电流减 小，ac部分电路结构没变，电流仍按原比例分配，R1、L1中电流都减小，与题意相矛盾，故B不符合题意；若R3短路或R4短路，总电阻减小，总电流增大，电流表读数变大，与题意相矛盾，故C、D不符合题意。 [答案]　A [融会贯通] 1．电路常见故障 (1)断路；(2)短路。 2．电路故障特点 断路特点 电路中发生断路时，电源电压不为零，而电流为零；如果断路出现在干路中，则发生断路的地方其两端电压等于电源电压 短路特点 电路中的某部分发生短路时，表现为有电流通过电路而该部分电路两端电压为零 3．电路故障部位的检测和判断 (1)断路故障的检测和判断(假设只有一个断点)：用电压表与电源并联检测电路中是否有电压，若有电压时，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点。 (2)短路故障的检测和判断：用电压表与电源并联，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该段电路被短路；若电压表示数不为零，则该段电路没被短路。 [对点训练] 在如图所示的电路中，闭合开关时，灯泡不亮，已经确定是由 灯泡断路或短路引起的，在不能拆开电路的情况下(开关可闭合， 可断开)，现用一个多用电表的直流电压挡、直流电流挡和欧姆挡分别对故障电路进行如下检查并做出判断(如表所示) 次序 操作步骤 现象和结论 1 闭合开关，选直流电压挡，红、黑表笔分别接a、b 指针偏转，灯泡断路；指针不偏转，灯泡短路 2 闭合开关，选直流电流挡，红、黑表笔分别接a、b 指针偏转，灯泡断路；指针不偏转，灯泡短路 3 闭合开关，选欧姆挡，红、黑表笔分别接a、b 指针不动，灯泡断路；指针偏转，灯泡短路 4 断开开关，选欧姆挡，红、黑表笔分别接a、b 指针不动，灯泡断路；指针偏转最大，灯泡短路 以上操作和判断错误的是 (　 ) A．1 B．2 C．3 D．4 解析：用直流电压挡接a、b时，若电压表有示数，说明其他位置都是通路，故灯泡断路；若电压表无示数，说明灯泡短路，故A正确；用直流电流挡接a、b时，若电流表有示数，说明其他位置都是通路，故灯泡断路；若电流表无示数，则说明灯泡短路，故B正确；用欧姆挡接a、b时，必须先断开电源的开关，故C错误；若断开开关，用欧姆挡接a、b时，有示数且指针偏转非常大，说明a、b间电阻接近为0，故灯泡应该是短路；若无指针偏转，则说明a、b间电阻为无穷大，灯泡断路，故D正确。 答案：C　 [典例]　如图甲所示电路中，D为二极管，其伏安特性曲线如图乙所示。闭合开关S，滑动变阻器R的滑片P从左端向右移动过程中(　 ) A．二极管D的电阻变大 B．通过二极管D的电流变小 C．二极管D消耗的功率变小 D．电源消耗的功率变大 闭合电路中的图像问题 [解析]　滑动变阻器R的滑片P从左端向右移动过程中，滑动变阻器的电阻减小，电路电流增大，由图乙可知，二极管的电阻减小，电流、电压增大，消耗的功率也增大，故A、B、C错误；电源的功率为P＝EI，因为电流增大，所以电源的功率增大，故D正确。 [答案]　D [融会贯通] 1．处理图像的两个入手点 (1)特殊点的物理意义： ①纵截距：当横轴表示的物理量为零时，纵坐标的数值。 ②横截距：当纵轴表示的物理量为零时，横坐标的数值。 (2)纵坐标与横坐标的关系式。根据关系式便可方便地得到图像截距、斜率、中点等数值的物理意义。 2．闭合电路中的常见图像 续表 [对点训练] (多选)用标有“6 V　3 W”的灯泡L1、“6 V　6 W”的灯泡L2与理想电压表和理想电流表连接成如图甲所示的实验电路，其中电源电动势E＝9 V。图乙是通过两个灯泡的电流随两端电压变化的曲线。当其中一个灯泡正常发光时 (　 ) A．电流表的示数为0.5 A B．电压表的示数为6 V C．电路输出功率为4 W D．电源内阻为1 Ω 答案：AC　 三、价值好题精练——培树科学态度和责任 1．如图所示为一种环保“重力灯”，让重物缓慢下落，拉动绳子， 从而带动发电机转动，使小灯泡发光。某“重力灯”中的重物 为18 kg，它在30 min内缓慢下落了2 m, 使规格为“1.5 V, 0.12 W” 的小灯泡正常发光。不计绳子重力，则以下说法正确的是 (　 ) A．绳子拉力对重物做正功 B．重物重力做功的功率为0.12 W C．30 min内产生的电能为360 J D．重物重力势能转化为灯泡电能的效率为60% 答案：D　 2．如图为某扫地机器人，其内部电机的电阻为0.5 Ω，内置锂电池 容量为 9 A·h，额定功率为 24 W，额定电压为 8 V，则该扫地机 器人正常工作时 (　 ) A．额定工作电流是 3 A B．额定工作电流是 16 A C．扫地机器人电池充满电之后最长工作时间为9 h D．扫地机器人每秒消耗电能为 128 J 答案：A　 3．为减少汽车排放带来的污染，很多城市开始推广使用电 动汽车，现有一辆质量为2 t的某品牌电动汽车电池每次 充满电后能提供的总电能为60 kW·h，充电时，直流充电桩充电电压为400 V，充电时间为4.5 h，充电效率为95%，以108 km/h的速度在平直高速公路匀速行驶时汽车将总电能转化为机械能的效率为90%，汽车受到的阻力为重力的0.03倍，由此可知 (　 ) A．