电能 能量守恒定律 导学案 -2026届高考物理一轮复习

必修3 电能 能量守恒定律 第一节（电路中的能量转化） 1.电功：W=____________，推导： 2.电热：Q=____________ 3.电功与电热的关系： 纯电阻电路 非纯电阻电路 特征 欧姆定律 电功与电热 【例】如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12 V，当S1闭合，S2、S3断开时，电流表示数为6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表示数为5 A，且电动机的电阻rM＝1 Ω；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表示数为4 A，且电解槽电阻rA＝2 Ω。求： (1)电炉丝的电阻及发热功率； (2)电动机的机械效率； (3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率。 教材课后习题（节选）： 1. 试根据串、并联电路的电流、电压特点推导：串联电路和并联电路各导体消耗的电功率与它们的电阻有什么关系？ 2. 电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干以后的保温状态。如图是电饭锅的电路图，R1是电阻，R2是加热用的电阻丝。 （1）自动开关S接通和断开时，电饭锅分别处于哪种状态？说明理由。 （2）要使电饭锅在保温状态下的功率是加热状态的一半，R1: R2应该是多少？ 3. 如图，输电线路两端的电压U为220 V，每条输电线的电阻R为5 Ω，电热水器A的电阻RA为30 Ω。求电热水器A上的电压和它消耗的功率。如果再并联一个电阻RB为20 Ω的电热水器B，则电热水器A和电热水器B消耗的功率各是多少？ 第二节（闭合电路的欧姆定律） 1.闭合电路中的能量转化 (1)时间t内电源输出的电能(等于非静电力做功的大小)为W＝Eq＝________。 (2)在时间t内，外电路转化的内能为Q外＝________。内电路转化的内能为Q内＝________。 (3)根据能量守恒定律，非静电力做的功W＝Q外＋Q内，即EIt＝_______________，E＝_______________，进一步得：I＝。 注意：上述式子只适用于外电路为_____________________的闭合电路。 2．闭合电路的欧姆定律 (1)闭合电路的电流跟电源的_________成正比，跟______________成反比。 (2)表达式：I＝________（注意：仅适用于________________________） (3)从内、外电路的电势与电源电动势的角度描述：E＝________________（注意：适用于_________________________________________） 【例1】在如图所示的电路中，电源的电动势E＝3 V，电源的内阻r＝2 Ω，电阻R＝8 Ω，不计电流表的内阻，则闭合开关S后，电阻R两端的电压为(　　) A．0.6 V B．2.4 V C．3.0 V D．3.6 V 【例2】如图所示，R3＝0.5 Ω，S断开时，两表读数分别为0.8 A和4.8 V，S闭合时，它们的读数分别变为1.4 A和4.2 V。两表均视为理想电表，求： (1)R1、R2的阻值； (2)电源的电动势和内阻。 【例3】如图所示，电动机M的线圈电阻r1＝0.4 Ω，定值电阻R＝24 Ω，电源电动势E＝40 V，断开开关S，理想电流表的示数I1＝1.6 A；闭合开关S，理想电流表的示数为I2＝4.0 A，求： (1)电源内阻r； (2)闭合开关S后，通过电阻R的电流IR； (3)闭合开关S后，电动机输入功率PM和输出功率P出。 教材课后习题（节选）： 1. 充电宝内部的主要部件是锂电池，充电宝中的锂电池在充电后，就是一个电源，可以给手机充电。充电宝的铭牌通常标注的是“mA·h”（毫安时），即锂电池充满电后全部放电的电荷量。机场规定：严禁携带额定能量超过160 W·h的充电宝搭乘飞机。某同学查看了自己的充电宝铭牌，上面写着“10 000 mA·h”和“3.7 V”，你认为能否把它带上飞机？ 2.一块数码相机的锂电池电动势为3.7 V，容量为1 000 mA·h。电池充满后，关闭液晶屏时可拍摄照片400张左右，打开液晶屏时可拍摄照片150张左右。在关闭和打开液晶屏时每拍摄一张照片消耗的电能各是多少？ 3. 小张买了一只袖珍手电筒，里面有两节干电池。他取出手电筒中的小灯泡，看到上面标有“2.2 V 0.25 A”的字样。小张认为，产品设计人员的意图是使小灯泡在这两节干电池的供电下正常发光。由此，他推算出了每节干电池的内阻。如果小张的判断是正确的，那么内阻是多少？ 提示：串联电池组的电动势等于各个电池的电动势之和，内阻等于各个电池的内阻之和。 4. 许多人造地球卫星都用太阳能电池发电（如图），用蓄电池储电。卫星上采用的蓄电池通常是锂电池，电动汽车、手机上用的蓄电池也是锂电池。某锂电池的内阻是0.23 Ω，不接负载时的电压是3.85 V，则短路时电流是多少？ 5. 电源的电动势为4.5 V、外电阻为4.0 Ω时，路端电压为4.0 V。如果在外电路再并联一个6.0 Ω的电阻，路端电压是多少？如果在外电路再串联一个6.0 Ω的电阻，路端电压又是多少？ 6. 现有电动势为1.5 V、内阻为1.0 Ω的电池多节，准备用几节这样的电池串联起来对一个工作电压为6.0 V、工作电流为0.1 A的用电器供电。问：最少需要用几节这种电池？电路还需要一个定值电阻来分压，请计算这个电阻的阻值。 3.动态变化问题： (1)对纯电阻电路，路端电压U与外电阻R的关系： 当外电阻R增大时，由I＝可知，电流I______；由U＝E－Ir可知，U______；当外电阻R减小时，电流I________，U________。 结论：路端电压随着外电阻的增大而______，随着外电阻的减小而________。 (2)结论——“串反并同” “串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将___________；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将___________。 “并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将___________；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将___________。 【例4】在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，回路的总电流、路端电压如何变化？通过R1、R2和滑动变阻器的电流如何变化，它们两端的电压如何变化？ 【例5】如图所示电路中，当开关S闭合，滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动时，以下判断正确的是(　　) A．电压表示数变大，通过灯L1的电流变大，灯L2变亮 B．电压表示数变小，通过灯L1的电流变小，灯L2变暗 C．电压表示数变大，通过灯L2的电流变小，灯L1变亮 D．电压表示数变小，通过灯L2的电流变大，灯L1变暗 【例6】如图所示，E为内阻不能忽略的电源，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，与分别为理想电压表与电流表。初始时S0与S均闭合，现将S断开，则(　　) A.的读数变大，的读数变小 B.的读数变大，的读数变大 C.的读数变小，的读数变小 D.的读数变小，的读数变大 教材课后习题（节选）： 7. 如图，电源的电动势不变，内阻r为2 Ω，定值电阻R1为0.5 Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为5 Ω。 （1）当滑动变阻器的阻值为多大时，电阻R1消耗的功率最大？ （2）当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器R2消耗的功率最大？ （3）当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？ （4）若定值电阻R1为3 Ω，当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？ （变式）将一电源、定值电阻R0=2 Ω及电阻箱连成如图甲所示的闭合回路，闭合开关后调节电阻箱的阻值，测得电阻箱功率与电阻箱读数变化关系曲线如图乙所示，则下列说法中正确的是（　　） A．该电源电动势为9V B．该电源内阻为1Ω C．调整R，电源最大输出功率为9W D．电阻箱功率最大时电源效率为50% 8. 如图是汽车蓄电池供电简化电路图。当汽车启动时，启动开关S闭合，电动机工作，车灯会变暗；当汽车启动之后，启动开关S断开，电动机停止工作，车灯恢复正常亮度。请分析以上现象发生的原因。 9. 小明坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的电动机启动时，汽车的车灯会瞬时变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示，已知汽车电源电动势为12.5 V，内阻为0.05 Ω。车灯接通电动机未启动时，电流表示数为10 A；电动机启动的瞬间，电流表示数达到60 A。问：电动机启动时，车灯的功率减少了多少？ 10. 如图，电源电动势为12 V，内阻为1 Ω，电阻R1为1 Ω，R2为6 Ω。开关闭合后，电动机恰好正常工作。已知电动机额定电压U为6 V，线圈电阻RM为0.5 Ω，问：电动机正常工作时产生的机械功率是多大？ 4.路端电压U－干路电路I图像： (1)公式：U＝________。 (2)纵轴上的截距：表示电源的_________________________； (3)横轴上的截距：表示电源的_________________________。 (4)图像斜率的绝对值：表示电源的_____________________，r＝＝________。 教材课后习题（节选）： 11. 在图甲的电路中，R1是可调电阻，R2是定值电阻，电源内阻不计。实验时调节R1的阻值，得到各组电压表和电流表数据，用这些数据在坐标纸上描点、拟合，作出的U-I图像如图乙中AB所示。 （1）图乙中a、b、AB的斜率各等于多少？ （2）结合图甲，说明a、b、AB的斜率各表示什么物理量。 12. 在如图所示的U-I图像中，直线a为某电源的路端电压与电流的关系，直线b为某电阻R的电压与电流的关系。现用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，求此时电源的输出功率和内、外电路消耗的电功率之比。 第三节（实验：电池电动势和内阻的测量） 1. 某同学按如图的电路测定电池组的电动势和内阻。图中已将实验器材进行了部分连接。 （1）请根据实验原理，将图中的实物电路补充完整。 （2）实验时发现电流表坏了，于是移去电流表，同时用电阻箱替换滑动变阻器。重新连接电路，仍然通过U-I图像处理实验数据，获得所测电动势和内阻的值。请画出相应的电路图，并说明怎样得到U-I图像中电流I的数据。 2. 某实验小组用电阻箱和电压表（内阻可视为无穷大）按如图所示的电路测定一个水果电池的电动势和内阻。闭合开关S后，调节电阻箱得到各组实验数据如下表。 表 电阻箱的电阻、电压及电流 （1）由电阻箱的电阻和电阻箱两端的电压，计算通过电阻箱的电流，把每组电流的数据填在表中的空格处。 （2）根据表中电压和电流的数据，在坐标纸中描点，作出U-I图像。 （3）根据U-I图像，计算水果电池的电动势和内阻。 3. 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，得到的测量数据如下表所示。 表 电阻箱R和电流表I的各组数据 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。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $