第12章 电能 能量守恒定律 水平测评-【金版教程】2025-2026学年高中物理必修第三册创新导学案课件PPT（人教版2019）

实验目的，用实验的方法研究电源的输出功率与外电路电阻的关系。由于电源的电阻较小，所以用一只定值电阻与电源组成一个等效电源。将等效电源与一个电阻箱组成一个回路，在改变电阻的同时，电源的输出电压与电流都将会发生变化。根据电压与电流可以求出对应某一外电路电阻的功率，通过描绘功率与外电路电阻的图像，分析电源输出功率与外电路电阻的关系。实验。仪器。有电源定值电阻，将电源与定值电阻组成一个内阻较大的等效电源，同时也能起到保护电路的作用。电键、电压传感器、电流传感器。导线。电阻箱。电阻箱不仅能改变电阻，而且能读出具体组织。例如万位为一千位为零，百位为零，十位为零个位为零，这时的电阻为一万欧姆。如果将十位调到一个位，调到一总的阻值为10091欧姆。如果将万位调到0，现在的读数为91欧姆。按电路图连接电路。将电阻箱阻值调到90欧姆，闭合电键，请记录电阻值、电压、电流数据。将电阻箱阻值调到80欧姆。七十欧姆。六十欧姆。五十欧姆。四十欧姆。三十欧姆。二十欧姆。十八欧姆。十六欧姆。十四欧姆。十二欧姆。十欧姆。八欧姆。六欧姆。四欧姆。二欧姆。零欧姆。数据处理，将记录的电压与电流导入excel表格。将数据复制到有对应电阻值的表格中。再计算电源的输出功率。用表格的作图功能做出电源输出功率与外电路电阻的图线。从图片中我们可以看到，当外电路电阻从零开始增大电源的输出功率，先随外电路电阻的阻值增加而增加，后随外电路电阻的阻值增加而减小。当外电路电阻约为12欧姆时，电源的输出功率最大。请同学们思考以下几个问题。第一，请根据全电路欧姆定律与功率公式推导电源的输出功率与外电路电阻的关系是。第二，对电源的输出功率与外电路电阻的关系式分析，在与实验图线比较是否吻合。第三，当输出功率最大时，所对应的外电路电阻的阻值有何意义？ 第十二章　水平测评 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间75分钟。 第Ⅰ卷(选择题，共50分) 一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1．一个电风扇的铭牌如图所示，当电风扇正常工作时，通过该电风扇的电流大小为(　　) A．0.8 A B．1.25 A C．3.84 A D．28.8 A 规格 100 mm 额定电压 4.8 V 额定功率 6 W 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2. 在炎热的夏天我们可以经常看到，有的小朋友的太阳帽前有一小风扇(如图所示)，该小风扇与一小型的太阳能电池板相接，对其供电。经测量该电池能产生的电动势为E＝0.6 V，则关于该电池的描述正确的是(　　) A．单位时间内可把0.6 J的太阳能转化为电能 B．通过1 C电荷量该电池能把0.6 J的太阳能转化为电能 C．该电池把其他形式能转化为电能的本领比一节7号电池的本领大得多 D．把该电池接入闭合电路后，电动势减小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内部从负极移到正极所做的功，故通过1 C电荷量该电池能把0.6 J的太阳能转化为电能，A错误，B正确；电动势越大，将其他形式的能转化为电能的本领越大，一节7号电池的电动势为1.5 V，因此该电池把其他形式能转化为电能的本领比一节7号电池的本领小，C错误；电动势由电源中非静电力的特性决定，与该电池是否接入电路无关，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 4．在如图所示的电路中，R1、R2、R3和R4皆为定值电阻，R5为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r。设电流表A的读数为I，电压表V的读数为U。当R5的滑动触点向图中a端移动时(　　) A．I变小，U变小 B．I变大，U变大 C．I变小，U变大 D．I变大，U变小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5．如图所示的U­I图像，直线a为一电源的路端电压与电流的关系，直线b为电阻R两端电压与电流的关系。若将该电源与电阻R连成闭合回路，闭合开关后，下列说法正确的是(　　) A．闭合回路路端电压为6.0 V B．闭合回路的总电阻为4.0 Ω C．电源的输出功率为4.0 W D．电源的总功率为4.0 W 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 6．如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3均为定值电阻，电压表与电流表均为理想电表；开始时开关S闭合，电压表、电流表均有示数，某时刻发现电压表和电流表读数均变大，则电路中可能出现的故障是(　　) A．R1断路 B．R2断路 C．R1短路 D．