内容正文:
物质科学(物理2)
目 录
01 锚・复习目标:指引复习方向,落实核心素养
02 理・思维导图:构建知识体系,呈现结构关系
03 盘・知识梳理:兼顾主干细节,夯实基础框架
知识点八 电学基础与欧姆定律
知识点九 电和磁
知识点十 家庭电路
知识点十一 功和功率 机械能
知识点十二 简单机械
知识点十三 电功与电功率
知识点十四 内能、核能、能量转化守恒
04 炼・方法总结:精炼方法技巧,精准突破难点
方法一 能量转化追踪溯源
方法二 串并联电路等效电阻与欧姆定律应用的程式化分析
05 辨・易混易错:警示常见误区,辨析细微差别
易错点一 电流表、电压表在电路中的连接方式与测量对象判断错误
易错点二 额定功率与实际功率的混淆
06 究・考点命题:中考考点研析,全面应用提升
1. 知道质量的定义,学会用天平测量质量;理解密度所反映的物质属性,会测量固体和液体的密度。
2. 理解物质的三态及其变化的特点,并能用图像描述这些特点,如水的沸腾、晶体的熔化和凝固;知道物态变化伴随着吸热和放热,并能将其应用于解释生活中常见的现象。用物质粒子模型简要解释物质的三态变化,了解建立模型的思想方法。
3. 初步认识常见的几种力,能用力与运动的关系解释和解决生活中的简单力学问题;能描述物体运动的快慢,分析物体受到的力,解释力和运动之间的关系;能用等效替换的方法理解阿基米德原理;能用实验探究阿基米德原理,能用压强原理解释阿基米德原理;能用压强与流速的关系解释相关现象。
4. 知道光的直线传播、反射、折射和色散等现象;能解释与声音的产生、传播有关的简单问题;了解波可以传递信息;能根据光线模型解释针孔成像、影子等现象;根据光的反射规律解释平面镜成像的特征;根据折射规律解释水中物体的“视深”问题;能用实验探究凸透镜所成的实像(放大、等大、缩小)和虚像,并能利用成像规律解释投影仪、照相机、远视眼镜、放大镜的光学原理。
5. 理解电荷间的相互作用规律;说明电流的形成原因;能正确测量电路中的电流和电压;能从电压与电阻的本质理解欧姆定律;知道电可以产生磁,理解磁产生电的条件;知道磁场对通电导线作用的规律,并能根据电流方向和磁场方向的变化判断导线受力方向的变化。能连接简单的串联电路和并联电路;能用控制变量的方法探究电阻大小相关影响因素,探究电流与电压、电阻之间的关系;能用欧姆定律解释常见的电学问题,求解简单的电路问题;能描述和建构通电直导线、通电螺线管周围的磁场模型。
6. 认识常见的能的形式及其转化;知道机械能转化与守恒的条件和规律,能解释相关问题;理解做功会发生能的转化,能用功和能的关系解释能的转化现象;理解热机的工作原理;具备安全用电常识;理解放射性的特点与防护方法。
7. 能用案例分析归纳改变内能的两种方式,能用比热容的物理意义直接计算热量问题,能根据燃料的热值计算热机的能耗问题。
8. 能探究简单机械的特点,解决简单机械的相关问题,计算机械效率;能设计与探究电流产生热量的影响因素;能收集数据计算家用电器的能耗问题。
知识点八 电路基础与欧姆定律
一、电荷与电流
1.摩擦起电
(1)摩擦起电
①概念:物体之间的摩擦会使一个物体上的电子转移到另一个物体上,得到电子的物体带负电,另一个失去电子的物体就带等量的正电。这种现象叫摩擦起电,物体所带的电荷叫做静电。
②摩擦起电实质:电荷的转移
(2)带电体的性质:一些物体被摩擦后,能够吸引轻小物体,我们就说它带了电。
(3)两种电荷——正电荷和负电荷
把用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫正电荷(丝绸带负电荷);把用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫负电荷(毛皮带正电荷)。
2.电荷间相互作用规律:同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。
【易错易混】排斥的两物体一定带同种电荷,吸引的两物体可能带异种电荷,也可能一个物体带电,另一个物体不带电(吸引轻小物体)。两物体所带电荷越多,“排斥”或“吸引”时的力越大。
3.电流
(1)形成:电荷的定向移动形成电流;
(2)方向:科学上规定正电荷定向运动的方向为电流的方向。
电路中电流的方向:电源外部,电路闭合时,电流总是从电源的正极流出,流入电源的负极;
电源内部,由电源的负极流向电源的正极。
【易错易混】金属导体中的电流是由带负电的电子的定向移动形成的,电子从电源的负极流出,流向电源的正极。因此,电子运动的方向与我们规定的电流方向恰好相反。
(3)电流存在的条件:电路中有电源;通路。
4.电路
(1)组成:把电源、用电器、开关用导线连接起来组成的电流的路径叫做电路。
元件
电源
用电器
开关
导线
作用
提供电能,将其他形式的能转化为电能
消耗电能
控制电路的断开与接通
连接电路,输送电能
(2)电路的三种状态
状态
通路
开路(断路)
短路
电源短路
用电器短路
概念
开关闭合时,电路中就会有电流的电路
开关断开,或电路中某一部分断开时,电路中不再有电流的电路
不经过用电器,而直接用导线将电源两极连接起来
电路是接通的,但用电器两端被导线直接连通
特点
电路中有电流,用电器工作
电路中无电流,用电器不工作
不经过用电器,而直接用导线将电源两极连接起来
被短路的用电器不工作
(3)电路图
用元件符号代替实物表示电路的图称为电路图。
画电路图注意事项:元件位置安排要适当,分布要均匀;元件不要画在拐角处;整个电路图最好呈矩形;图要完整美观,横平竖直,简洁、工整。
(4)电路的连接方式
连接方式
串联
并联
定义
把元件逐个顺次连接起来的电路
把元件并列的连接起来的电路
特征
电路中只有一条电流路径,一处段开所有用电器都停止工作。
电路中的电流路径至少有两条,各支路中的元件独立工作,互不影响。
开关
作用
控制整个电路
干路中的开关控制整个电路。支路中的开关控制该支路。
电路图
实例
装饰小彩灯、开关和用电器
家庭中各用电器、各路灯
(5)串联电路和并联电路的识别
电流路径法
串联电路没有其它支路,并联电路中有几个支路,若每条支路不只一个用电器,这时电路有串有并,叫混联电路
断开法
去掉任意一个用电器,若另一个用电器也不工作,则这两个用电器串联;若另一个用电器不受影响仍然工作则这两个用电器为并联
节点法
在识别电路时,不论导线有多长,只要其间没有用电器或电源,则导线的两端点都可看成同一点,从而找出各用电器的共同点
观察结构法
将用电器接线柱编号,电流流入端为“首”电流流出端为“尾”,观察各用电器,若“首→尾→首→尾”连接为串联;若“首、首”,“尾、尾”相连,为并联。
(6)设计电路
进行电路设计时,重点考虑两个问题:
一是用电器的连接方式,根据用电器是否实现独立工作来确定是串联还是并联;
二是看开关的控制作用,确定开关的位置。开关可和用电器串联,也可和用电器并联。与用电器串联时开关闭合用电器工作,断开不工作,而与用电器并联时是开关闭合用电器不工作(被开关短路),断开工作。
二、电流、电压及其测量
1.电流
(1)电流强度:导体中电流的大小称为电流强度,简称电流。
电流是指单位时间内通过导线某一截面的电荷的多少,用字母I表示。
单位:安培,简称安,符号为A。电流更小的单位为毫安和微安,符号分别为mA和μA。
(2)电流的测量
①电流表符号:
结构: 一般有三个接线柱,两个量程“0-3A”“0-0.6A”
②电流表的使用规范
a.正确选择量程:超过量程会损坏电流表。在不能预估被测电流时先拭触(先大量程后小量程)。
b.电流表必须串联在被测的电路中。
c.使电流从电流表的“+”接线柱流入,从“-”接线柱流出。
d.绝对不允许不经过用电器而把电流表直接连到电源的两极。
2.电压
(1)电压的作用:使电荷定向移动形成电流。电压是形成电流的原因,它是由电源提供的。
【易混易错】某段电路中有电流,则该电路两端就一定有电压。但电路两端有电压,电路中却不一定有电流,还取决于电路是不是通路。
(2)符号和单位:电压用U表示。单位是伏特,简称伏,符号为V;其他单位:千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(μV)。
(3)常见电压:一节普通干电池、纽扣电池电压:1.5V;一只蓄电池电压:2V;一般情况下,对人体的安全电压:≤36V;我国家庭照明电路电压:220V;工厂动力用电电压:380V。
(4)电压的测量
①测量电压的仪表是电压表,其符号是;
一般学校实验室用的电压表有三个接线柱,两个量程(“0-3V”、“0-15V”)。
②电压表的使用规范
a.测量电压时,必须正确选择电压表的量程。
b.测量某一部分电路的电压时,必须把电压表与这部分电路并联。
c.把电压表的“+”接线柱接在与电源正极相连的那端,“-”接线柱接在与电源负极相连的那端。
3.串并联电路电流电压特点
电路
电流特点
电压特点
串联电路
串联电路中电流处处相等,I1=I2=I3
串联电路电源两端的电压等于各部分电路两端电压的总和,表达式为U=U1+U2
并联电路
并联电路中,干路电流等于各支路电流之和,即I1=I2+I3
并联电路中各并联支路两端的电压都相等,且等于电源电压。表达式为U=U1=U2
【方法技巧】电流表内阻非常小,可看作一根导线;电压表内阻非常大,可看作断路。
三、电阻
1.物质的导电能力
(1)导体和绝缘体
①导体:容易导电的物质叫做导体。如金属、石墨(碳)、人体、大地、盐类的水溶液等。
②绝缘体:不易导电的物质叫做绝缘体。如橡胶、玻璃、瓷、塑料、干木材、油和干燥空气等。
【易错易混】导体和绝缘体并不是绝对的,有些绝缘体在条件改变时会变成导体。例如,玻璃在通常情况下是绝缘体,但被烧红时会导电。纯水不导电,自然界水中溶有大量其他物质形成溶液,溶液中有离子可导电。
③半导体:导电能力介于导体与绝缘体之间的一类物质叫做半导体。如硅和锗。
(2)导体易导电、绝缘体不易导电的原因
金属能够导电是因为金属内部存在着大量可以自由移动的电子,绝缘体不容易导电是因为绝缘体中几乎没有能自由移动的电子。
2.电阻
(1)概念:电阻表示导体对电流的阻碍作用。电阻值越大,表示导体对电流的阻碍作用越大
符号和单位:字母R,单位是欧姆,简称欧,符号Ω。其他单位:千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)
【探究电阻大小的影响因素】
方法:控制变量法、转换法
影响因素:导体的电阻大小与导体的长度、横截面积、材料及温度有关。
用同种材料的导线,导线越长,电阻越大;导线越细,电阻也越大。
金属导体的电阻会随温度的升高而增大。
即在导体的材料相同时,导体的电阻跟导体的长度成正比,跟导体的横截面积成反比。R=ρL/S
(2)超导现象:某些材料的温度降低到一定程度时,电阻会突然消失,这就是超导现象。
【易错易混】电阻是导体本身的一种固有属性,是由导体本身的材料、长度、横截面积以及温度等因素决定的,与导体两端的电压大小和通过导体的电流大小无关。
3.变阻器
(1)变阻器:可改变阻值的电阻
(2)滑动变阻器
①结构
②原理:改变接入电路的电阻丝的有效长度来改变电阻大小。
③使用方法
a.先确定滑动变阻器的最大阻值和允许通过的最大电流;
b.串联在电路中,连接时要接“一上一下”两个接线柱;
c.接通电路前,应将滑动触头滑到最大阻值处,以保护电路安全。
(3)旋钮型变阻器:原理与滑动变阻器相同。
(4)敏感电阻:指器件特性对温度、光照、压力等作用敏感的电阻器。其种类分别有热敏电阻、光敏电阻、气敏电阻、力敏电阻等。
四、欧姆定律
1.【探究电流与电压的关系】
项目
内容
实验电路图
实验方法
控制电阻的阻值不变,使电阻两端的电压成整数倍地变化,观察并记录电路中电流大小的变化。
控制变量
实验自变量:电压;实验因变量:电流;控制电阻不变。
滑动变阻器作用
①保护电路;②改变定值电阻两端电压,从而改变电流得到多组数据。
数据处理图像
结论
在电阻一定的情况下,通过导体的电流与导体两端的电压成正比。
2.【探究电流与电阻的关系】
项目
内容
实验电路图
实验方法
控制定制电阻两端电压不变,更换不同阻值的定值电阻,探究电流与电阻的
关系。
控制变量
实验自变量:电阻;实验因变量:电流;控制电压不变。
滑动变阻器作用
①保护电路;②控制定制电阻两端电压不变。
数据处理图像
结论
在电压一定的情况下,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
3.欧姆定律及其应用
(1)欧姆定律:导体中的电流,跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。
公式:;变式:、
(2)欧姆定律的理解
①统一性:单位统一,U-伏,R-欧,I-安;
②同一性:I、U、R对应同一段导体或同一段电路,可用角标标注,如R1、I1、U1;
③同时性:I、U、R针对同一时间而言,如移动滑动变阻器导致电路变化;
④欧姆定律适用于纯电阻电路,且适用整个电路或其中某一部分电路。
【易错易混】①不能说电流与电压成正比。电压的电流形成的原因,因果不能颠倒。
②可计算出电阻大小,但电阻取决于导体本身,不随U、I而变。不与U成正比,与I成反比。
③表明了一个电阻的阻值大小还可以用电压变化量和电流变化量的比值来表示。
4.伏安法测电阻
原理:R=U/I
电路图:
滑动变阻器的作用:①保护电路;②改变被测电阻两端的电压,得到多组数据。
多次测量的目的:通过求电阻的平均值来减小实验误差。
若用伏安法测小灯泡电阻不需要多组数据求平均值,因为小灯泡电阻随温度升高而增大,求平均值没有意义。
五、电路分析
1.串并联电路特点
串联电路
并联电路
电流特点
串联电路中各处电流均相等,即I1=I2=I3=…=In
