06 单元综合提升 电能 能量守恒定律-【金版新学案】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

单元综合提升 电能　能量守恒定律 (2023·海南高考)如图所示电路，已知电源电动势为E，内阻不计，电容器电容为C，闭合开关K，待电路稳定后，电容器上电荷量为(　　) A．CE B．CE C．CE D．CE 答案：C 解析：电路稳定后，由于电源内阻不计，则整个回路可看成3R、2R的串联部分与R、4R的串联部分并联，若取电源负极为零电势点，则电容器上极板的电势为φ上＝·2R＝，电容器下极板的电势为φ下＝·4R＝，则电容两端的电压U下上＝φ下－φ上＝，则电容器上的电荷量为Q＝CU上下＝CE，故选C。 　鲁科版教材必修第三册P133·T11 如图所示电路中，E＝10 V，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，电源内阻可忽略。求： (1)闭合开关S，稳定后通过R1的电流； (2)将开关S断开后，流过R1的总电量。 　2023年海南高考试题和鲁科版教材必修第 学生用书第122页 三册P133·T11均考查了闭合电路中电容器电荷量的计算问题，该类习题既能考查闭合电路欧姆定律的应用，又能考查串、并联电路电压、电流的分配以及部分电路欧姆定律的应用，既考查学生对知识的掌握情况，又考查学生的综合能力。 (2023·浙江6月选考)在“测量干电池的电动势和内阻”的实验中 (1)部分连线如图1所示，导线a端应连接到________(选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上。正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图2所示，其示数为________V。 (2)测得的7组数据已标在如图3所示U-I坐标系上，用作图法求干电池的电动势E＝________V和内阻r＝________Ω。(计算结果均保留2位小数) 答案：(1)B 　1.20　(2)1.50(1.48～1.52均可)　1.04(0.94～1.08均可) 解析：(1)电压表测量的电压应为路端电压，开关应能控制电路，所以导线a端应连接到B处；干电池电动势约为1.5 V，则电压表选择0～3 V量程，分度值为0.1 V，题图中电压表读数为1.20 V。 (2)作出U-I图像如图所示 根据闭合电路欧姆定律可得U＝E－Ir U-I图像纵轴截距为电源电动势，即E＝1.50 V U-I图像斜率的绝对值等于电源内阻，即r＝ Ω≈1.04 Ω。 　人教版教材必修第三册P91·【参考案例1】 测量干电池的电动势和内阻 如图，把滑动变阻器的阻值调到某一较大的数值，分别测出电路中的电压U和电流I，并记录在预先绘制的表格中。不断减小电阻，得到多组电压U和电流I。作出U-I图像，求得干电池的电动势E和内阻r。 由于干电池的内阻较小，当电流I变化时，电压U的变化可能较小。为了得到更加精确的测量结果，作图时，电压轴的起点坐标一般不从0开始，应根据实验数据选择合适的起点坐标。 旧的干电池的内阻相对于新的干电池要大得多，容易测量。实验中可以选择旧的干电池进行实验。 　伏安法测电池的电动势和内阻是新课程标准中要求学生必做的实验之一，23年浙江6月选考试题考查了学生实验的操作、仪器读数、数据处理等知识，考查知识点较全面具体，全面考查了学生的实验能力，体现了科学探究物理学科素养。 (2023·湖北高考)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图(a)所示电路，所用器材如下： 电压表(量程0～3 V，内阻很大)； 电流表(量程0～0.6 A)； 电阻箱(阻值0～999.9 Ω)； 干电池一节、开关一个和导线若干。 (1)根据图(a)，完成图(b)中的实物图连线。 学生用书第123页 (2)调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U-I图像如图(c)所示，则干电池的电动势为__________V(保留3位有效数字)、内阻为__________Ω(保留2位有效数字)。 (3)该小组根据记录数据进一步探究，作出 -R图像如图(d)所示。利用图(d)中图像的纵轴截距，结合(2)问得到的电动势与内阻，还可以求出电流表内阻为__________Ω(保留2位有效数字)。 (4)由于电压表内阻不是无穷大，本实验干电池内阻的测量值__________(填“偏大”或“偏小”)。 答案：(1)图见解析　(2)1.58　0.64　(3)2.5　(4)偏小 解析：(1)实物连线如图所示。 (2)由电路结合闭合电路的欧姆定律可得U＝E－Ir 由题图(c)可知E＝1.58 V 内阻r＝ Ω≈0.64 Ω。 (3)根据E＝I(R＋RA＋r) 可得＝·R＋ 由题图(d)可知＝2 解得RA≈2.5 Ω。 (4)由于电压表内阻不是无穷大，则实验测得的是电压表内阻与干电池内阻的并联值，即实验中测得的干电池内阻偏小。 　