R3短路 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：若R1断路，则电路中电流为零，电流表读数为零，电压表所测路端电压等于电源电动势，读数变大，故A错误；若R2断路，外电路总电阻增大，总电流减小，内电压减小，则路端电压即电压表读数变大，同理可知R3的分压增大，则R3中的电流即电流表的读数变大，故B正确；若R1短路，外电路总电阻减小，总电流增大，内电压增大，则路端电压即电压表读数变小，由并联电路分流知R3中的电流即电流表的读数变大，故C错误；若R3短路，外电路总电阻减小，总电流即电流表读数增大，内电压增大，则路端电压即电压表读数变小，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 7．如图甲、乙是利用电压表(可看作理想电表)和电阻箱测定电池的电动势和内电阻的原理图及实验数据图像，可得电动势和内电阻分别是(　　) A．E＝0.5 V，r＝0.5 Ω B．E＝0.5 V，r＝2 Ω C．E＝2 V，r＝1 Ω D．E＝2 V，r＝4 Ω 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 8．对于能量和能源，下列表述正确的是(　　) A．因为自然界中的能量是守恒的，所以我们在使用能源时没必要节约自然界中的能源 B．人类在利用能源的过程中，能量在数量上没有减少，但能量品质降低了 C．自然界中的能量转移和转化是有方向性的 D．现在人类在不断地开发和利用一些新能源，由此可见能量是可以被创造的 解析：人类在能源利用过程中，由于能量转化、转移是有方向性的，由此导致能量品质降低，所以能量不会减少，但能源越来越少，故要节约能源，A错误，B、C正确；根据能量守恒定律可知能量是不可能被创造的，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 9．如图甲为交警使用的某型号酒精测试仪，其工作原理如图乙所示，电源的电动势为E、内阻为r，电路中的电表均为理想电表，已知酒精传感器电阻R的阻值随酒精气体浓度的增大而减小。当一位驾驶员饮酒后对着测试仪吹气时(　　) A．电流表的示数增大 B．电压表的示数增大 C．电源的效率减小 D．电源的输出功率减小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、实验题(本题共2小题，共14分) 11．(6分)某实验小组欲将电流表G(量程为0～3 mA)改装为欧姆表。实验器材如下： 电动势为1.5 V的干电池1节、滑动变阻器(阻值范围为0～1000 Ω)。将它们按如图甲所示连接。 (1)将图甲中接线柱________(填“P”或“Q”)接红表笔。 P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (2)将图甲中P、Q两接线柱短接，调节滑动变阻器的滑片使电流表G满偏，则欧姆表的内阻RΩ＝________ Ω。 (3)保持滑动变阻器的滑片不动，在P、Q间接入一电阻，电流表示数如图乙所示，此电阻的阻值为________ Ω。 500 1000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 12．(8分)一个电动势约为10 V、内阻约为1 Ω的电池，允许通过的电流是0.6 A。为了精确测定该电池的电动势和内阻，选用了总阻值为100 Ω的滑动变阻器R0、电流表A(量程为0～0.6 A)和电压表V(量程为0～15 V)。为了防止误将滑动变阻器R0接入电路的电阻调为零时损坏器材，要在电路中接入一个定值电阻R＝20 Ω作为保护电阻，连成了如图甲所示的电路。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (1)实验中，闭合开关S，不断调节滑动变阻器R0的阻值，读出电流表示数I和对应的电压表示数U，填入表中。 请在图乙坐标图中画出U­I图线。 次数 1 2 3 4 5 6 电流表读数I/A 0.10 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 电压表读数U/V 8.45 6.40 5.38 4.35 3.33 2.30 答案：如图所示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (2)根据在图乙中所画的U­I图线，求出电池的电动势E＝ _______________ _______________________ V(结果保留一位小数)，内阻r＝__________________ ______________________ Ω(结果保留两位小数)。 (3)将定值电阻R看成电源内阻的一部分，则电压表测等效电源的“路端电压”。由于所用电流表、电压表不是理想电表，会使得所测干路电流________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值；会使得电压表所测“路端电压”________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。 