并联电路干路中的电流等于各支路中的电流之和,即I=I1+I2+I3+…+In
电压特点
串联电路两端的电压等于各部分电路两端的电压之和,即U=U1+U2+…+Un
在并联电路里,各支路两端的电压相等,且等于电源电压,即U=U1=U2=…=Un
电阻特点
串联电路的总电阻等于各串联电阻之和。即。
并联电路中的总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和。即。
分配特点
在串联电路中,各串联电阻起到分担电源电压的作用,各电阻分担的电压与其电阻大小成正比。即
在并联电路中,各支路中的电流跟各支路电阻成反比。即。
2.电路故障分析
(1)电表故障类
故障现象
电流表原因
电压表原因
指针反转
正、负接线柱接反
指针超量程
量程选择过小
指针偏转过小
量程选择过大
指针不偏转
电流表断路
所测用电器短路或无电压
(2)电路故障类(以两灯串联电路为例)
知识点九 电和磁
一、磁现象和磁场
1.磁现象
(1)磁性:能吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性。
(2)磁体:具有磁性的物质叫做磁体。
按照形状可分为条形磁体、针形磁体、蹄形磁体等;按照来源可分为天然磁体和人造磁体。
按照保持磁性时间长短可分为硬磁体(又叫永磁体)和软磁体。
(3)磁极:磁体上磁性最强的部分
两个磁极:南极(S)指南的磁极叫南极,北极(N)指北的磁极叫北极。
磁极间的相互作用规律:同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引。
(4)磁化:使原来没有磁性的物体获得磁性的过程。
方法:用一个磁体在磁性物体上沿同一方向摩擦,就可使这个物体变成磁体。或用电流磁化。
【易混易错】①磁极个数:任一个磁体都有两个磁极且是不可分割的
②磁化:磁化时相接触或相靠近端是一对异名磁极,能被磁铁吸引的物质才能被磁化。
③排斥的一定是同名磁极,吸引的可能是异名磁极,也可能是一个有磁性一个无磁性
(5)判断物体是否有磁性的方法(方法不唯一)
如图所示:若两次都不吸引,则A、B都无磁性;
若两次都吸引,则A、B都有磁性;
若只有甲吸引,则B有磁性,A没有磁性;
若只有乙吸引,则A有磁性,B没有磁性。
2.磁场
(1)概念:在磁体周围存在一种物质,能使磁针偏转,这种物质看不见,摸不到,称作磁场。
(2)基本性质:磁场对放入磁场中的磁体产生磁力的作用。
(3)磁场的方向:在磁场中的任意一点,小磁针静止时,N极所指的方向就是那点的磁场方向。
【易混易错】
在磁场中的任意一个位置的磁场方向只有一个。
我们常用小磁针是否受到磁力的作用来检验小磁针的周围是否存在磁场。
(4)磁感线
①概念:为了形象地描述磁场,在物理学中,用一些有方向的曲线把磁场的分布情况描述下来,这些曲线就是磁感线。(理想物理模型,并非真实存在)
②方向:我们把磁感线上都标有方向,并且磁感线的方向就是磁场方向。
③特点:a.磁体外部的磁感线从N极出发回到S极。(北出南入)
b.磁感线是有方向的,磁感线上任何一点的切线方向与该点的磁场方向一致。
c.磁感线的分布疏密可以反映磁场磁性的强弱,越密越强,反之越弱。
d.磁感线是空间立体分布,是一些闭合曲线,在空间不能断裂,任意两条磁感线不能相交。
④常见磁感线分布:
(5)地磁场
①概念:地球周围存在着磁场叫做地磁场。
②磁极:地磁场的N极在地理的南极附近,磁场的S极在地理的北极附近。
③应用:鸽子、绿海龟(利用的磁场导航)
④磁偏角:地磁的南北极与地理的南北极并不重合,它们之间的夹角叫磁偏角。由我国宋代的沈括最早发现的。
二、电生磁
1.通电指导线周围存在磁场
【奥斯特实验】
①在小磁针上方放置一根与小磁针平行的直导线,当给直导线通电时,可观察到小磁针发生了偏转。电路断电后,小磁针不发生偏转。
结论:小磁针受到了力的作用,通电导线的周围存在磁场。
②改变电流方向,观察到小磁针偏转方向发生改变。
结论:通电导线周围的磁场方向与电流的方向有关。
注意:小磁针应与导线平行放置,而导线应该南北放置,避免地磁场的干扰。
(1)电流的磁效应
通电导线周围存在着与电流方向有关的磁场,这种现象叫做电流的磁效应。电流磁效应是丹麦物理学家奥斯特通过实验首先发现的。奥斯特实验第一次揭示了电与磁之间的联系,即电可以产生磁。
(2)直导线周围的磁场:以导线上各点为圆心的一个个同心圆,离直线电流越近,磁性越强,反之越弱。
安培定则(右手螺旋定则):大拇指指向电流方向,四指环绕是磁场方向。
2.通电螺线管
(1)磁场:磁场跟条形磁体的磁场是相似的。
(2)磁场方向:通电螺线管的磁极方向跟电流方向有关。
安培定则:四指环绕电流方向,大拇指指向N极。
(3)磁场强弱:电磁线圈的匝数越多,通过线圈的电流越大,线圈的磁性越强;插入铁芯,线圈的磁性大大增强。
【通电螺线管磁场探究】
方法:转换法、控制变量法
是否有磁性:用小铁钉是否被吸引探究是否有磁性;
磁性强弱:用铁钉吸引的数目反映通电螺线管磁性强弱;
磁场分布:在穿过螺线管的有机玻璃板上均匀地撒上铁屑,通电后轻敲玻璃板(防止摩擦干扰),观察铁屑的分布规律。
3.电磁铁
(1)定义:电磁铁是一个内部插有铁芯的螺线管。
【影响电磁铁磁性强弱的因素】
实验方法:控制变量法、转换法
影响因素:①电流大小;②有无铁芯;③线圈匝数的多少
结论①:在电磁铁线圈匝数相同时,电流越大,电磁铁的磁性越强。
结论②:电磁铁的磁性强弱跟有无铁芯有关,有铁芯的磁性越强。
结论③:当通过电磁铁的电流相同时,电磁铁的线圈匝数越多,磁性越强。
(2)电磁铁的优点
①电磁铁磁性有无,可由电流的有无来控制。
②电磁铁磁性强弱,可由电流大小和线圈匝数的多少来控制。
③电磁铁的磁性可由电流方向来改变。
(3)电磁铁的应用:电磁起重机、磁悬浮列车、电磁选矿机、电铃、电磁自动门等。
(4)电磁继电器
概念及作用:电磁继电器是由电磁铁控制的自动开关。使用电磁继电器可用低电压和弱电流来控制高电压和强电流,还可以实现远距离操纵和自动控制。
构造:电磁继电器的结构如图所示,它由电磁铁A、衔铁B、弹簧C、触点D组成。
工作原理:当低压电源开关闭合时,控制电路中有电流通过,电磁铁A产生磁性,吸引衔铁B,使动触点与红灯触点分离,而与绿灯触点接通,故红灯熄灭,绿灯亮起,电动机开始工作。当低压电源开关断开时,电磁铁失去了磁性,衔铁B在弹簧C的作用下拉起,使动触点与绿灯触点分离,而与红灯触点接通,故红灯亮起,绿灯熄灭,电动机停止工作。
三、磁场对电流的作用
1.磁场对通电导线的作用
(1)通电导线在磁场中会受到力的作用;
(2)力的方向和电流方向、磁场方向有关。
(改变电流方向或磁场方向,受力方向改变,两个方向都改变,受力方向不变)
2.磁场对线圈的作用
通电线圈在磁场中会受力转过一个角度,但不能持续转动。通电线圈所在平面与磁场垂直时,线圈不发生转动。如图所示:
(3)电动机(直流)
①结构:电动机由两部分组成,一是能转动的线圈,叫做转子;二是固定不动磁体,叫做定子。电动机工作时,转子在定子中飞快的转动。
②原理:通电线圈在磁场中受力转动。
③特别结构:换向器
为了使线圈持续向同一方向转动,我们需要改变电流方向;故使用换向器,换向器由两个铜半环E、F和两个电刷A、B组成。两个铜半环E和F跟线圈两端相连,可随线圈一起转动,两半环中间断开,彼此绝缘。两电刷A和B分别和两半环接触,使电源和线圈组成闭合电路。
④电动机能量转化:电能→机械能
⑤影响电动机线圈转速的因素是电流大小和磁场的强弱。
⑥通电后电动机不转动的原因:电流不通、摩擦太大、电流太小、线圈处于平衡位置等
四、磁生电
1.电磁感应现象(法拉第)
(1)概念:闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,这种现象叫做电磁感应,产生的电流叫感应电流。
(2)产生感应电流的条件:导体为闭合电路的一部分、导体做切割磁感线运动。
(3)影响感应电流方向的因素:导体切割磁感线的方向、磁场方向
改变导体切割磁感线方向或磁场方向,感应电流的方向随之改变;若导体切割磁感线方向和磁场方向同时改变,则感应电流的方向不变。
(4)增大感应电流的方法:增强磁场、增大切割磁感线的导体的有效长度、增加线圈的匝数、增大导体切割磁感线的速度、让导体切割磁感线运动的方向与磁感线方向垂直等,都会使感应电流增大。
【探究产生电磁感应现象的条件和规律】
方法:控制变量法、转换法
2.发电机
构造:由磁体、线圈、滑环、电刷组成,与电动机相似,但没有电动机的换向器。
工作原理:发电机是根据电磁感应原理工作的,是机械能转化为电能的机器。
工作过程:在外力作用下,转子转动一周,切割磁感线的方向发生两次改变,电流的方向也随之发生两次改变,从而产生方向性呈周期性变化的交流电。
直流电:方向不变;交流电:方向周期变化
我国家庭电路使用的是交流电。电压是220伏,周期是0.02秒,频率是50赫,电流方向1s改变100次。
知识点十 家庭电路
一、家庭电路的组成和连接
1.家庭电路的组成
(1)家庭电路主要由:两根进户线、电能表、总开关、保险装置、用电器、导线等组成
(2)连接顺序
进户线→电能表→总开关→保险丝(保险装置) →用电器及插座
各种用电器是并联接入电路的,插座与灯座是并联的,控制各用电器的开关与电器是串联的。
2.家庭电路各部分的作用与连接
(1)进户线
给用户提供家庭电压的线路,分为火线和零线。火线和零线之间有220V 的电压,火线和地线之间也有220V的电压,正常情况下,零线和地线之间电压为0V。
(2)电能表
①用途:测量用户消耗的电能(电功)的仪表。
②安装:串联在家庭电路的干路上,进户线后面,这样才能测出全部家用电器消耗的电能。
③铭牌:所标的电压U是额定电压;所标的电流I是允许通过的最大电流;
UI是:电能表后能接用电器的最大功率,如果同时使用的家用电器的总瓦数超过这个数值,电能表的计数会不准确甚至烧坏。
(3)总开关
①作用:控制整个电路的通断,以便检测电路更换设备。
②安装:串联在家庭电路的干路上,电能表后面,空气开关的静触点接电源线。
(5)熔断器(保护装置)
安装:串联在电路中,安装在总开关之后,必须连接火线。
作用:当电路电流过大时,切断电路,保护电路。
(6)用电器(电灯)和开关
①灯泡的种类:螺口式、卡口式
②螺口灯泡的螺旋接灯头的螺旋套进而接零线,灯泡尾部金属柱接灯头的弹簧片,再通过开关接火线。
原因:防止维修时触电。
③开关和用电器串联,控制用电器,如果开关短路用电器会一直工作开关不能控制,但不会烧干路上的保险丝。
④根据安全用电原则连接电路,每个开关都可以单独控制灯
(7)插座
①作用:连接家用电器,给可移动家用电器供电。
②分类:二孔插座、三孔插座
③安装:并联在家庭电路中
④连接:二孔插座:“左零、右火”
三脚插头与三孔式插座相对应,在三脚插头上,上面较长的脚(通常标有“E”字样)与用电器外壳相连,其他两脚(通常标有“L”和“N”字样)接用电器的用电部分。
三孔插座的连接:“左零、右火、上接地”
⑤使用三脚插头和三孔式插座可以方便地把用电器的金属外壳与大地连接起来,即使用电器的外壳和电源火线之间的绝缘皮破损,导致用电器外壳带电,电流也会流入大地,人不会发生触电事故。
⑥三脚插头上面的脚更长一些的原因:在用电器通电前,先将金属外壳接地,而在拔下插头时,先断开电源后断开接地线,这样能更好地起保护作用。
3.测电笔
(1)构造:测电笔一般有钢笔式和螺丝刀式两种,其构造如图所示。
(2)作用:判断火线和零线;检查电气设备的外壳是否带电。
(3)使用方法:用手指接触笔卡或手接触测电笔的金属笔尾,用笔尖接触被测的导线,注意手指千万不能接触笔尖。
如果被测导线是火线,电流经过笔尖、电阻、氖管、弹簧,再经过人体、经过大地,流到零线,与电源构成闭合电路,氖管就会发光。
如果笔尖接触的是零线,氖管中不会有电流,也就不会发光。
二、家庭电路中电流过大的原因
1.熔断器和保险丝
(1)熔断器内有熔断体(保险丝),串联在电路中,安装在总开关之后
①材料:保险丝是由电阻率大、熔点较低的铅锑合金制成。
②保险原理:当过大的电流通过时,保险丝产生较多的热量使它的温度达到熔点,于是保险丝熔断,自动切断电路,起到保险作用。
③连接:与所保护的电路串联,且一般必须接火线。
④选择:保险丝的额定电流等于或稍大于家庭电路的最大工作电流。
⑤规格:越粗额定电流越大。
【易混易错】
当电路因故障导致保险丝熔断时,应首先查清导致保险丝熔断的原因,在排除故障后再更换规格合适的保险丝,然后闭合闸刀开关,恢复供电。
(2)断路器
①作用:当电路过载或短路使电路中电流过大时,能自动切断电路,从而起到的保护作用。可手动合上或切断。相当闸刀开关和熔断器两个原件的作用。
②断路器的接法:接在火线上。
③工作原理:当电路发生短路或过载时,电路中的电流过大,双金属片被过大电流过度加热,两金属片受热膨胀,但由于膨胀程度不同,造成金属片弯曲,顶撞锁簧装置,在弹簧弹力作用下,接触断开,电路切断。
(3)保险丝、灯丝、电阻丝对比
项目
电阻率
熔点
电阻丝
电阻率大—产热量多
熔点高—不易熔断
灯丝
电阻率大—温度高,发光
熔点高—不易熔断
保险丝
电阻率大—产热量多
熔点低—易熔断、保护电路
2.家庭电路电流过大的原因
(1)电路中发生短路。
(2)用电器功率过大,如家庭电路中同时接入过多用电器。
(3)选择了额定电流过小的保险丝,电路虽未真正过载,但保护装置因规格不匹配而提前熔断或跳闸,这是一种保护性反应。
三、安全用电
1.触电事故
(1)安全电流和安全电压
①触电:是指通过人体的电流达到一定值时对人体造成的伤害事故。
②安全电流:通过人体的电流越大,人从触电到死亡的时间越短,一般情况下,通过人体的电流超过30毫安时就有生命危险。
③安全电压:一般情况下,36伏以下的电压才是安全的。但在潮湿环境中,安全电压应在24伏甚至12伏以下。
