第十二章 电能 能量守恒定律 复习学案 -2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第12章 电能 能量守恒定律(高二物理) 一．知识框架 知识点一 电路中的能量转化 1．焦耳定律： （1）焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。 （2）纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件。 （3）非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路。 2.电路中的能量转化 【即学即练1】如图所示，是一直流电动机提升重物用的工作电路图。电动机内电阻r＝0.8 Ω，电路中另一电阻R＝10 Ω，直流电压U＝160 V，电压表示数UV＝110 V。试求： (1) 通过电动机的电流；(2) 输入电动机的电功率； (3) 若电动机以 v＝1 m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量 (g取10 m/s2) 知识点二 闭合电路的欧姆定律 1.闭合电路欧姆定律的几种表达形式 (1)I＝、E＝IR＋Ir只适用于外电阻为纯电阻的闭合电路． (2)U外＝E－Ir，E＝U外＋U内适用于任意闭合电路 2.补充:闭合电路欧姆定律的应用 类型一　闭合电路的动态分析问题 分析方法：（1）局部→整体→局部 ①分析电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象；②由局部电阻变化判断总电阻的变化；③由I＝判断总电流的变化；④据U＝E－Ir判断路端电压的变化；⑤由欧姆定律及串、并联的规律判断各部分电路电压及电流的变化． （2） 结论法：“串反并同” 【既学既练2】如图所示的电路中，小灯泡 L 电阻不变， R1 、 R2 为定值电阻， R3为滑动变阻器， R1>r ，将滑动变阻器的滑片向下滑动时，则( ) A. 电压表的示数变小 B.灯的亮度变小 C.电源的输出功率变大 D.电源的效率升高 类型二　闭合电路的功率和效率 1．电源的总功率P总＝EI；电源内耗功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P出＝U外I. 2.对于纯电阻电路，电源的输出功率P出＝I2R＝R＝，当R＝r时，电源的输出功率最大， 其最大输出功率为P＝.电源输出功率随外电阻的变化曲线如图所示． 3．电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即η＝＝＝.对于纯电阻电路，电源的效率η＝＝＝，所以当R增大时，效率η提高．当R＝r(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%，效率并不高． 类型三　含容电路的分析与计算 1．首先确定电路的连接关系及电容器和哪部分电路并联．电路稳定后，电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压． 2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联电阻两端的电压相等．根据欧姆定律求并联部分的电压即为电容器两极板间的电压． 3．电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充、放电．如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电．根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量． 【既学既练3】如图所示的电路中E＝10 V，r＝1 Ω，R1＝R3＝，R2＝4 Ω，C＝100 μF，当S断开时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态，求： (1)S闭合后，带电粒子加速度的大小和方向； (2)S闭合后流过R3的总电荷量。 知识点三 电路故障分析 ⑴电路常见故障 ①断路；②短路。 ⑵电路故障特点 ①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。 ②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。 ⑶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。 【既学既练4】（多选）如图所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关S，电路正常工作，过了一会儿，电流表A的示数变为零，若电路中故障发生在灯L、电阻R上，用一根导线来判断电路故障，则下列判断正确的是（　　） A．将导线并联在R两端，电流表无示数，一定是L断路 B．将导线并联在L两端，电流表无示数，一定是R断路 C．将导线并联在R两端，电流表有示数，一定是R断路 D．将导线并联在L两端，电流表有示数，一定是L断路 知识点四 实验：电池电动势和内阻的测量 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U－I 图像时描点不很准确． 2．系统误差(1)电流表内接时电路如图甲所示，产生实验误差的原因是电压表的分流，测量值与真实值的关系为：E测<E真；r测<r真． (2)电流表外接时电路如图乙所示，产生实验误差的原因是电流表的分压，测量值与真实值的关系为：E测＝E真；r测>r真 实验创新(测电源E、r的其他方案) 创新方案一：伏阻法测电动势和内阻 1．电路图：如图所示． 2．实验原理：E＝U＋r 3．数据处理 (1)计算法：由解方程组可求得E和r. (2)图像法：由E＝U＋r得：＝＋·.故－ 图像的斜率k＝，纵轴截距为，如图．由图像的斜率和截距求解． 创新方案二：安阻法测电动势和内阻 1．电路图：如图所示． 2．实验原理：E＝IR＋Ir. 3．数据处理 (1)计算法：由 解方程组求得E、r. (2)图像法：由E＝I(R＋r)得：＝R＋ －R图像的斜率k＝，纵轴截距为(如图甲) 又R＝E·－r R－图像的斜率k＝E，纵轴截距为－r(如图乙)． 由图像的斜率和截距求解． 【既学既练5】为了测量2节串联干电池组的电动势和内阻，实验室准备了下列器材供选用： A．待测电池组（2节干电池串联）B．电流表A（量程0~0.6A） C．电压表（量程0~3 V）D．电压表（量程0~15 V） E.滑动变阻器（）F.滑动变阻器（）G.开关、导线若干 实验主要步骤： ①根据实验器材设计电路图； ②闭合开关前滑动变阻器阻值调到最大； ③逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数和相应电流表的示数； ④以为纵坐标，为横坐标，作图线；⑤求出图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a； ⑥根据绝对值k和在横轴上的截距a得出电源电动势和内阻的测量值。 （1）电压表应该选用___________，滑动变阻器选用___________。（填对应器材前的序号） （2）请在虚线框内画出实验电路图。 （3）实验过程中，调节滑动变阻器，电流表读数随着滑动触头的滑动而变化，但是电压表读数变化不十分明显，为了解决这一操作中的实际问题，该小组同学又找到了一只定值电阻，就解决了上述问题。请写出该小组同学是如何利用这只定值电阻解决问题的。___________ （4）采用合理的改进方案之后，记录了多组实验数据，并利用6组、数据在坐标纸上绘制了图像，根据图像可知，电池组的电动势___________V，电池组的内阻___________。（保留1位小数） 学科网（北京）股份有限公司 $$