10.5(10.3～10.7范 围内且保留一位小数均可) 0.73(0.40～1.00范围 内且保留两位小数均可) 小于 等于 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：(1)根据题表数据进行描点，并画出U­I图线，如图所示。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 三、计算题(本题共3小题，共36分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位) 13．(10分)如图所示是某型号电饭煲的电路图。S1是一个限温开关，手动闭合，此开关在锅体内温度达到103 ℃时会自动断开。S2是一个自动温控开关，当温度低于约70 ℃时会自动闭合，温度高于80 ℃时会自动断开。限流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻R3＝50 Ω，两灯电阻均不计。已知两灯不会同时亮，除发光颜色不同外两灯完全相同。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (1)手动闭合开关S1后，电饭煲进入煮饭的加热过程，请说明两个指示灯中的哪一个发光，并计算加热电阻此时消耗的电功率。 (2)电饭煲保温过程，在S2没有闭合的情况下，两个指示灯中的哪一个发光，并计算加热电阻此时消耗的电功率。 答案：(1)红灯发光　968 W　(2)黄灯发光　6.7 W 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 14. (12分)如图所示的电路中，电源的电动势E＝80 V，内电阻r＝4 Ω，R1＝2 Ω，R2为电阻箱。求： (1)如果将R2阻值调为4 Ω，电源的路端电压多大？ (2)R2的最大功率是多大？ 答案：(1)48 V　(2)267 W 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 15．(14分)某同学利用图甲所示装置测定某电动机的效率。分别用理想电压表和理想电流表测得电动机的输入电压和输入电流与时间的关系图像分别如图丙、丁所示，当重物匀速上升时，重物上升的位移与时间的关系图线如图乙所示，电动机提升的重物的质量为91.2 g，不计一切摩擦，取g＝10 m/s2。求： (1)该电源的电动势与内阻； (2)该电动机在图乙所示时间内的效率； (3)该电动机的内阻(保留两位有效数字)。 答案：(1)3.2 V　1.25 Ω　(2)95%　(3)0.94 Ω 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：(1)设该电源的电动势为E，内阻为r，由题图丙、丁可知，电动机与电源构成闭合回路 刚启动时，有 U1＝2.8 V，I1＝0.32 A，E＝U1＋I1r 电动机稳定工作时，有 U2＝3.0 V，I2＝0.16 A，E＝U2＋I2r 联立解得E＝3.2 V，r＝1.25 Ω。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 解析：根据功率的公式P＝UI，可得I＝eq \f(P,U)＝eq \f(6,4.8) A＝1.25 A，故B正确。 3．有两个相同的电阻，阻值为R，串联起来接在电动势为E的电源上，通过每个电阻的电流为I；若将这两个电阻并联，仍接在该电源上，此时通过一个电阻的电流为eq \f(2I,3)，则该电源的内阻是(　　) A．R B．eq \f(R,2) C．4R D．eq \f(R,8) 解析：由闭合电路的欧姆定律得，两电阻串联时：I＝eq \f(E,2R＋r)，两电阻并联时：eq \f(2,3)I＝eq \f(1,2)·eq \f(E,\f(R,2)＋r)，联立解得r＝4R。 解析：当R5的滑动触点向图中a端移动时，R5接入电路中的阻值变小，外电路总电阻变小，则由闭合电路的欧姆定律知，总电流I总变大，路端电压变小，则U变小。根据闭合电路的欧姆定律知，R5两端电压U′＝E－I总(r＋R1＋R3)变小，则I＝eq \f(U′,R2＋R4)变小。故A正确。 解析：图像中直线a、b的交点表示电阻接入电路时，电路的电流和路端电压，故闭合回路路端电压为U1＝4.0 V，闭合回路中电流I1＝1.0 A，故A错误；根据U＝E－Ir，结合图线a可知，该电源的电动势为E＝6.0 V，则闭合回路的总电阻R总＝eq \f(E,I1)＝6.0 Ω，故B错误；由以上分析可知，电源的输出功率为P出＝U1I1＝4.0×1.0 W＝4.0 W，电源的总功率为P＝EI1＝6.0×1.0 W＝6.0 W，故C正确，D错误。 解析：根据闭合电路欧姆定律有E＝U＋Ir，其中I＝eq \f(U,R)，整理可得eq \f(1,U)＝eq \f(r,E)·eq \f(1,R)＋eq \f(1,E)，结合图乙知，eq \f(1,U)­eq \f(1,R)图像的斜率k＝eq \f(r,E)＝eq \f(1.5－0.5,0.5－0) A－1＝2 A－1，纵截距eq \f(1,E)＝0.5 V－1，解得E＝2 V，r＝4 Ω，故选D。 