(2)触电形式
①低压触电
a. 单线触电(人站在地上一手接触火线)
b. 双线触电(人一手接触火线,一手接触零线)
②高压触电
a. 高压电弧触电
b. 跨步电压触电
(3)抢救措施:先切断电源,再用干燥的木棒拨开,人工呼吸。
2.安全用电常识
(1)安全用电的原则:不接触低压带电体、不靠近高压带电体
(2)安全用电注意事项
将插头插入插座时,手不要接触金属插脚;不要用湿的手触摸电器、插座和开关;防止电线的绝缘层老化或破损;不要在高压线旁钓鱼或放风筝;不要使插座超负荷;避免在浴室中使用电器;导线旁不要放发热物体;不要同时使用大量大功率用电器。
3.电路故障排查
(1)利用测电笔排查
(2)利用“校验灯”排查故障
取下保险丝,将额定电压为220 V的“校验灯”接在保险丝的两只接线柱上,闭合支路开关,观察“校验灯”的发光情况:若“校验灯”不发光,则该支路断路;若“校验灯”发光暗淡,则该支路正常;若“校验灯”发光正常,则该支路短路。
知识点十一 功和功率 机械能
一、机械能及其转化
1.动能
(1)概念:物体由于运动而具有的能量叫做动能。一切做机械运动的物体都具有动能。
(2)影响动能的因素(m、v)
物体的质量和速度:质量相同的物体,运动的速度越大,它的动能越大。运动速度相同的物体,质量越大,它的动能也越大。
【探究动能大小的影响因素】
实验探究方法:控制变量法(控制相同质量小球从不同高度释放/控制不同质量小球从相同高度释放)
转换法(通过木块被碰撞后的滑动距离来反映钢球的动能大小)
2.势能
(1)重力势能
①概念:物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。
②影响因素(m、h)
质量和被举高的高度:物体的质量越大,被举得越高,具有的重力势能就越大。
【探究重力势能大小影响因素】
实验探究方法:
控制变量法 相同m小球从不同高度释放
不同m小球从相同高度释放
转换法:以小球砸出坑的深度反映重力势能大小
(2)弹性势能
①概念:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。
②影响因素
形变量:物体的弹性形变越大,弹性势能越大。
3.动能和势能的转化
(1)机械能:动能和势能之和称为机械能。
【易错易混】
一个物体可以只有动能,也可以只有势能,还可以既有动能又有势能,都称为物体具有机械能。
①物体只有动能,如在水平路面上行驶的汽车;
②物体只有势能,如悬挂在空中静止的物体、射箭时发生弹性形变的弓;
③物体同时具有动能和势能,如在空中飞行的飞机、小鸟等。
(2)机械能守恒
①概念:如果只有动能和势能的相互转化,机械能的总量就保持不变,或者说,机械能守恒。
②机械能守恒的条件:不受空气阻力和摩擦,只有重力和弹力做功。
③分析动能与势能相互转化的方法
确定研究对象和过程;
确定物体在起始位置所具有的动能、势能;
分析在运动过程中,物体的高度、速度、弹性形变等是否变化以及如何变化,进而分析物体的重力势能、动能、弹性势能是否变化以及如何变化。
【易错易混】
注意物体在最高处时物体是否具有动能的判断,竖直上抛最高点速度为0,动能为0,斜抛最高点物体具有水平方向的速度,动能不为0。
二、功和功率
1.功
(1)概念:在科学上,如果物体受到力的作用,并且在这个力的方向上通过了一段距离,我们就说这个力对物体做了功。
(2)做功的两个必要因素
①作用在物体上的力F;
②物体在力的方向上通过的距离s。
两因素必须同时具备,力才对物体做功。
(3)不做功的情况
①有力无距离:如推车推不动。
②有距离无力:如足球离脚后由于惯性继续运动一段距离,此时人对足球不做功。
③力的方向与距离的方向垂直:如人提桶水水平移动,人对水及桶不做功。
(4)当物体运动方向与受力方向相反时,我们常说克服该力做功。
2.功的计算
(1)功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。公式:W=Fs,
单位是焦耳,简称为焦,单位符号为J。1焦=1牛·米,
含义:1牛的力使物体在力的方向上通过1米的距离时所做的功为1焦。
(2)做功的实质
物体具有做功的本领,是因为它具有能量。做功的过程实质上就是能量转化的过程,力对物体做多少功,就有多少能量发生了转化。因此,可以用功来量度能量转化的多少,能量的单位与功的单位一样,也是焦耳。
(3)公式应用注意事项
①确定哪个力对哪个物体做功;
②移动的距离必须是物体在力的方向上移动的距离;
③F与s保持同时、同体、同向。
3.功率
(1)概念:单位时间里完成的功叫做功率。
(2)物理意义:物体做功的快慢。
(3)公式及单位
①公式:功率=功/时间 、公式:P=W/t
②单位:瓦特,简称瓦,符号是W。1瓦=1焦/秒。
还常用千瓦、兆瓦作为功率的单位。1千瓦=1000瓦, 1兆瓦=1×瓦。
(4)比较做功的快慢有三种方法:
若做功相同,比较做功的时间;
若做功时间相同,比较做功的多少;
若做功的多少和所用时间都不相同的情况下,计算功和时间的比值。
(5)功率公式的推导
①当物体在力F的作用下,以速度v做匀速直线运动时,由P=W/t,W=Fs,s=vt,
可得:P=W/t=Fs/t=Fv
②适用范围:该公式适用于匀速直线运动。
③P=Fv在生活中的应用
某些阻力较大的情况下,当发动机输出功率不能改变时,人们常常通过降低速度来获得较大的牵引力。所以,当汽车要爬又长又陡的坡时,司机常换低挡位,以获得更大的牵引力从而顺利上坡。
知识点十二 简单机械
一、杠杆
1.杠杆
(1)概念:如果一根硬棒在力的作用下能够绕着固定点转动,这根硬棒就叫做杠杆。
【易错易混】杠杆形状各异,可以是直的,也可以是弯的,但必须是硬质的。
(2)杠杆五要素
支点O:杠杆绕着转动的固定点O叫做支点;
动力F1:能够使杠杆转动的力F1叫做动力;
阻力F2:阻碍杠杆转动的力F2叫做阻力;
动力臂l1:从支点到动力作用线的距离l1叫做动力臂;
阻力臂l2:从支点到阻力作用线的距离l2叫做阻力臂。
【易错易混】支点在两力的作用点之间时,两力的方向指向杠杆同一边,当支点在两力作用点之外,两力方向指向杠杆两边。
(3)力臂画法
①定支点;②画力的作用线;③从支点画力的作用线的垂线;④标注力臂名称。
2.杠杆的平衡条件及应用
(1)概念:杠杆在动力和阻力的作用下静止或匀速转动时,我们称该现象为杠杆平衡。
(2)杠杆平衡的条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂,即F1l1=F2l2
【探究杠杆平衡条件】
实验要点:
①选杠杆中心作为支点的目的:避免杠杆自身重力对实验产生影响;
②实验时使杠杆在水平位置平衡的目的:便于读出力臂的大小。
③实验前调节杠杆两端的平衡螺母使杠杆在水平位置平衡,但在实验过程中不可再调平衡螺母;
④实验中改变力或力臂的大小,多次实验,避免结论的偶然性,找出普遍规律。
(3)杠杆平衡条件的应用
F1l1=F2l2,,
动力、阻力、动力臂和阻力臂知道其中任意三个量就可以求出第四个量。
4.杠杆的分类
杠杆类型
省力杠杆
费力杠杆
等臂杠杆
力臂
l1>l2
l1<l2
l1=l2
力
F1<F2
F1>F2
F1=F2
优缺点
省力但费距离
省距离费力
既不省力也不省距离
实例
撬棒、瓶盖起子、羊角锤等
镊子、钓鱼竿、理发剪刀等
天平等
二、滑轮
1.滑轮概念及分类
(1)滑轮概念:周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子。
(2)滑轮分类:使用滑轮工作时,根据滑轮轴的位置是否移动,可将滑轮分成定滑轮和动滑轮两类。
定滑轮:滑轮轴固定不动;
动滑轮:滑轮轴随钩码一起移动。
(3)滑轮实质
滑轮
实质
图示
作用
定滑轮
一个等臂杠杆
只能改变力的方向,不能改变力的大小。不省力也不省距离。
动滑轮
一个动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆
省力费距离,不能改变力的方向。若力的方向不与动滑轮直径垂直,则省的力小于一半,不是最省力的方法。使用动滑轮时,虽然能省一半的力,但要费一倍的距离,即绳端移动的距离s等于物体上升高度h的2倍。
2.滑轮组
(1)概念:将定滑轮和动滑轮组合成滑轮组。
作用:滑轮组既可以省力,又可以改变力的方向。
(2)滑轮组特点
类型
自由端拉力和总重力(摩擦力)的关系
绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h(或物体移动距离s物)的关系
移动速度的关系
竖直拉物体
s=nh
v自=nv物
水平拉物体
s=ns物
v自=nv物
【易错易混】
滑轮组确定承担物重绳子段数n的方法:在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线,将它们隔离开,只计算绕在动滑轮上的绳子段数n。
三、斜面与机械效率
1.有用功、额外功、总功
(1)有用功:为了达到某一目的必须要做的功,用W有表示;
(2)额外功:利用机械时,人们不得不额外做的功,用W额表示;
(3)总功:有用功与额外功的和,用W总表示。W总=W有+W额(总功必定大于有用功)
2.机械效率
(1)概念:科学上把有用功跟总功的比值叫做机械效率。
(2)计算公式:η=W有 / W总 ×100%
(3)机械效率的理解
①机械效率表示的是有用功占总功的比例,不能反映有用功或总功的多少;
②机械效率总是小于1;
③机械效率是表征机械性能的重要指标,机械效率越高,机械的性能越好。
(4)提高机械效率的方法
①增加有用功,如在机械能承受的范围内增加每次提起重物的重力;
②减小额外功,如改进结构使机械更合理、更轻巧,尽量减小摩擦力等。
3.斜面
(1)斜面的作用:斜面是一种简单机械,使用它省力但费距离。
(2)斜面的机械效率:η=W有 / W总 ×100% = Gh/FL×100%
(3)影响斜面机械效率的因素:斜面倾斜程度、斜面粗糙程度。
粗糙程度相同的斜面,斜面倾斜程度越大,斜面的机械效率越高。
(4)斜面的额外功一般是克服斜面摩擦做的功,若斜面光滑无摩擦,则无额外功,有用功等于总功。
(5)求斜面摩擦力的方法:
Gh,,,
知识点十三 电功与电功率
一、电能和电功
1.电能
(1)电能是能量的一种存在形式,可以由风能、太阳能、水能等其他形式的能量转化而来。
(2)单位:焦耳(J),简称焦,生活中常用的单位是千瓦时(kw·h),俗称“度”。
两者换算关系:1千瓦时=3.6×焦。
2.电功
(1)概念:。
(2)实质:。电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能。
(3)单位:电功的单位与电能的单位相同,也是焦耳,常用单位为千瓦时。
(4)影响电功多少的因素
大量的实验表面,电流做功的多少跟电流的大小、电压的高低和通电时间有关。加在用电器上的电压越高、通过用电器的电流越大、用电器通电时间越长,电流做的功就越多。
(5)电功的计算
①电流在某段电路上做的功,等于这段电路两端的电压与通过这段电路的电流,以及通电时间的乘积。公式,(1焦=1伏·安·秒)
②变式:推导公式或,适用于纯电阻电路。
③推论:
无论是串联电路还是并联电路,电流所做的总功都等于电流通过各用电器做功之和。
即:W总=W1+W2+…Wn
比例关系:
串联电路:
并联电路:
3.电能表
①读数:某段时间电能表上先后两次读数之差,就是这段时间电路消耗的电能。
②参数及意义:
③计算:电能 W = (n为一段时间电表转盘转数,N为电表上的转数)
二、电功率
1.电功率
(1)概念:。
(2)定义式:
(3)单位:瓦(W)、千瓦(kW)。1W=1J/s。
(4)物理意义:电流做功的快慢,电功率越大,电流做功越快,电功率越小,电流做功越慢。
2.额定值与实际值
(1)概念
额定电压:用电器铭牌上标有的电压值叫做额定电压;额定电压是用电器正常工作时的电压。
额定功率:标有的电功率值叫做额定功率;额定功率是用电器在额定电压下消耗的电功率。
实际电压:将用电器接入某一电路中时,用电器两端实际分得的电压。
实际功率:用电器在电路中工作时实际消耗的功率。实际功率是用电器在实际电压下消耗的电功率。
(2)实际值与额定值的关系
当实际电压= 额定电压时,实际功率= 额定功率,实际电流= 额定电流,用电器正常工作;
当实际电压<额定电压时,实际功率<额定功率,实际电流<额定电流,不能正常工作;
当实际电压>额定电压时,实际功率>额定功率,实际电流>额定电流,容易损坏;
(3)灯泡亮度与实际功率的关系
接在同一电路上的灯泡,消耗电功率越大,灯泡就越亮。实际功率反应灯泡的亮度。
3.电功率的计算
①用电器的电功率等于用电器两端电压与通过用电器电流的乘积。
公式:(1瓦=1伏·安)
②变式:根据欧姆定律,或。适用于纯电阻电路。
③推论:P总=P1+P2+…Pn;串联电路: ;并联电路:
【测量小灯泡电功率】
实验原理:
实验方法:利用电压表和电流表分别测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流就可以求出小灯泡的电功率。在额定电压下测出来的电功率就是额定功率。
注意事项:
1.电流表电压表量程选择
先根据小灯泡的额定电压来确定电源电压及电压表的量程,然后估算通过小灯泡的最大电流来确定电流表的量程。
2.滑动变阻器规格要求
滑动变阻器规格要保证能调出表格的数据,一般可根据最小电流计算最大阻值(或只测量小灯泡额定功率,那么滑动变阻器保证能使小灯泡电压达到额定电压,根据分压计算滑动变阻器阻值);滑动变阻器最大电流要大于小灯泡的额定电流。
三、电热器
1.电流的热效应