充电的平均电流为33 A B．汽车牵引力的功率为15 kW C．汽车能匀速行驶的时间为3 h D．汽车能匀速行驶的距离为350 km 答案：C　 4．(多选)如图为某共享电动单车，与普通电动车不同的是，该共 享电动单车采用“共享充电宝＋自行车的方式”，其电池与普 通充电宝类似，电池容量只有20 000 mA·h，输入、输出电压均 为10 V，输入电流为8 A，输出电流为15 A，可以支持驱动人和单车行驶10公里左右。已知成人在平路上骑电动单车所受阻力约为20 N，则 (　 ) A．该单车电池最多储存电能为7.2×104 J B．该单车电池充电时，从零电量充至满电量大约需要2.5 h C．该单车电池电能的有效利用率约为27.8% D．成人采用“电动＋人力”方式在平路上骑行时，最大行车速度为7.5 m/s 答案：BC　 [解析]　(1)两表笔直接接触时，调节变阻器的阻值使电流达到满偏Ig＝，解得R0＝400 Ω。故变阻器应选C。 (2)红表笔接内部电源的负极，黑表笔接内部电源的正极，所以红表笔接N端，黑表笔接M端。 (3)电流I＝2 mA时，有I＝，解得Rx＝1 000 Ω。电流I′＝3 mA时，I′＝，解得Rx′＝500 Ω。 (4)当电池电动势变小，内阻变大时，欧姆表重新调零，由于满偏电流Ig不变，由公式Ig＝，欧姆表内阻需要调小，待测电阻的阻值是通过电流表的示数体现，则公式I＝＝＝，可知当r内变小时，接入同样的被测电阻，通过的电流变小，欧姆表读数变大。 [融会贯通] 1．欧姆表的构造：由表头(G)、电源和调零电阻(R)三部分组成。 电表内阻：R内＝Rg＋R＋r。 外阻为待测电阻：Rx。 2．欧姆表的测量原理：闭合电路的欧姆定律。 由I＝，得Rx＝－(Rg＋R＋r)。 刻度 标注方法 标注位置 “0 Ω” 红、黑表笔相接，调节调零旋钮，使指针满偏，被测电阻Rx＝0 满偏电流Ig处 “∞” 红、黑表笔不接触，表头指针不偏转，被测电阻Rx＝∞ 电流为零处 中值电阻 Rx中＝r＋R＋Rg＝r内 刻度盘正中央 “Rx” 红、黑表笔接Rx，Ix＝，Rx与Ix一一对应 与Rx对应电流Ix处 解析：当电流表满偏时，欧姆表的内阻为R内＝＝ Ω＝1 000 Ω，当电流表指针指在表盘上2 mA处时，整个回路的电阻Rx＋R内＝＝ Ω＝1 500 Ω，所以Rx＝500 Ω，故B项正确。 类型 表达式 图像 物理意义 U-I图像 U＝E－Ir 纵截距为电动势E，横截距为短路电流，斜率的绝对值为内阻r U-R图像 U＝ U随R的增大而增大，并最终趋近于电动势E P出-R图像 P出＝ 当R＝r时，电源的输出功率最大，Pmax＝ -图像 ＝·＋ 斜率表示，纵截距为，横截距表示－ -R图像 ＝·R＋ 斜率表示，纵截距为，横截距表示－r 解析：因为两个灯泡串联，所以通过两灯泡的电流相等，L1的额定电流为I1＝＝0.5 A，L2的额定电流为I2＝＝1 A，电路中电流为0.5 A，所以只有L1正常发光，故A项正确；从图像中可以看出，电流为0.5 A时，L1两端电压为6 V，L2两端电压为2 V，所以电压表示数为2 V，故B项错误；电路中输出功率为P＝UI＝(2 V＋6 V)×0.5 A＝4 W，故C项正确；电源内阻r＝＝2 Ω，故D项错误。 解析：绳子对重物的拉力方向竖直向上，重物竖直向下运动，故绳子拉力对重物做负功，故A错误；重物重力做功的功率为P＝＝＝ W＝0.2 W，故B错误；30 min内产生的电能为W电＝P灯泡t＝0.12×30×60 J＝216 J ，故C错误；重物重力势能转化为灯泡电能的效率为η＝＝＝60%，故D正确。 解析：额定工作电流是I＝＝ A＝3 A，A正确，B错误；题中“A·h”是电荷量的单位，则t＝＝＝3 h，C错误；根据W＝Pt，解得W＝24×1 J＝24 J ，D错误。 解析：由题可知，电能W电＝60 kW·h＝60×103 W·h，则由W充＝UIT可知，充电电流为I＝ A≈35 A，故A错误；当汽车匀速行驶时，牵引力等于阻力的大小，即F＝kmg＝0.03×2×103×10 N＝600 N，则牵引力的功率为P＝Fv＝600× W＝18×103 W＝18 kW，故B错误；汽车能匀速行驶的时间t＝＝ h＝3 h，则汽车匀速行驶的最大距离为x＝vt＝108×3 km＝324 km，故C正确，D错误。 解析：此电动单车最大存储电能为W电＝UIt＝Uq＝10 V×20 000 mA·h＝10 V×20×3 600 C＝7.2×105 J，故A错误；此电动单车充电时间t＝＝ h＝2.5 h，故B正确；此电动单车行驶的过程中受到的阻力为20 N，则消耗的电能W＝fx＝20×10×103 J＝2.0×105 J，电动单车电池电能的有效利用率约为η＝×100%＝×100%≈27.8%，故C正确；由题知，单车输出电压为10 V，输出电流为15 A，则成人在平路上骑单车时，只靠电动时，P＝UI＝10×15 W＝150 W，又知P＝Fv，速度最大时F＝f，解得最大速度vm＝7.5 m/s，如果存在人力，则速度大于7.5 m/s，故D错误。 $$