解析：驾驶员饮酒后对着酒精测试仪吹气时，R所在处酒精气体浓度增大，根据题意，R的阻值减小，根据闭合电路欧姆定律有I＝eq \f(E,R＋R0＋r)，可知电路中的电流I增大，即电流表的示数增大，故A正确；电压表的示数为U＝E－I(R0＋r)，由于I增大，则电压表的示数U减小，故B错误；电源的效率η＝eq \f(U路端I,EI)＝eq \f(E－Ir,E)，电路中的电流I增大，则η减小，故C正确；电源的输出功率为P出＝I2(R0＋R)＝eq \f(E2,\f(（R0＋R－r）2,R0＋R)＋4r)，可知当R＋R0＝r时，电源的输出功率最大，由于不清楚R0＋R与r的大小关系，所以当R减小时，无法判断P出的变化情况，故D错误。 10．如图所示，电源电动势为E、内阻为r，电容器的电容为C，滑动变阻器R的最大值为R0，滑片P位于滑动变阻器中央，电阻R1、R2为定值电阻，电压表为理想电表。已知R1＝2R2＝R0＝4r，闭合开关S，则(　　) A．电压表的示数为eq \f(7,8)E B．电阻R2消耗的热功率等于滑动变阻器R消耗的热功率的eq \f(1,5) C．电容器的极板所带电荷量为eq \f(1,4)CE D．电源内阻消耗的热功率等于电阻R2消耗的热功率的2倍 解析：由题图知，R2与eq \f(R0,2)并联后再与eq \f(R0,2)和R1串联，则电路外电阻为R′＝eq \f(2r·2r,2r＋2r)＋2r＋4r＝7r，电压表的示数为路端电压U，根据闭合电路欧姆定律可得U＝eq \f(R′,R′＋r)E＝eq \f(7,8)E，故A正确；设干路电流为I，则电阻R2消耗的热功率为PR2＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(I,2))) eq \s\up12(2)·2r＝eq \f(1,2)I2r，滑动变阻器R消耗的热功率为PR＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(I,2))) eq \s\up12(2)·2r＋I2·2r＝eq \f(5,2)I2r，电源内阻消耗的热功率为Pr＝I2r，则eq \f(PR2,PR)＝eq \f(1,5)，eq \f(Pr,PR2)＝2，故B、D正确；电容器与R2并联，其两端电压为UC＝eq \f(R并,R′＋r)E，其中R并＝eq \f(2r·2r,2r＋2r)＝r，得UC＝eq \f(1,8)E，电容器的极板所带电荷量为Q＝CUC＝eq \f(1,8)CE，故C错误。 解析：(1)使用欧姆表时，应使电流从红表笔流入欧姆表，从黑表笔流出欧姆表，结合题图甲中电源的正负极可知，接线柱P接红表笔。 (2)欧姆表的内阻RΩ＝eq \f(E,Ig)＝eq \f(1.5,3×10－3) Ω＝500 Ω。 (3)由题图乙可知，此时回路中的电流为I＝1×10－3 A，由闭合电路欧姆定律得I＝eq \f(E,R＋RΩ)，代入数据解得此电阻的阻值为R＝1000 Ω。 (2)根据闭合电路欧姆定律可得E＝U＋I(R＋r)，变形可得U＝E－I(R＋r)，可知U­I图线的纵轴截距等于电池的电动势，U­I图线的斜率绝对值为k＝R＋r，则电池的电动势E＝10.5 V，R＋r＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(10.5－2.0,0－0.41))) Ω＝20.73 Ω，又R＝20 Ω，可得电池的内阻为r＝0.73 Ω。 (3)根据题图甲电路图可知，电流表的内阻不会影响“路端电压”的测量，因此电压表所测“路端电压”等于真实值；电压表的内阻不是无穷大，电压表有电流通过，则会使得电流表所测干路电流小于真实值。 解析：(1)手动闭合开关S1后，电饭煲进入煮饭的加热过程，黄灯所在支路被短路，黄灯熄灭，红灯发光 加热电阻此时消耗的电功率为P＝eq \f(U2,R3)＝eq \f(2202,50) W＝968 W。 (2)电饭煲保温过程，在S2没有闭合的情况下，黄灯和红灯中都有电流通过，但黄灯中电流较大，所以黄灯发光 此时R2和R3的并联阻值为R并＝eq \f(R2R3,R2＋R3)＝eq \f(500,11) Ω 根据串联电路分压规律可知，R2和R3并联部分的电压为U并＝eq \f(R并,R1＋R并)U≈18.3 V 加热电阻此时消耗的电功率为P′＝2,并)eq \f(U,R3) ≈6.7 W。 解析：(1)R20＝4 Ω时，根据闭合电路欧姆定律，电路中的电流为I0＝eq \f(E,R1＋R20＋r) 电源的路端电压为U＝I0(R1＋R20) 联立并代入数据得U＝48 V。 (2)R2的功率为P＝I2R2 通过R2的电流I＝eq \f(E,R1＋R2＋r) 联立并变形得P＝eq \f(E2,\f([R2－（R1＋r）]2,R2)＋4（R1＋r）) 由数学知识知，当R2＝R1＋r时，P最大 则R2的最大功率为Pm＝eq \f(E2,4（R1＋r）)≈267 W。 (2)电动机的输入功率为P入＝U2I2 由题图乙可知重物匀速上升时的速度为v＝eq \f(Δh,Δt) 电动机的输出功率为P出＝mgv 电动机的效率为η＝eq \f(P出,P入)×100% 联立并代入数据解得η＝95%。 (3)设该电动机的内阻为r0 电动机稳定工作时，根据焦耳定律得，电动机的热功率为P热＝Ieq \o\al(2,2)r0 又P热＝P入－P出 联立并代入数据解得r0≈0.94 Ω。 $$