由于导体有电阻,所以当有电流通过导体时,导体总会发热,将电能转化为内能,这种现象叫做电流的热效应。
2.焦耳定律
电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。这个规律叫做焦耳定律。
公式:
【易错易混】
对于纯电阻用电器,电能全部转化为热能,W=Q;
对于非纯电阻用电器,电能部分转化为内能,W>Q。
如电动机,电能一部分转化为机械能,一部分转化为内能,故W=Q+W机械
【探究焦耳定律实验】
实验方法:控制变量法、转换法
3.电热器
(1)原理:利用电流的热效应工作。
(2)主要元件:发热体,它由电阻大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体上制成。
(3)电热器档位问题
电路结构
核心思路
档位分析
串联式(含短路式)
全是发热体
用总功率判断
串联电阻越多电流越小,根据P=UI,总功率越小,档位越低
含非发热体
用发热体功率判断
串联非发热体电阻起到分压作用,根据P热=,故功率减小,档位越低
并联式
用总功率判断
并联的越多干路电流越大,根据P=UI,功率越大,档位越高。注意:并一个电阻则在原来功率的基础上加上,有利于计算
知识点十四 内能、核能、能量转化守恒
一、内能
1.内能
(1)概念
分子动能:物体内部大量分子做无规则运动所具有的能称为分子动能。
分子势能:由于分子之间具有一定的距离,也有一定的作用力,因而分子具有势能称为分子势能。
内能:物体内部所有分子热运动的动能和势能的总和叫做物体的内能。俗称热能,单位为焦耳。
(2)内能特点
①一切物体在任何情况下均具有内能。
②物体内能的大小与温度有关。物体温度升高,分子热运动加快,内能增大,反之,物体内能减少。
③物体内能的大小与质量有关。相同状况下的同种物质,质量越大,内能越大。
2.物体内能的改变
(1)物体内能改变的途径:热传递和做功。
(2)热传递
发生条件:存在温度差。
过程:高温物体放出热量,温度降低,内能减少;低温物体吸收热量,温度升高,内能增加。
最终结果:温度相同。
实质:内能的转移,能量形式不变。
方式:热传导、热对流、热辐射。
热量:热量是热传递过程中,物体内能的改变量,因此热量是个过程量。只有在热传递过程中,才能谈论热量,离开热传递过程谈热量是毫无意义的。只能说 “吸收热量”“放出热量”等。
(3)做功
①外界对物体做功,物体内能增加。如压缩气体、摩擦生热、锻打物体、弯折物体。
②物体对外做功,物体内能减少。如气体膨胀。
③实质:其他形式的能量与物体内能的相互转化。外界对物体做了多少功,就有多少其他形式的能量转化为内能;物体对外做了多少功,就有多少内能转化为其他形式的能量。
【易混易错】温度、热量、内能的辨析
项目
温度
热量
内能
定义
宏观上:表示物体冷热程度。微观上:反映物体中大量分子无规则运动的剧烈程度。
在热传递过程中吸收或放出热量的多少,是能量转移的量度。
物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和。
量的性质
状态量
过程量
状态量
表述
只能说“是”“降低”或“升高”
只能说“放出”或“吸收”
只能说“有”“具有”和“改变”
单位
摄氏度(℃)
焦耳(J)
焦耳(J)
3.比热容
(1)比热容概念:单位质量的某种物质,温度升高1℃所吸收的热量叫做这种物质的比热容。比热容用符号c表示,它的单位是焦/(千克·℃),读作焦每千克摄氏度。
(2)比热容是物质的一种特性,同种物质在相同状态下的比热容是一定的,但在不同的状态下,比热容不相同。
(3)热量的计算
热量的公式:Q吸=cmΔt=cm(t-t0)或cm(t0-t)
4.热机
(1)热机:通过做功把内能转化为机械能的机器。
(2)内燃机:燃料在机器汽缸内燃烧的热机。
主要类型:汽油机和柴油机
(3)汽油机四冲程
过程
图示
气门
活塞
作用
能量转化
总结
吸气冲程
进气门打开,排气门关闭
活塞向下运动
吸入汽油和空气的混合物
无
一个工作循环中有四个冲程,活塞往复运动两次,曲轴和飞轮转动两周,对外做功一次。汽油机在工作时只有做功冲程使机车获得动力,其他三个冲程均为辅助冲程,依靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。
压缩冲程
进气门排气门都关闭
活塞向上运动
压缩汽油和空气的混合物
机械能转化为内能
做功冲程
进气门排气门均关闭
活塞向下运动
在压缩冲程末,火花塞产生电火花点燃燃料,产生的高温高压的气体推动活塞向下运动,带动曲轴转动,对外做功
内能转化为机械能
排气冲程
进气门关闭,排气门打开
活塞向上运动
把废气排出汽缸
无
(4)热机效率:热机工作时,用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,就是热机的效率。汽油机的效率一般为20%~30%,柴油机的效率可达45%。提高热机效率,减少能源消耗,是人类不懈的追求。
5.燃料的热值
(1)概念:1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值,用符号q表示。
【易混易错】燃料很难完全燃烧,燃料燃烧放出的热量也不可能完全得到利用。故注意热值是燃料完全燃烧放出的热量。
(2)单位:固体或液体燃料的热值单位是焦/千克,气体燃料的热值单位是焦/米3。
(3)热量计算公式:Q=mq
(4)提高燃料利用率的措施
一是改善燃烧条件,让燃料尽可能完全燃烧,如将煤炭磨成粉末等;
二是尽可能减少热量损失,如加大受热面积等。
二、核能
1.裂变和聚变
(1)核能:原子核是可以转变的,原子核在转变过程中所释放出的能量,称为核能。
(2)获得核能的两条途径:原子核的裂变和原子核的聚变。
(3)核裂变
①概念:质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核,并释放出巨大能量的现象。
②应用:原子弹、核电站、核潜艇是根据裂变的原理制造的。
③链式反应:连锁式的铀核裂变反应称为链式反应。
原子弹原理:不加控制的链式反应。
核电站原理:可控制的链式反应。
(3)核聚变
①概念:2个质量较小的原子核结合成质量较大的新原子核,同时释放出能量的现象。
②热核反应:核聚变需要极高的温度,所以也叫做热核反应。
③应用:氢弹是根据核聚变的原理制造的,它的威力比原子弹大得多;
太阳的内部在不停地发生这种核聚变,从而向外释放出巨大的能量。
2.核能的和平利用——核电站
(1)核反应堆:对原子核裂变的链式反应加以控制,使核能缓慢、平稳地释放出来的装置称为核反应堆,简称反应堆,核反应堆是核电站的核心部分。
(2)原理:利用核反应堆提供的能量,使水变成蒸汽,再利用高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电的。
其能量转化情况是:核能→内能→机械能→电能。
3.放射性
各种放射性元素放出的射线中包括α、β和γ三种射线。
①α射线是带正电的高速运动的氦原子核流;α射线穿透能力最弱,在空气中只能前进几厘米。
②β射线是带负电的高速运动的电子流;β射线穿透能力较强,能穿透几厘米厚的铝板。
③γ射线是能量很高的电磁波;γ射线穿透能力最强,能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。
三、能量转化守恒
1.能量的互相转化
能量可以在两个物体之间转移,能量形式也可以转化。
能量转化:能量从一种形式转化为另一种形式,如钻木取火时机械能转化为内能。
能量转移:能量从一个物体转移到另一个物体(或从物体的一部分转移到另一部分)。
2.能量的转化与守恒定律
①概念:能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体。而在转化和转移的过程中,能的总量保持不变。这就是能量转化和守恒定律。
②意义:能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是机械运动,还是生命运动;无论是宇宙天体,还是微观粒子,都遵循这个定律。
3.能量的转移和转化的方向性
①能量的转化和转移有一定的方向性。如内能总是自发地从高温物体转移到低温物体,而不能自发地从低温物体转移到高温物体;机械能可以自发地转化为内能,而内能不能自发地转化为机械能。
②“永动机”不可能成功的事实告诉我们,违反能量的转化和守恒定律的事件是不可能发生的。
方法一 能量转化追踪溯源
在分析复杂过程(如蹦极、过山车、电动机工作)中的能量转化时,锁定“能量从哪里来,到哪里去”这条主线。
明确初始能量形式,逐步追踪每一次转化或转移,如:化学能→电能→机械能+内能,并识别该过程中主要的能量损失形式,通常是克服摩擦/阻力转化为内能。此法能将看似零散的转化过程系统化。
基础知识依据:动能影响因素:m、v;重力势能影响因素:m、h
【典例】(2025·浙江宁波·一模)蹦床属于体操运动的一种,是一项运动员利用蹦床的反弹在空中表现杂技技巧的竞技运动,有“空中芭蕾”之称。如图所示是运动员到达最高点A 后沿竖直方向下落到最低点C的过程,若不计空气阻力,关于该过程说法正确的是( )
A.运动员下落过程中,到达B点时速度最快,动能最大
B.运动员在最低点C时,速度为0,受到非平衡力的作用
C.若运动员一直不发力,会一直运动下去,因为能量是守恒的
D.运动员从B点下落到C点的过程中,只有动能转化为弹性势能
【答案】B
【详解】A.运动员下落过程中,到达B点时,刚接触蹦床,此时的重力大于弹力,运动员的速度继续增大,当蹦床对运动员的弹力等于重力时,速度达到最大值,动能最大,故A错误;
B.运动员在最低点C时,运动员的机械能转化为蹦床对弹性势能,运动员的速度为0,受到的弹力大于重力,受到非平衡力的作用,故B正确;
C.若运动员一直不发力,则就不会发生弹性势能和动能的转化,则不会运动,但总能量是守恒的,故C错误;
D.运动员从B点下落到C点的过程中,质量不变,速度先增大后减小,高度降低,速度增大时,重力势能转化成动能和弹性势能,速度减小时,动能和重力势能转化为弹性势能,故D错误。
故选B。
方法二 串并联电路等效电阻与欧姆定律应用的程式化分析
电路分析是电学核心。串联电路总电阻 R总=R1+R2+...,并联电路总电阻 1/R总=1/R1+1/R2+...。
在串联电路中,总电阻大于任何一个分电阻;在并联电路中,总电阻小于任何一个分电阻。
结合欧姆定律I=U/R,在串联电路中电流处处相等,电压分配与电阻成正比;在并联电路中各支路电压相等,电流分配与电阻成反比。分析动态电路时,滑动变阻器阻值变化→总电阻变化→总电流变化→再分析各部分电压电流变化,遵循这一固定流程可有效理清思路。
【典例】(2024·浙江温州·模拟预测)如图所示的电路中,电源两端的电压U恒定,四个电表都是理想的,则电键K闭合后( )
A.电流表的示数不为零
B.电压表V1的示数为零
C.电压表V2的示数为零
D.当滑动变阻器的触头向b端滑动,V3示数不变
【答案】D
【详解】A.开关闭合后,电流表与三个电阻串联,电流中有电流通过,故电流表有示数。故A正确;
B.电压表V1测量电阻R两端电压,该电阻中电流通过,故电压表V1示数不为零。故B错误;
C.电压表V2测量电阻R与变阻器串联部分两端电压,该部分有电流通过,故V2示数不为零。故C错误;
D.变阻器串联在电路中,V3测量其两端电压。根据串联电路的分压原理可知,当变阻器滑片移动时,其串联在电路的电阻发生变化,其两端电压要发生变化。故D错误。
故选A。
易错点一 电流表、电压表在电路中的连接方式与测量对象判断错误
正确观点:电流表必须串联在被测电路中,电压表必须并联在被测电路两端。电流表内阻极小,相当于导线;电压表内阻极大,相当于断路。
易错分析:此错误常发生在电路连接、改错和动态分析题中。
典型错误有:①将电流表并联在电路两端(导致短路,烧坏电表或电源);
②将电压表串联在电路中(导致电路几乎断路,用电器不工作,电压表示数接近电源电压)。
必须从电表的设计原理理解:电流表要测量电流必须让电流流过它自身(串联);电压表要测量电压必须接触电路两端(并联)。
【典例】小华在探究电路有关性质时,连接了下列实物图,下列有关该电路的分析正确的是( )
A.L1、L2串联
B.电流表测L2的电流
C.电压表只能测L2两端电压
D.开关可以同时控制L1、L2
【答案】D
【详解】A.如下图所示,两个灯泡并联连接在A、B两点之间,为并联,故A错误。
B.电流表与L1串联,则L1的电流,故B错误。
C.电压表虽然与L2并联,但是由于并联,所以它测L2、L1和总电压,故C错误。
D.开关在干路上,同时控制L1和L2, 故D正确。
故选D。
易错点二 额定功率与实际功率的混淆
正确观点:用电器的亮度(或工作效果)由其实际消耗的功率(实际功率)决定。实际功率随其两端实际电压的变化而变化。只有当实际电压等于额定电压时,实际功率才等于额定功率。
易错分析:学生常错误地认为“额定功率大的用电器一定更亮”。例如,比较“220V,40W”和“220V,100W”两盏灯泡的亮度:当它们串联接入电路时,根据P = I²R,电阻大的灯泡(40W灯泡)实际功率更大,更亮;当它们并联接入电路时,根据P = U²/R,电阻小的灯泡(100W灯泡)实际功率更大,更亮。错误根源在于未根据电路连接方式分析其工作状态(实际电压、电流)。
【典例】(2025·浙江·模拟预测)在“节能灯泡设计”的项目活动中,小科及其组员正在测定小灯泡的电功率。如图甲所示连接实物电路图,已知该灯泡的额定电压为3.0V。在实验中,他们记录了如表所示的数据和现象:
序号
电压U(V)
电流I(A)
灯泡亮度
1
2.5
0.14
微亮
2
1.5
0.2
正常发光
3
0.5
?