人教版教材必修第三册P92·T3 某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的橙子制作了橙汁电池，他们用如图所示的实验电路测量这种电池的电动势E和内阻r。 电流表的内阻为100 Ω，量程为0～300 μA；电阻箱阻值的变化范围为0～9 999 Ω。 连接电路后，调节电阻箱R的阻值，得到的测量数据如表所示。 表　电阻箱R和电流表I的各组数据 R/kΩ 9 8 7 6 5 4 3 I/μA 92 102 115 131 152 180 220 请作出本实验的U-I图像(U为电阻箱两端的电压，I为通过电阻箱的电流)，根据U-I图像得出该橙汁电池的电动势和内阻。 　可以通过不同方案测量电池的电动势和内阻，2023年湖北高考试题和人教版教材必修第三册P92·T3均考查了用电阻箱和电流表进行实验，均考查了学生实验设计能力和科学探究能力，两者考查形式基本相同。 易错题1.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，开关接通后，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R做功为W1，产生的热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生的热量为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：A 解析：电动机正常工作时是非纯电阻电路用电器，其两端电压U2>IR＝U1，B错误；电流做的功W1＝U1It，W2＝U2It，故W1<W2，C错误；产生的热量由Q＝I2Rt可判断知Q1＝Q2，A正确，D错误。 [易错分析]　非纯电阻电路中电流做功用W＝UIt进行计算，产生的热量仍可以用Q＝I2Rt进行计算， 学生用书第124页 但W和Q不再相等，有的同学混淆非纯电阻电路与纯电阻电路，不理解这些公式的应用而出现错解。 易错题2.(多选)如图是某电源的伏安特性曲线，则下列结论正确的是(　　 ) A．电源的电动势为6.0 V B．电源的短路电流为0.5 A C．电流为0.2 A时的外电阻是28.4 Ω D．电源的内阻为12 Ω 答案：AC 解析：U-I图线在U轴的截距为电源电动势，即E＝6.0 V，故A正确；U-I图线斜率的绝对值为电源的内阻，即r＝ Ω＝1.6 Ω，故D错误；电流为0.2 A时的外电阻是R＝－r＝28.4 Ω，故C正确；电源的短路电流为I0＝＝3.75 A，故B错误。 [易错分析]　电源的U-I图像的纵坐标可以不从0开始，部分学生做题时不认真看图而容易错选B项。 易错题3.(多选)如图所示，已知电源电动势E＝2 V，内阻r＝0.5 Ω，小灯泡电阻R0＝2 Ω，滑动变阻器R最大阻值为10 Ω。当开关闭合后，调节滑动变阻器，假设灯泡电阻不随温度变化而变化，则(　　 ) A．当滑动变阻器阻值调至0.5 Ω时，电源输出功率最大 B．当滑动变阻器阻值调至1.5 Ω时，灯泡最亮 C．当滑动变阻器阻值逐渐减小时，电源输出功率逐渐增大 D．当滑动变阻器阻值调至2.5 Ω时，滑动变阻器的电功率最大 答案：CD 解析：在电源内阻不变的条件下，外电路电阻与电源内阻越接近，电源的输出功率越大，而由题知R0＝2 Ω、r＝0.5 Ω，R0＋R>r，所以当滑动变阻器的阻值逐渐减小时，电源的输出功率逐渐增大，当滑动变阻器的阻值调至零时，电源的输出功率最大，选项A错误，C正确；当滑动变阻器的阻值调至零时，电路中的电流最大，灯泡的功率最大，灯泡最亮，选项B错误；把电源和灯泡看作等效电源，内阻为R0＋r，当外电阻R＝R0＋r＝2.5 Ω时，等效电源的输出功率即滑动变阻器的电功率最大，选项D正确。 [易错分析]　不分析电路而机械地认为在任何情况下只要R＝r，电源的输出功率就最大而错选A；没有意识到灯泡电阻不变，当电路中电流最大时其功率最大而错选B。解题时要抓住电路的特征，弄清输出功率的计算方法，结合数学知识得出答案，而不是一味地套用结论。 易错题4.(多选)在如图所示的电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，四个理想电表的示数都发生了变化。若电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示，电表示数变化量的大小分别用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示，下列说法正确的是(　　 ) A.不变，不变 B．变小，变小 C．变小，不变 D．变小，不变 答案：ACD 解析：根据欧姆定律可得＝＝R1，为定值，选项A正确；P向下滑动，R2接入电路的阻值变小，且＝R2，而＝＝R1＋r不变，选项B错误，C正确；因为＝R1＋R2且R2减小，所以变小，而＝r不变，选项D正确。 [易错分析]　滑动变阻器的滑片P向下滑动时，R2接入电路的阻值减小，误认为R2＝＝而错选B。对于定值电阻来说，其两端的电压变化量ΔU与电流变化量ΔI的比值为定值，等于其电阻的大小，即R＝＝；对于变化的电阻，它两端的电压变化量与电流变化量的比值不等于其阻值，即R＝≠。 学科网（北京）股份有限公司 $$