第4章 闭合电路欧姆定律与科学用电 章末素养提升-（配套word）2023-2024学年高一新教材物理必修第三册 【步步高】学习笔记（鲁科版）

章末素养提升 物理观念 闭合电路欧姆定律 1.内容：流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内、外电阻之和成反比 2.表达式：I＝ 3.另一种表达形式：E＝U外＋U内。即：内、外电路电势降落之和等于电源内部电势的升高 多用电表 1.了解多用电表的基本结构，知道多用电表的测量功能 2.会使用多用电表测量电压、电流和电阻 3.会使用多用电表测量二极管的正、反向电阻，会检测电路故障 能量观 1.“电动势”概念的提出强化了能量观念，同时关于“能量转移或转化的方向性”的讨论，进一步拓展了能量观 2.学生必做实验“测量电源的电动势和内阻”，从功能关系角度分析、推导这一思路，采用了从能量守恒定律这一普遍原理进行演绎推导的方式，突出了能量观念的运用 3.用能量转化与守恒的观点分析解决闭合电路问题，不断巩固和深化能量观 科学思维 1.通过学习“电动势”经历从个别到一般，从现象到本质的渐进过程。通过闭合电路中的动态分析、最大功率、效率等问题，体会闭合电路中电动势对整个电路的“制约”，及会用数学方法分析电路中极值问题 2.解决电动机相关问题不能直接求解时，可以通过整体和个别的关系间接建立联系 科学探究 1.会根据闭合电路欧姆定律设计测量电源电动势和内阻的实验方案 2.会根据要求选择合适的电压表、电流表、滑动变阻器或电阻箱 3.会设计相关表格并记录实验数据 4.会利用表达式和图像处理数据并得出结果，能对实验过程和结果进行评估、交流 科学态度与责任 知道科学研究中实验结论可重复的重要性；能运用所学内容解决生活中与电学有关的一些问题；能体会科技发展对人类生活和社会发展的影响 例1　如图所示的某种体温枪以2节干电池(每节干电池电动势为1.5 V)为电源，工作电流为5 mA。能通过传感器检测人体向外辐射的红外线，根据红外线能量的强弱快速、准确且无接触地测量体温，那么关于该体温枪的说法中正确的是(　　) A．体温枪工作时，电路中每通过1 C电荷，每节电池都能把1.5 J化学能转化为电能 B．体温枪工作时，电池组两极间的电压为3 V C．体温枪工作时，电池组的输出功率为15 mW D．体温枪工作时，电池组的电动势不再是3 V 答案　A 解析　每节干电池的电动势为1.5 V，根据电动势的定义可知电路中每通过1 C电荷，消耗的电能为W＝qE＝1×1.5 J＝1.5 J，则有1.5 J的化学能转化为电能，故A正确；体温枪工作时，电池组两极间的电压为路端电压，小于电源的电动势，故电池组两极间电压小于3 V，故B错误；体温枪工作时电池组消耗的总功率为P＝2EI＝2×1.5 V×5 mA＝15 mW，电池组的输出功率小于电池组消耗的总功率，故C错误；两节干电池的总电动势为3 V，体温枪工作时，电池组的电动势不变，故D错误。 例2　(多选)(2022·河南邓州春雨国文学校高二阶段练习)电阻R和电动机M串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关闭合后，电动机正常工作，设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有(　　) A．U1＜U2，Q1＝Q2 B．U1＝U2，Q1＝Q2 C．W1＝W2，Q1＞Q2 D．W1＜W2，Q1＝Q2 答案　AD 解析　通过电阻与电动机的电流相等，根据焦耳定律可知，Q1＝Q2，电动机为非纯电阻用电器，则W2>Q2，又W1＝Q1，故W1<W2，根据W＝UIt可知，U1<U2，故选A、D。 例3　(2022·山东潍坊实验中学高二阶段练习)如图电源电动势为E、内阻为r，滑动变阻器R2的滑片P从左向右滑动时，下列说法正确的是(　　) A．电容器C上的电荷量变大 B．电阻R3消耗的功率变大 C．灯泡L变暗 D．R1两端的电压变化量的绝对值大于R2两端的电压变化量的绝对值 答案　B 解析　滑动变阻器R2的滑片P从左向右滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，电路的总电阻增大，总电流将减小，由U＝E－Ir，可知路端电压将增大，即R3两端的电压将增大，由P＝可知，电阻R3消耗的功率变大，故B正确；当滑片P向右滑动时，流过R3的电流变大，则流过R1的电流变小，R1两端的电压变小，故电容器两端电压减小，根据Q＝CU1可知，电容器C上的电荷量变小，故A错误；由于路端电压增大，R1两端电压减小，故灯泡L两端电压增大，由P＝可知，灯泡L的功率变大，灯泡L变亮，故C错误；电阻R1两端的电压U1减小，R3两端的电压U3增大，则R2两端的电压U2增大，由于U3＝U1＋U2，则有ΔU3＝ΔU1＋ΔU2，其中ΔU3为正值，ΔU1为负值，ΔU2为正值，可知R1两端的电压变化量的绝对值小于R2两端的电压变化量的绝对值，D错误。 例4　如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I变化的图线，抛物线OBC为同一直流电源内部热功率Pr随电流I变化的图线。若A、B对应的横坐标为2 A，那么线段AB表示的功率及I＝2 A时对应的外电阻是(　　) A．6 W、2 Ω B．4 W、2 Ω C．2 W、1 Ω D．2 W、0.5 Ω 答案　D 解析　由电源总功率P总＝EI，得E＝3 V。由Pr＝I2r，得r＝1 Ω。当电流为2 A时，I1＝，得R＝0.5 Ω。此时线段AB表示的功率P′＝EI1－I12r＝2 W，D正确。 例5　(2022·辽宁大连市第一中学高二阶段练习)如图a所示，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器(最大阻值25 Ω)，现闭合电路中的开关S，将滑动变阻器的滑片P从最右端滑到最左端的过程中，由电表的测量数据得到U－I图线如图b所示(电表均为理想电表)。则下列说法正确的是(　　) A．电源电动势为4 V B．电源内电阻为10 Ω C．电源的最大输出功率为1.8 W D．滑动变阻器R2的最大功率为1.2 W 答案　C 解析　当滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，则电路中总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，电路中电流增大，R1两端的电压增大，故图线乙表示电压表V1示数的变化，图线甲表示电压表V2示数的变化。由图可知，图线乙的斜率表示定值电阻R1的阻值，即R1＝5 Ω，图线甲斜率的绝对值|k|＝R1＋r＝10 Ω，可得r＝5 Ω，将图线甲延长，纵轴的截距表示电源电动势，则E＝6 V，故A、B错误；设外电阻为R外，电源的输出功率为P出＝I2R外＝()2R外＝，当R外＝r时，电源的输出功率最大；所以当外电阻等于内电阻时，电源的输出功率最大，故当外电阻等于5 Ω时，电源的输出功率最大，电源的最大输出功率P＝＝ W＝1.8 W，故C正确；将R1视为电源内电阻，由C的分析可知，当R2＝R1＋r＝5 Ω＋5 Ω＝10 Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，则滑动变阻器消耗的最大功率P′＝＝ W＝0.9 W，故D错误。 例6　(2023·福建漳州市高二期末)如图甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝9 Ω，R3为滑动变阻器。当其滑片P从最左端滑至最右端时，测得电源的路端电压随干路电流变化图线如图乙所示，求： (1)定值电阻R2的阻值； (2)电源的内阻； (3)电源输出的功率最大时，R3接入电路的阻值。 答案　(1)0.5 Ω　(2)2 Ω　(3)1.8 Ω 解析　(1)当P滑到R3的右端时，对应题图乙中的B点，此时等效于R2直接接在电源两端，则R2＝＝0.5 Ω (2)此U－I图像的斜率的绝对值表示内阻，即r＝＝2 Ω (3)设电路外电阻为R，电源电动势为E，则电源的输出功率为P＝I2R＝＝ 可知当R＝r时，P最大，则此时 ＋R2＝r 解得R3＝1.8 Ω。 学科网（北京）股份有限公司 $$