很亮
(1)实验过程中,小科发现无论如何移动滑动变阻器的滑片,小灯泡始终不发光,电流表示数接近于0,而电压表有示数且基本不变。电路故障的原因可能是 ;
(2)在移动滑动变阻器滑片的过程中,当电压表示数为2V时,为测定小灯泡的额定功率,应将滑片向 移动;
(3)小科发现灯泡的电压与电流之间的比值在不同亮度下发生变化。由表格数据可知,灯泡的额定功率为 W;
(4)第3次实验中,通过小灯泡的电流大小如图乙所示,设小灯泡的实际功率为P1,则其实际功率P₁与额定功率之间的数值关系为 P1(选填“<”“=”或“>”)。
【答案】(1)滑动变阻器断路
(2)左
(3)0.6
(4)<
【详解】(1)由图甲电路图可知,小灯泡和滑动变阻器串联,电流表测的是电路电流,电压表并联在变阻器的两端。无论如何移动滑动变阻器的滑片,小灯泡始终不发光,电流表示数接近于0,说明电路可能出现断路;电压表有示数且基本不变,说明与电压表并联的那部分电路断路,因此电路故障的原因可能是滑动变阻器断路。
(2)由图甲可知,电源为三节新干电池,所以,电源电压为4.5V;为测小灯泡的额定功率,小灯泡的两端电压需达到额定电压,当电压表示数为2V时,即变阻器的两端电压为2V,根据串联电路的电压规律可知,小灯泡的两端电压为
小于小灯泡的两端电压,为测定小灯泡的额定功率,需增大小灯泡的两端电压,根据串联电路的电压规律可知,需减小变阻器的两端电压,根据串联分压原理可知,需减小变阻器连入电路的电阻,所以,应将滑片向左移动。
(3)由表格数据可知,小灯泡正常发光时,两端电压为3.0V,通过的电流为0.2A,则灯泡的额定功率
(4)第3次实验中,通过小灯泡的电流大小如图乙所示,电流表选择小量程,分度值为0.02A,示数为0.24A,此时电压表示数为0.5V,则小灯泡的两端电压为4.5V-0.5V=4V
则此时小灯泡的实际功率为
所以,。
知识点八 电学基础与欧姆定律
【典例1】(2025·浙江·中考真题)某款玩具,闭合开关S1,灯光亮起,玩具进入待机状态;拍手后触发声控开关S2,玩具便能跳一会儿舞。下列电路中符合上述条件的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【详解】由题意可知,闭合开关S1,灯光亮起,玩具进入待机状态;拍手后触发声控开关S2,玩具便能跳一会儿舞(即电动机工作);这说明灯泡能单独工作,两个开关都闭合后电动机才能工作,则灯泡和电动机是并联的,且开关S1在干路中控制整个电路,开关S2只控制电动机(即S2在电动机的支路上),由各选项电路图可知只有C图符合要求,故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
【典例2】(2025·浙江·中考真题)给如图甲所示的电热水器金属内胆出水口加接一段长管道,由于长管道中水柱具有电阻(简称“隔电电阻”),在电热水器漏电且接地线失效时,能形成“防电墙”保障人的安全。为了探究“隔电电阻”阻值大小的影响因素,某校兴趣小组利用注水的玻璃管模拟“隔电电阻”,设计如图乙所示电路,进行如下实验。
①断开开关,按图乙方式连接电路,观察电压表示数(如图丙所示)。
②采取合理措施使电压表指针对准零刻度线。
③闭合开关,调节滑片,记录两只电表的示数并计算“隔电电阻”的阻值。
④打开阀门,向左移动活塞,改变玻璃管内水柱的长度,重复步骤③。
⑤换用不同横截面积的均匀玻璃管,重复步骤③④,获得数据如表。
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
横截面积/cm2
1.0
2.0
?
水柱长度/cm
5
10
20
5
10
20
5
10
20
“隔电电阻”阻值/
2000
4000
8000
1000
2000
4000
500
1000
2000
(1)步骤②中的“合理措施”是指 (写出具体操作)。
(2)分析表中数据,推测第7次至第9次实验选择的玻璃管的横截面积为 cm2。
(3)某电热水器出水口加接的长管道横截面积为0.5cm2,若热水器接人电压为220V,人体电阻为200,要使通过人体电流不超过10mA,则该管道长度不小于 cm。
(4)实验中发现金属活塞和金属板的内表面出现气泡,可能的原因: (写出一种)。
【答案】(1)见解析
(2)4.0
(3)25
(4)见解析
【详解】(1)步骤②中“合理措施”使用电压表前要检查指针是否对准“0”刻度线,如果没对准,应调节电压表的调零旋钮,使指针归零。
(2)推测玻璃管的横截面积分析表中数据可知,当水柱长度相同时,横截面积越大,“隔电电阻”阻值越小,且电阻值与横截面积成反比关系。第1、4、7次实验中,水柱长度均为5厘米,第1次实验横截面积为1.0平方厘米,电阻为2000欧;第4次实验横截面积为2.0平方厘米,电阻为1000欧。由此可推出,电阻值变为原来的一半,横截面积变为原来的2倍。所以第7次实验中电阻为500欧,是第1次实验电阻的,则横截面积应为第1次实验横截面积的4倍,即4.0平方厘米。
(3)计算管道长度根据串联电路的特点,总电阻R总=R管+R人
由欧姆定律可得
所以R管=R总-R人=22000Ω-2000Ω=20000Ω
由表中数据可知,横截面积为1.0平方厘米时,水柱长度5厘米对应的电阻为2000欧,那么横截面积为0.5平方厘米时,设电阻为20000欧对应的水柱长度为L厘米, 根据电阻与横截面积成反比、与长度成正比的关系可得
解得L=25cm。
(4)金属活塞和金属板内表面出现气泡的原因可能是水中的某些物质在电解作用下发生化学反应产生了气体。例如,水中可能溶解有少量的电解质,在实验过程中,金属活塞和金属板相当于电极,通电时使水电解,产生氢气和氧气等气体,从而在金属表面形成气泡。
【典例3】(2025·浙江·中考真题)雷雨天气时,若人站立在空旷地带的高压电线下,两腿间可能形成电压差。假设某人两腿间的电压为200V,人体电阻为800,雷电通过人体时电流做功0.005J。据此回答下列问题。
(1)“雷雨发庄稼”,说的是放电条件下N₂与O₂会发生反应,经过一系列反应最终转化为氮肥。其中,闪电固氮的第一步反应为。该反应属于 反应(填基本反应类型)。
(2)求通过人体的电流大小 。
(3)求雷电电击的持续时间 。
【答案】(1)化合
(2)通过人体的电流
答:通过人体的电流0.25A。
(3)已知U= 200V,I = 0.25A,W = 0.005J,则雷电电击的持续时间
答:雷电电击的持续时间0.0001s。
【详解】(1)对于反应,该反应是由两种物质N2和O2反应生成一种物质NO,符合 “多变一” 的特点,所以该反应属于化合反应;
(2)根据欧姆定律(其中I是电流,U是电压,R是电阻),已知人体两腿间电压U=200V,人体电阻R = 800Ω,见答案;
(3)已知电流做功W= 0.005J,根据电功公式W=UIt(其中W是电功,U是电压,I是电流,t是时间),可得,见答案。
知识点九 电和磁
【典例4】(2025·浙江·中考真题)智能自动化管理是未来社会的发展趋势。如图甲所示为某工作室的自动化光控电路图,其中光敏电阻R的阻值随照度变化的关系如图乙所示(照度表示物体被照明的程度,单位是lx)。请你回答下列问题:
(1)电磁继电器是利用电流 效应工作的,当光照强度增强时,光敏电阻的阻值将 ,控制电路中的电流将变大。长时间使用后,控制电路中的电流将降低。
(2)当开关S闭合,光敏电阻上的照度大于或等于0.4lx时,警示灯L恰好亮起。已知控制电路的电源电压为22V,电磁继电器的线圈电阻为10,此时控制电路中的电流是 A。
【答案】(1) 磁 变小
(2)0.44
【详解】(1)[1][2]电磁继电器是利用电流磁效应工作的,当光照强度增强时,由图乙知,光敏电阻将变小,根据电阻的串联,总电阻变小,由欧姆定律可知,控制电路中的电流将变大。
(2)当照度等于0.4lx时,由图知,光敏电阻的阻值R=40Ω, 根据欧姆定律和电阻的串联可得,此时控制电路中的电流为。
【典例5】(2025·浙江·中考真题)小科设计了一款智能照明灯,其电路的原理图如图所示。光线较暗时灯泡自动发光,光线较亮时灯泡自动熄灭。控制电路中,电源电压恒定,R0为定值电阻,R为光敏电阻,其阻值随光照强度的增大而减小。下列说法正确的是( )
A.电磁铁的上端为S极
B.当光照强度增强,控制电路中的电流将变小
C.当光照强度减弱,电磁铁的磁性增强
D.灯泡应设计在A和B两接线柱之间
【答案】D
【详解】A.由图可知,根据安培定则可知,电磁铁的上端为N极,故A错误;
B.当光照强度增强,光敏电阻的阻值减小,总电阻减小,根据欧姆定律可知,控制电路的电流变大,故B错误;
C.当光照强度减弱时,光敏电阻的阻值变大,总电阻变大,根据欧姆定律可知,控制电路的电流变小,电磁铁磁性大小与电流大小、线圈匝数有关,电流减小,则磁性变弱,故C错误;
D.光线较暗时,光敏电阻的阻值大,则控制电路中的电流小,电磁铁的磁性弱,衔铁在弹簧的作用下被拉起,灯泡自动发光,说明灯泡在和两接线柱之间,故D正确。
故选D。
知识点十 家庭电路
【典例6】(2022·浙江湖州·中考真题)图是小明家家庭电路的一部分。下列叙述中,错误的是( )
A.开关与灯泡串联
B.灯泡与插座串联
C.当开关S断开时,用测电笔分别测试电路中a、b、c、d四处,能使氖管发光的是d处
D.该插座能将用电器的金属外壳与大地相连
【答案】B
【详解】A.开关应与被控制的电路串联,所以,开关应与被控制的灯泡串联,故A正确,不符合题意;
B.插座给可移动家用电器供电,所以,插座并联在电路中,即灯泡与插座应并联,故B错误,符合题意;
C.当开关S断开时,d点与火线相连,用试电笔接触该点时氖管发光;a、c与零线接通,氖管不发光;开关断开时b点与零线相连,氖管不发光,故C正确,不符合题意;
D.三孔插痤中有一个孔是用来连接地线的,让有金属外壳的用电器的外壳接地,可以防止因漏电导致金属外壳带电而发生触电事故,故D正确,不符合题意。
故选B。
【典例7】(2022·浙江丽水·中考真题)某油烟机具有排气和照明的功能,这两种功能既可单独、也可同时使用。下列电路符合要求的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【详解】根据题意知道,油烟机具有排气和照明的功能,这两种功能既可单独、也可同时使用,说明电动机和照明灯独立工作、互不影响即为并联,电动机和照明灯分别由各自支路上的开关控制,根据家庭电路安全用电的原则,开关应控制火线,只有一个保险丝的情况下,保险丝应该接在火线上,故只有C符合题意。
故选C。
知识点十一 功和功率 机械能
【典例8】(2025·浙江·中考真题)同学们好奇古人是如何将巨物搬到高处的(省略古人劳动场景),将相关猜想画成如下简图。其中,A与石头之间用绳索固定,AC是杠杆,C处用人体的重力拉动杠杆,AC=48m,AB=0.8m,石头重5000kg。
(1)此杠杆是 (填“省力”或“省距离”)杠杆;
(2)在某次操作中,石头在MN上移动0.1m,高度升高0.05m,求克服石头重力做的功 ;
(3)在某次操作中,绳子与AC垂直,AC与竖直方向成30°,要拉动巨石,绳子对巨石的拉力至少为32100N,假设每个人的体重是60kg,C处要用多少个人才能把石头拉起 ?
【答案】(1)省力
(2)2500J
(3)2个人
【详解】(1)根据杠杆的分类,省力杠杆的动力臂大于阻力臂,费力杠杆的动力臂小于阻力臂。由图可知,此杠杆的动力臂大于阻力臂,所以是省力杠杆。
(2)根据W=Fs和G=mg可得,克服石头重力做的功为
(3)在某次操作中,绳子与AC垂直,AC与竖直方向成30°,根据题意,示意图如下:
B点是支点,人体的重力为动力F1,绳子对A点的拉力为阻力F2,两力臂如图所示。根据杠杆平衡条件可得
根据物体间力的作用是相互的和同一根绳子上力的作用是相等的,绳子对A点的拉力大小等于绳子对巨石的拉力大小;根据数学知识可得
所以,人体的总重力约为
假设每个人的体重是60kg,则每个人的重力为
所以,把石头拉起,C处要用的人数为。
【典例9】(2025·浙江·中考真题)小科对所学的初中科学知识归纳如下,其中正确的是( )
A
科学家与科学研究
奥斯特—电流周围存在磁场
欧姆—电压与电流、电阻的关系
阿基米德—杠杆的平衡条件
B
能量转换
手机充电—化学能转化为电能
电动机—电能转化为机械能
机械手表—弹性势能转化为机械能
C
测量仪器与原理
弹簧测力计—弹簧受到的拉力越大,弹簧就越长
温度计—液体的热胀冷缩
密度计—漂浮条件
D
应用与原理
船闸—连通器原理
高压锅—气压越高,沸点越高
飞机—流体压强与流速的关系
A.A B.B C.C D.D
【答案】D
【详解】A.奥斯特最早发现电流周围存在磁场;欧姆发现了电流与电压、电阻的关系;阿基米德最早发现了杠杆的平衡条件。故A错误;
B.手机充电的过程是电能转化为化学能的过程;电动机工作过程中将电能转化为机械能;机械手表工作过程中将弹性势能转化为动能。故B错误;
C.弹簧测力计的原理:在弹性限度内,弹簧的伸长与受到的拉力成正比;液体温度计利用的是液体的热胀冷缩;密度计是测量液体密度的工具,利用的是漂浮条件。故C错误;
D.船闸是连通器原理的应用;高压锅利用的是气压越高沸点越高;飞机利用的是流体压强与流速的关系。故D正确。
故选D。
【典例10】(2024·浙江·中考真题)某同学通过斜面实验认识能量、运动和力的关系(如图,A、B两点等高)。忽略摩擦及空气阻力,小滑块由静止滑下,下列说法错误的是( )
A.小滑块下滑过程中机械能守恒
B.小滑块上升过程中内能不断增加
C.小滑块从A点静止滑下,能到达B点
D.小滑块起始位置越高,到达斜面底端速度越大
【答案】B
【详解】A.忽略摩擦及空气阻力,小滑块运动过程中只有动能和重力势能的转化,机械能守恒,故A正确,不符合题意;
B.小滑块上升过程中,因忽略摩擦及空气阻力,小滑块的内能不变,故B错误,符合题意;
C.小滑块在滑动时机械能守恒,A点和B点等高重力势能和动能都相等,所以从A点静止滑下,能到达B点,故C正确,不符合题意;
D.小滑块在斜面上由静止开始向下运动,重力势能转化为动能,起点位置越高,重力势能越大,到达斜面底端时的动能越大,速度越大,故D正确,不符合题意。
故选B。
知识点十二 简单机械
【典例11】(2024·浙江·中考真题)图1是某兴趣小组设计的一款“高空修枝”工具的示意图。使用时,一只手握紧杆子保持静止,另一只手用的力缓慢拉绳子,带动滑轮组工作,在A点产生的拉力为,从而使修剪刀绕O点转动,其刀口对树枝的力为。
请回答:
(1)该工具可用于剪下高处的枝叶。其中,叶属于生物体结构层次中的______(填字母);
A.细胞 B.组织 C.器官
(2)为了探究制作修剪刀的碳钢合金(含Fe、C两种元素)类型,兴趣小组取制作修剪刀的废料进行了实验检测:取样品1.00克与足量的稀硫酸充分反应后,收集到428毫升(按0.035克计)氢气。通过计算并结合下表判断修剪刀材质属于哪种合金类型?
合金类型
低碳钢
中碳钢
高碳钢
碳的质量分数
低于0.3%
0.3%~0.6%
高于0.6%
(3)某时刻,弹簧处于原长,若修剪刀的刀口对树枝施加的力为960牛,是树枝对刀口的力(如图2),此时绳子端需施加的力为多大?(已知厘米,厘米,滑轮中各股绳子视为平行,工具自重和摩擦忽略不计。)
【答案】(1)C
(2)高碳钢
(3)
【详解】(1)根据生物中的生物体结构层次可知,叶属于器官。
(2)设铁Fe的质量为x,根据化学方程式
则
解得,碳的质量为
碳的质量分数为
由表可知,属于高碳钢。
(3)由图2可知,为支点,为阻力,为阻力臂,为动力臂,根据杆平衡条件,可得
则,工具自重和摩擦忽略不计,对上面定滑轮受力分析可知,则。
【典例12】(2023·浙江湖州·中考真题)机械的发明和使用,极大提高了人们的工作效率。下列四种简单机械,一定不能省力的是( )
A.杠杆
B.动滑轮
C.定滑轮
D.斜面
【答案】C
【详解】A.杠杆在使用过程中,如果动力臂大于阻力臂,可以省力,故A不符合题意;
B.动滑轮相当于省力杠杆,使用动滑轮可以省一半的力,故B不符合题意;
C.定滑轮相当于等臂杠杆,使用定滑轮不能省力,只能改变力的方向,故C符合题意;
D.使用斜面费距离,但可以省力,故D不符合题意。
故选C。
【典例13】(2023·浙江温州·中考真题)某同学发明一自动升降排水井盖(如图甲),暴雨时通过收集雨水实现井盖自动抬升(如图乙),加快路面雨水的排放。
(1)井盖抬升过程中,定滑轮的作用是 ;
(2)某次排水过程中,重150牛的井盖被抬升0.1米。此过程中,克服井盖重力做功 焦;
(3)要使降水量稍小时就能抬升井盖,可采取的措施有: 。(写出一点)
【答案】 改变力的作用方向 15 调小排水口
【详解】(1)[1]定滑轮不能省力,也不能省距离,只能改变力的方向,所以井盖抬升过程中,定滑轮的作用是改变力的方向。
(2)[2]重150牛的井盖被抬升0.1米,则克服井盖重力做功
(3)[3]由于水槽中水量足够多时,井盖能被抬升,所以要使降水量稍小时就能抬升井盖,可以调小排水口,使水槽中水量尽快增多。
知识点十三 电功与电功率
【典例14】(2024·浙江·中考真题)自然界中有许多"电鱼",它们身体中的发电器官能产生电。研究表明,某电鱼在水中放电时(图1),身体段可看成电源和电阻两部分串联而成,其余部分和水的电阻为,它们共同构成闭合电路,简化电路如图2所示。电鱼放电时的电压(即电源电压)为,电阻欧。为获得的大小,研究人员通过在水里加入氯化钠来改变,得到两点间电压和电路中电流的关系,如图3所示。电鱼每次放电电压视为相同,电鱼电阻不变。请回答:
(1)向水里加入氯化钠,目的是 (填“增大”或“减小”)电阻;
(2)求电鱼放电时电压的大小;
(3)当欧,求电鱼放电时的电功率。
【答案】(1)减小
(2)
(3)
【详解】(1)向水里加入氯化钠增加了溶液中自由移动的离子,因此向水里加入氯化钠,目的是减小电阻R2。
(2)由图1知道,两电阻串联,由AB间的电压R2为两端的电压,图2知道,当电路中的电流为0.05mA时,R2两端的电压为1.5V,由串联电路的电压特点和欧姆定律知道,电源电压
①
当电路中的电流为0.15mA时,R2两端的电压为0.5V,由串联电路的电压特点和欧姆定律可知,电源电压
②
由①②解得,U=2V
(3)由串联电路的电阻特点知道,此时电路中的总电阻
则电路中的电流
则电鱼放电时R2的电功率。
【典例15】(2023·浙江湖州·中考真题)美好生活从早餐开始。图1所示为某款面包机及其部分参数。该面包机有两个完全相同的加热仓,可实现单独加热。小明在使用过程中发现这款面包机有如下功能:功能一:设定时间后(定时开关闭合),放入面包片,按下按键,面包机就开始工作;功能二:到了设定时间,定时开关自动断开,弹出面包片。
(1)根据题干,两加热仓加热电阻的连接方式是 ;(选填“串联”或“并联”)
思考后,小明根据面包机的功能自己设计了电路图,如图2。AOB为杠杆,O为支点,杠杆上仅触点1、2导电。
(2)根据面包机的参数,计算加热电阻R1的阻值;( )
(3)请根据小明设计的电路图来分析面包机是如何实现功能二的。
【答案】 并联 Ω 见解析
【详解】(1)[1]该面包机有两个完全相同的加热仓,可实现单独加热,说明两加热仓加热电阻工作时互不影响,故两加热仓加热电阻的连接方式为并联。
(2)[2]单个加热电阻加热时,电阻功率为400W,加热电阻R1的阻值
(3)[3]到了设定时间,定时开关断开,断开控制电路,电磁铁失去磁性。杠杆AOB在衔铁重力和弹簧向上弹力的共同作用下,绕着支点逆时针转动,断开加热电路并弹出面包片。
【典例16】(2023·浙江宁波·中考真题)图甲是小宁的哥哥测定小灯泡额定功率的电路,小灯泡上标有“”字样。
(1)测小灯泡电压的电压表有“”、“”两个量程,小宁的哥哥正确选用了“ ”量程;
(2)闭合开关,移动滑动变阻器滑片,使电压表的示数为,此时,电流表的示数如图乙所示。实验测得的该小灯泡的额定功率为 W;
(3)小宁发现,与我们教材中测小灯泡电功率的电路相比,哥哥的实验电路多了一根导线。这根导线是 。(用图甲中导线旁的字母表示)
【答案】 1.14 b
【详解】(1)[1]小灯泡上标有“3.8V”字样,表示额定电压3.8V,大于电压表的0~3V的量程,选择0~15V的量程。
(2)[2]闭合开关,移动滑动变阻器滑片,使电压表的示数为3.8V,此时,电流表的示数如图乙所示,电流表的分度值为0.02A,示数为0.3A,则灯泡的额定功率
P=UI=3.8V×0.3A=1.14W
(3)[3]图中是灯泡与滑动变阻器的部分电阻并联,而课本上滑动变阻器与灯泡串联,因而把导线b去掉,就与课本电路相同,故多了的一根导线是b。
知识点十四 内能、核能、能量转化守恒
【典例17】(2023·浙江金华·中考真题)中国是茶文化之乡,中国茶文化是世界非物质文化遗产。“煮茶”过程中蕴含着丰富的科学知识。下列说法正确的是( )
A.茶水沸腾时,吸收热量,温度升高
B.茶水升温是通过做功的方式改变内能
C.壶嘴冒出的“白气”是汽化形成的现象
D.茶香扑鼻,表明分子在不停地做无规则运动
【答案】D
【详解】A.茶水沸腾时,吸收热量,温度不变,故A错误;
B.茶水升温是通过热传递的方式改变内能,故B错误;
C.壶嘴冒出的“白气”是水蒸气液化形成的现象,故C错误;
D.茶香扑鼻为扩散现象,说明构成物质的分子在不停地做无规则运动,故D正确。
故选D。
【典例18】(2022·浙江宁波·中考真题)1964年10月16日,我国第一颗原子弹爆炸成功!2003年10月16日,我国首次载人航天飞行圆满成功!2021年10月16日,神舟十三号发射圆满成功!为此,人民日报发了一条微博——“跨越时空的同一天”。
(1)如图是地球公转示意图。10月16日,地球位于图中 (填字母)点附近。
(2)核能的释放有重核裂变和轻核聚变两种途径,其中原子弹爆炸时核能是通过 的途径释放。
【答案】 C 重核裂变/核裂变
【分析】地球公转的方向是自西向东,公转的周期是一年,公转产生的地理现象是:①昼夜长短的变化;②四季的形成。当太阳光线直射赤道时是北半球的春分日(日期是3月21日前后)或秋分日(日期是9月23日前后);当太阳光线直射北回归线时是北半球的夏至日(日期是6月22日前后);当太阳光线直射南回归线时是北半球的冬至日(日期是12月22日前后)。据图中不同字母的位置解答。
【详解】(1)10月16日地球运行在北半球的秋分日与冬至日位置之间即图中的C点附近,此时太阳直射南半球。
(2)核能的释放有重核裂变和轻核聚变两种途径,原子弹爆炸时核能是通过重核裂变的途径释放。
【典例19】(2022·浙江宁波·中考真题)核酸检测采样时使用的“采样拭子”,其顶端是如图所示的植绒拭子,安全、无毒。有一种植绒方式是:植绒机产生数万伏的高压静电,通过电子转移让喷头中的绒毛带上负电荷,然后在被植绒物体表面喷涂上胶粘剂,移动喷头靠近被植绒物体,绒毛在高压静电作用下从喷头中飞升到被植绒物体表面,呈垂直状植在涂有胶粘剂的物体表面。上述植绒过程中蕴含了许多科学知识,下列描述不合理的是( )
A.喷头中的绒毛带上负电荷,是由于绒毛得到了电子
B.以移动的喷头为参照物,被植绒物体是运动的
C.绒毛能在高压静电作用下运动,是由于能量可以创生
D.绒毛从喷头中飞升到被植绒物体表面,是由于力能改变物体的运动状态
【答案】C
【详解】A.当物体带上多余的电荷,对外显负电,所以绒毛带上负电荷是得到了电子,故A正确,不符合题意;
B.喷头在移动时,靠近被植绒物体,即被植绒物体相对喷头有位置变化,是运动的,故B正确,不符合题意;
C.绒毛在高压静电作用下从喷头飞升到被植绒物体的过程是,电能转化为机械能的过程。据能量守恒定律,能量只能从一个物体转移到另一个物体,或由一种形式转化为另一种形式,不能凭空消失,也不能凭空产生,故C错误,符合题意;
D.绒毛能从喷头中飞升到被植绒物体表面,是由于绒毛受到力的作用,而这个力的作用,让绒毛改变了运动状态,故D正确,不符合题意。
故选C。
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物质科学(物理2)
目 录
01 锚・复习目标:指引复习方向,落实核心素养
02 理・思维导图:构建知识体系,呈现结构关系
03 盘・知识梳理:兼顾主干细节,夯实基础框架
知识点八 电学基础与欧姆定律
知识点九 电和磁
知识点十 家庭电路
知识点十一 功和功率 机械能
知识点十二 简单机械
知识点十三 电功与电功率
知识点十四 内能、核能、能量转化守恒
04 炼・方法总结:精炼方法技巧,精准突破难点
方法一 能量转化追踪溯源
方法二 串并联电路等效电阻与欧姆定律应用的程式化分析
05 辨・易混易错:警示常见误区,辨析细微差别
易错点一 电流表、电压表在电路中的连接方式与测量对象判断错误
易错点二 额定功率与实际功率的混淆
06 究・考点命题:中考考点研析,全面应用提升
1. 知道质量的定义,学会用天平测量质量;理解密度所反映的物质属性,会测量固体和液体的密度。
2. 理解物质的三态及其变化的特点,并能用图像描述这些特点,如水的沸腾、晶体的熔化和凝固;知道物态变化伴随着吸热和放热,并能将其应用于解释生活中常见的现象。用物质粒子模型简要解释物质的三态变化,了解建立模型的思想方法。
3. 初步认识常见的几种力,能用力与运动的关系解释和解决生活中的简单力学问题;能描述物体运动的快慢,分析物体受到的力,解释力和运动之间的关系;能用等效替换的方法理解阿基米德原理;能用实验探究阿基米德原理,能用压强原理解释阿基米德原理;能用压强与流速的关系解释相关现象。
4. 知道光的直线传播、反射、折射和色散等现象;能解释与声音的产生、传播有关的简单问题;了解波可以传递信息;能根据光线模型解释针孔成像、影子等现象;根据光的反射规律解释平面镜成像的特征;根据折射规律解释水中物体的“视深”问题;能用实验探究凸透镜所成的实像(放大、等大、缩小)和虚像,并能利用成像规律解释投影仪、照相机、远视眼镜、放大镜的光学原理。
5. 理解电荷间的相互作用规律;说明电流的形成原因;能正确测量电路中的电流和电压;能从电压与电阻的本质理解欧姆定律;知道电可以产生磁,理解磁产生电的条件;知道磁场对通电导线作用的规律,并能根据电流方向和磁场方向的变化判断导线受力方向的变化。能连接简单的串联电路和并联电路;能用控制变量的方法探究电阻大小相关影响因素,探究电流与电压、电阻之间的关系;能用欧姆定律解释常见的电学问题,求解简单的电路问题;能描述和建构通电直导线、通电螺线管周围的磁场模型。
6. 认识常见的能的形式及其转化;知道机械能转化与守恒的条件和规律,能解释相关问题;理解做功会发生能的转化,能用功和能的关系解释能的转化现象;理解热机的工作原理;具备安全用电常识;理解放射性的特点与防护方法。
7. 能用案例分析归纳改变内能的两种方式,能用比热容的物理意义直接计算热量问题,能根据燃料的热值计算热机的能耗问题。
8. 能探究简单机械的特点,解决简单机械的相关问题,计算机械效率;能设计与探究电流产生热量的影响因素;能收集数据计算家用电器的能耗问题。
知识点八 电路基础与欧姆定律
一、电荷与电流
1.摩擦起电
(1)摩擦起电
①概念:物体之间的摩擦会使一个物体上的电子 到另一个物体上,得到电子的物体带 电,另一个失去电子的物体就带 量的 电。这种现象叫摩擦起电,物体所带的电荷叫做静电。
②摩擦起电实质:
(2)带电体的性质:一些物体被摩擦后,能够 ,我们就说它带了电。
(3)两种电荷——正电荷和负电荷
把用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫 电荷(丝绸带负电荷);把用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫 电荷(毛皮带正电荷)。
2.电荷间相互作用规律:同种电荷相互 ,异种电荷相互 。
【易错易混】排斥的两物体一定带 电荷,吸引的两物体可能带 电荷,也可能一个物体 ,另一个物体 (吸引轻小物体)。两物体所带电荷越多,“排斥”或“吸引”时的力越 。
3.电流
(1)形成: 形成电流;
(2)方向:科学上规定 为电流的方向。
电路中电流的方向:电源外部,电路闭合时,电流总是从电源的 极流出,流入电源的 极;
电源内部,由电源的 极流向电源的 极。
【易错易混】金属导体中的电流是由带 电的 的定向移动形成的,电子从电源的 极流出,流向电源的 极。因此,电子运动的方向与我们规定的电流方向恰好相反。
(3)电流存在的条件:电路中有 ; 。
4.电路
(1)组成:把电源、用电器、开关用导线连接起来组成的电流的路径叫做电路。
元件
电源
用电器
开关
导线
作用
(2)电路的三种状态
状态
通路
开路(断路)
短路
电源短路
用电器短路
概念
特点
(3)电路图
用元件符号代替实物表示电路的图称为电路图。
画电路图注意事项:元件位置安排要适当,分布要均匀;元件不要画在拐角处;整个电路图最好呈矩形;图要完整美观,横平竖直,简洁、工整。
(4)电路的连接方式
连接方式
串联
并联
定义
把元件 连接起来的电路
把元件 的连接起来的电路
特征
电路中只有 电流路径,一处段开所有用电器都 工作。
电路中的电流路径至少有 条,各支路中的元件 工作,互不影响。
开关
作用
控制
干路中的开关控制 。支路中的开关控制 。
电路图
实例
装饰小彩灯、开关和用电器
家庭中各用电器、各路灯
(5)串联电路和并联电路的识别
电流路径法
串联电路没有其它支路,并联电路中有几个支路,若每条支路不只一个用电器,这时电路有串有并,叫混联电路
断开法
去掉任意一个用电器,若另一个用电器也不工作,则这两个用电器串联;若另一个用电器不受影响仍然工作则这两个用电器为并联
节点法
在识别电路时,不论导线有多长,只要其间没有用电器或电源,则导线的两端点都可看成同一点,从而找出各用电器的共同点
观察结构法
将用电器接线柱编号,电流流入端为“首”电流流出端为“尾”,观察各用电器,若“首→尾→首→尾”连接为串联;若“首、首”,“尾、尾”相连,为并联。
(6)设计电路
进行电路设计时,重点考虑两个问题:
一是用电器的连接方式,根据用电器是否实现独立工作来确定是串联还是并联;
二是看开关的控制作用,确定开关的位置。开关可和用电器串联,也可和用电器并联。与用电器串联时开关闭合用电器工作,断开不工作,而与用电器并联时是开关闭合用电器不工作(被开关短路),断开工作。
二、电流、电压及其测量
1.电流
(1)电流强度:导体中电流的大小称为电流强度,简称电流。
电流是指单位时间内通过导线某一截面的电荷的多少,用字母I表示。
单位:安培,简称安,符号为A。电流更小的单位为毫安和微安,符号分别为mA和μA。
(2)电流的测量
①电流表符号:
结构: 一般有三个接线柱,两个量程:
②电流表的使用规范
a.正确选择 :超过量程会损坏电流表。在不能预估被测电流时先拭触(先大量程后小量程)。
b.电流表必须 在被测的电路中。
c.使电流从电流表的 接线柱流入,从 接线柱流出。
d.绝对不允许不经过用电器而把电流表直接连到 的两极。
2.电压
(1)电压的作用:使 定向移动形成电流。电压是形成电流的原因,它是由电源提供的。
【易混易错】某段电路中有电流,则该电路两端就一定有电压。但电路两端有电压,电路中却不一定有电流,还取决于电路是不是通路。
(2)符号和单位:电压用U表示。单位是伏特,简称伏,符号为V;其他单位:千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(μV)。
(3)常见电压:一节普通干电池、纽扣电池电压:1.5V;一只蓄电池电压:2V;一般情况下,对人体的安全电压:≤36V;我国家庭照明电路电压:220V;工厂动力用电电压:380V。
(4)电压的测量
①测量电压的仪表是电压表,其符号是;
一般学校实验室用的电压表有三个接线柱,两个量程: 。
②电压表的使用规范
a.测量电压时,必须正确选择电压表的 。
b.测量某一部分电路的电压时,必须把电压表与这部分电路 。
c.把电压表的 接线柱接在与电源正极相连的那端, 接线柱接在与电源负极相连的那端。
3.串并联电路电流电压特点
电路
电流特点
电压特点
串联电路
并联电路
【方法技巧】电流表内阻非常小,可看作一根导线;电压表内阻非常大,可看作断路。
三、电阻
1.物质的导电能力
(1)导体和绝缘体
①导体:容易导电的物质叫做导体。如金属、石墨(碳)、人体、大地、盐类的水溶液等。
②绝缘体:不易导电的物质叫做绝缘体。如橡胶、玻璃、瓷、塑料、干木材、油和干燥空气等。
【易错易混】导体和绝缘体并不是绝对的,有些绝缘体在条件改变时会变成导体。例如,玻璃在通常情况下是绝缘体,但被烧红时会导电。纯水不导电,自然界水中溶有大量其他物质形成溶液,溶液中有离子可导电。
③半导体:导电能力介于导体与绝缘体之间的一类物质叫做半导体。如硅和锗。
(2)导体易导电、绝缘体不易导电的原因
金属能够导电是因为金属内部存在着大量可以自由移动的电子,绝缘体不容易导电是因为绝缘体中 。
2.电阻
(1)概念:电阻表示导体对电流的 作用。电阻值越大,表示导体对电流的 作用越大
符号和单位:字母R,单位是欧姆,简称欧,符号Ω。其他单位:千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)
【探究电阻大小的影响因素】
方法:控制变量法、转换法
影响因素:导体的电阻大小与导体的 有关。
用同种材料的导线,导线越长,电阻越 ;导线越细,电阻也越 。
金属导体的电阻会随温度的升高而 。
即在导体的材料相同时,导体的电阻跟导体的长度成正比,跟导体的横截面积成反比。R=ρL/S
(2)超导现象:某些材料的温度降低到一定程度时,电阻会突然消失,这就是超导现象。
【易错易混】电阻是导体本身的一种固有属性,是由导体本身的材料、长度、横截面积以及温度等因素决定的,与导体两端的电压大小和通过导体的电流大小无关。
3.变阻器
(1)变阻器:可改变阻值的电阻
(2)滑动变阻器
①结构
②原理:改变 来改变电阻大小。
③使用方法
a.先确定滑动变阻器的 和允许通过的 ;
b. 联在电路中,连接时要接 两个接线柱;
c.接通电路前,应将滑动触头滑到 ,以保护电路安全。
(3)旋钮型变阻器:原理与滑动变阻器相同。
(4)敏感电阻:指器件特性对温度、光照、压力等作用敏感的电阻器。其种类分别有热敏电阻、光敏电阻、气敏电阻、力敏电阻等。
四、欧姆定律
1.【探究电流与电压的关系】
项目
内容
实验电路图
实验方法
控制 不变,使电阻两端的 成整数倍地变化,观察并记录电路中 大小的变化。
控制变量
实验自变量: ;实验因变量: ;控制 不变。
滑动变阻器作用
数据处理图像
结论
2.【探究电流与电阻的关系】
项目
内容
实验电路图
实验方法
控制定制电阻两端 不变,更换 ,探究电流与电阻的
关系。
控制变量
实验自变量: ;实验因变量: ;控制 不变。
滑动变阻器作用
数据处理图像
结论
3.欧姆定律及其应用
(1)欧姆定律:导体中的电流,跟这段导体两端的电压成 ,跟这段导体的电阻成 。
公式: ;变式:
(2)欧姆定律的理解
①统一性:单位统一,U-伏,R-欧,I-安;
②同一性:I、U、R对应同一段导体或同一段电路,可用角标标注,如R1、I1、U1;
③同时性:I、U、R针对同一时间而言,如移动滑动变阻器导致电路变化;
④欧姆定律适用于纯电阻电路,且适用整个电路或其中某一部分电路。
【易错易混】①不能说电流与电压成正比。电压的电流形成的原因,因果不能颠倒。
②可计算出电阻大小,但电阻取决于导体本身,不随U、I而变。不与U成正比,与I成反比。
③表明了一个电阻的阻值大小还可以用电压变化量和电流变化量的比值来表示。
4.伏安法测电阻
原理:
电路图:
滑动变阻器的作用:
多次测量的目的:
若用伏安法测小灯泡电阻不需要多组数据求平均值,因为小灯泡电阻随温度升高而增大,求平均值没有意义。
五、电路分析
1.串并联电路特点
串联电路
并联电路
电流特点
电压特点
电阻特点
分配特点
2.电路故障分析
(1)电表故障类
故障现象
电流表原因
电压表原因
指针反转
正、负接线柱接反
指针超量程
量程选择过小
指针偏转过小
量程选择过大
指针不偏转
电流表断路
所测用电器短路或无电压
(2)电路故障类(以两灯串联电路为例)
知识点九 电和磁
一、磁现象和磁场
1.磁现象
(1)磁性:能吸引 等物质的性质叫做磁性。
(2)磁体:具有 的物质叫做磁体。
按照形状可分为条形磁体、针形磁体、蹄形磁体等;按照来源可分为天然磁体和人造磁体。
按照保持磁性时间长短可分为硬磁体(又叫永磁体)和软磁体。
(3)磁极:磁体上磁性最 的部分
两个磁极:南极(S)指南的磁极叫南极,北极(N)指北的磁极叫北极。
磁极间的相互作用规律: 。
(4)磁化:使原来没有磁性的物体 的过程。
方法:用一个磁体在磁性物体上沿同一方向摩擦,就可使这个物体变成磁体。或用电流磁化。
【易混易错】①磁极个数:任一个磁体都有两个磁极且是不可分割的
②磁化:磁化时相接触或相靠近端是一对异名磁极,能被磁铁吸引的物质才能被磁化。
③排斥的一定是同名磁极,吸引的可能是异名磁极,也可能是一个有磁性一个无磁性
(5)判断物体是否有磁性的方法(方法不唯一)
如图所示:若两次都不吸引,则A、B 磁性;
若两次都吸引,则A、B 磁性;
若只有甲吸引,则B 磁性,A 磁性;
若只有乙吸引,则A 磁性,B 磁性。
2.磁场
(1)概念:在磁体周围存在一种物质,能使磁针偏转,这种物质看不见,摸不到,称作磁场。
(2)基本性质: 。
(3)磁场的方向:在磁场中的任意一点,小磁针静止时, 所指的方向就是那点的磁场方向。
【易混易错】
在磁场中的任意一个位置的磁场方向只有一个。
我们常用小磁针是否受到磁力的作用来检验小磁针的周围是否存在磁场。
(4)磁感线
①概念:为了形象地描述磁场,在物理学中,用一些有方向的曲线把磁场的分布情况描述下来,这些曲线就是磁感线。(理想物理模型,并非真实存在)
②方向:我们把磁感线上都标有方向,并且磁感线的方向就是磁场方向。
③特点:a.磁体外部的磁感线从 出发回到 。(北出南入)
b.磁感线是有方向的,磁感线上任何一点的 与该点的磁场方向一致。
c.磁感线的分布疏密可以反映 ,越密越 ,反之越 。
d.磁感线是空间立体分布,是一些 曲线,在空间不能断裂,任意两条磁感线不能 。
④常见磁感线分布:
(5)地磁场
①概念:地球周围存在着磁场叫做地磁场。
②磁极:地磁场的N极在地理的南极附近,磁场的S极在地理的北极附近。
③应用:鸽子、绿海龟(利用的磁场导航)
④磁偏角:地磁的南北极与地理的南北极并不重合,它们之间的夹角叫磁偏角。由我国宋代的沈括最早发现的。
二、电生磁
1.通电指导线周围存在磁场
【奥斯特实验】
①在小磁针上方放置一根与小磁针平行的直导线,当给直导线通电时,可观察到小磁针发生了偏转。电路断电后,小磁针不发生偏转。
结论: 。
②改变电流方向,观察到小磁针偏转方向发生改变。
结论: 。
注意:小磁针应与导线平行放置,而导线应该南北放置,避免地磁场的干扰。
(1)电流的磁效应
通电导线周围存在着与电流方向有关的磁场,这种现象叫做电流的磁效应。电流磁效应是丹麦物理学家奥斯特通过实验首先发现的。奥斯特实验第一次揭示了电与磁之间的联系,即电可以产生磁。
(2)直导线周围的磁场:以导线上各点为圆心的一个个 ,离直线电流越近,磁性越 ,反之越 。
安培定则(右手螺旋定则):大拇指指向电流方向,四指环绕是磁场方向。
2.通电螺线管
(1)磁场:磁场跟 的磁场是相似的。
(2)磁场方向:通电螺线管的磁极方向跟 方向有关。
安培定则:四指环绕电流方向,大拇指指向N极。
(3)磁场强弱:电磁线圈的匝数越多,通过线圈的电流越大,线圈的磁性越 ;插入 ,线圈的磁性大大增强。
【通电螺线管磁场探究】
方法:转换法、控制变量法
是否有磁性:用 探究是否有磁性;
磁性强弱:用 反映通电螺线管磁性强弱;
磁场分布:在穿过螺线管的有机玻璃板上均匀地撒上 ,通电后 (防止摩擦干扰),观察铁屑的分布规律。
3.电磁铁
(1)定义:电磁铁是一个内部插有铁芯的螺线管。
【影响电磁铁磁性强弱的因素】
实验方法:控制变量法、转换法
影响因素:
结论①:在电磁铁线圈匝数相同时,电流越大,电磁铁的磁性越 。
结论②:电磁铁的磁性强弱跟有无铁芯有关,有铁芯的磁性越 。
结论③:当通过电磁铁的电流相同时,电磁铁的线圈匝数越多,磁性越 。
(2)电磁铁的优点
①电磁铁磁性有无,可由 来控制。
②电磁铁磁性强弱,可由 来控制。
③电磁铁的磁性可由 来改变。
(3)电磁铁的应用:电磁起重机、磁悬浮列车、电磁选矿机、电铃、电磁自动门等。
(4)电磁继电器
概念及作用:电磁继电器是由电磁铁控制的自动开关。使用电磁继电器可用低电压和弱电流来控制高电压和强电流,还可以实现远距离操纵和自动控制。
构造:电磁继电器的结构如图所示,它由电磁铁A、衔铁B、弹簧C、触点D组成。
工作原理:当低压电源开关闭合时,控制电路中有 通过,电磁铁A产生 ,吸引 ,使动触点与 触点分离,而与 触点接通,故红灯 ,绿灯 ,电动机 工作。当低压电源开关断开时,电磁铁失去了 ,衔铁B在 的作用下拉起,使动触点与 触点分离,而与 触点接通,故红灯 ,绿灯 ,电动机 工作。
三、磁场对电流的作用
1.磁场对通电导线的作用
(1)通电导线在磁场中会受到 ;
(2)力的方向和 有关。
(改变电流方向或磁场方向,受力方向 ,两个方向都改变,受力方向 )
2.磁场对线圈的作用
通电线圈在磁场中会受力转过一个角度,但不能持续转动。通电线圈所在平面与磁场垂直时,线圈不发生转动。如图所示:
(3)电动机(直流)
①结构:电动机由两部分组成,一是能转动的线圈,叫做转子;二是固定不动磁体,叫做定子。电动机工作时,转子在定子中飞快的转动。
②原理: 。
③特别结构:换向器
为了使线圈持续向同一方向转动,我们需要改变电流方向;故使用换向器,换向器由两个铜半环E、F和两个电刷A、B组成。两个铜半环E和F跟线圈两端相连,可随线圈一起转动,两半环中间断开,彼此绝缘。两电刷A和B分别和两半环接触,使电源和线圈组成闭合电路。
④电动机能量转化:
⑤影响电动机线圈转速的因素是 。
⑥通电后电动机不转动的原因: 等
四、磁生电
1.电磁感应现象(法拉第)
(1)概念: ,这种现象叫做电磁感应,产生的电流叫感应电流。
(2)产生感应电流的条件:导体为闭合电路的一部分、导体做切割磁感线运动。
(3)影响感应电流方向的因素:
改变导体切割磁感线方向或磁场方向,感应电流的方向 ;若导体切割磁感线方向和磁场方向同时改变,则感应电流的方向 。
(4)增大感应电流的方法:
【探究产生电磁感应现象的条件和规律】
方法:控制变量法、转换法
2.发电机
构造:由磁体、线圈、滑环、电刷组成,与电动机相似,但没有电动机的换向器。
工作原理:发电机是根据电磁感应原理工作的,是机械能转化为电能的机器。
工作过程:在外力作用下,转子转动一周,切割磁感线的方向发生两次改变,电流的方向也随之发生两次改变,从而产生方向性呈周期性变化的交流电。
直流电:方向不变;交流电:方向周期变化
我国家庭电路使用的是交流电。电压是220伏,周期是0.02秒,频率是50赫,电流方向1s改变100次。
知识点十 家庭电路
一、家庭电路的组成和连接
1.家庭电路的组成
(1)家庭电路主要由: 等组成
(2)连接顺序
进户线→电能表→总开关→保险丝(保险装置) →用电器及插座
各种用电器是 联接入电路的,插座与灯座是 联的,控制各用电器的开关与电器是 联的。
2.家庭电路各部分的作用与连接
(1)进户线
给用户提供家庭电压的线路,分为火线和零线。火线和零线之间有 的电压,火线和地线之间也有 的电压,正常情况下,零线和地线之间电压为 。
(2)电能表
①用途:测量用户消耗的电能(电功)的仪表。
②安装:串联在家庭电路的 路上,进户线 面,这样才能测出全部家用电器消耗的电能。
③铭牌:所标的电压U是 ;所标的电流I是 ;
UI是:电能表后能接用电器的 ,如果同时使用的家用电器的总瓦数超过这个数值,电能表的计数会不准确甚至烧坏。
(3)总开关
①作用:控制 的通断,以便检测电路更换设备。
②安装:串联在家庭电路的 路上,电能表 ,空气开关的静触点接电源线。
(5)熔断器(保护装置)
安装:串联在电路中,安装在总开关之 ,必须连接 线。
作用:当电路电流过大时,切断电路,保护电路。
(6)用电器(电灯)和开关
①灯泡的种类:螺口式、卡口式
②螺口灯泡的螺旋接灯头的螺旋套进而接零线,灯泡尾部金属柱接灯头的弹簧片,再通过开关接火线。
原因:防止维修时触电。
③开关和用电器串联,控制用电器,如果开关短路用电器会一直工作开关不能控制,但不会烧干路上的保险丝。
④根据安全用电原则连接电路,每个开关都可以单独控制灯
(7)插座
①作用:连接家用电器,给可移动家用电器供电。
②分类:二孔插座、三孔插座
③安装: 联在家庭电路中
④连接:二孔插座:“左 、右 ”
三脚插头与三孔式插座相对应,在三脚插头上,上面较长的脚(通常标有“E”字样)与用电器外壳相连,其他两脚(通常标有“L”和“N”字样)接用电器的用电部分。
三孔插座的连接:“左 、右 、上 ”
⑤使用三脚插头和三孔式插座可以方便地把用电器的金属外壳与大地连接起来,即使用电器的外壳和电源火线之间的绝缘皮破损,导致用电器外壳带电,电流也会流入大地,人不会发生触电事故。
⑥三脚插头上面的脚更长一些的原因:在用电器通电前,先将金属外壳接地,而在拔下插头时,先断开电源后断开接地线,这样能更好地起保护作用。
3.测电笔
(1)构造:测电笔一般有钢笔式和螺丝刀式两种,其构造如图所示。
(2)作用:判断火线和零线;检查电气设备的外壳是否带电。
(3)使用方法:用手指接触笔卡或手接触测电笔的金属笔尾,用笔尖接触被测的导线,注意手指千万不能接触笔尖。
如果被测导线是火线,电流经过笔尖、电阻、氖管、弹簧,再经过人体、经过大地,流到零线,与电源构成闭合电路,氖管就会发光。
如果笔尖接触的是零线,氖管中不会有电流,也就不会发光。
二、家庭电路中电流过大的原因
1.熔断器和保险丝
(1)熔断器内有熔断体(保险丝),串联在电路中,安装在总开关之后
①材料:保险丝是由电阻率 、熔点较 的铅锑合金制成。
②保险原理:当过大的电流通过时,保险丝产生较多的热量使它的温度达到 ,于是保险丝 ,自动切断电路,起到保险作用。
③连接:与所保护的电路串联,且一般必须接火线。
④选择:保险丝的额定电流 家庭电路的最大工作电流。
⑤规格:越粗额定电流越 。
【易混易错】
当电路因故障导致保险丝熔断时,应首先查清导致保险丝熔断的原因,在排除故障后再更换规格合适的保险丝,然后闭合闸刀开关,恢复供电。
(2)断路器
①作用:当电路过载或短路使电路中电流过大时,能自动切断电路,从而起到的保护作用。可手动合上或切断。相当闸刀开关和熔断器两个原件的作用。
②断路器的接法:接在火线上。
③工作原理:当电路发生短路或过载时,电路中的电流过大,双金属片被过大电流过度加热,两金属片受热膨胀,但由于膨胀程度不同,造成金属片弯曲,顶撞锁簧装置,在弹簧弹力作用下,接触断开,电路切断。
(3)保险丝、灯丝、电阻丝对比
项目
电阻率
熔点
电阻丝
电阻率大—产热量多
熔点高—不易熔断
灯丝
电阻率大—温度高,发光
熔点高—不易熔断
保险丝
电阻率大—产热量多
熔点低—易熔断、保护电路
2.家庭电路电流过大的原因
(1)电路中发生 。
(2)用电器功率 ,如家庭电路中同时接入 。
(3)选择了额定电流 的保险丝,电路虽未真正过载,但保护装置因规格不匹配而提前熔断或跳闸,这是一种保护性反应。
三、安全用电
1.触电事故
(1)安全电流和安全电压
①触电:是指通过人体的电流达到一定值时对人体造成的伤害事故。
②安全电流:通过人体的电流越大,人从触电到死亡的时间越短,一般情况下,通过人体的电流超过30毫安时就有生命危险。
③安全电压:一般情况下,36伏以下的电压才是安全的。但在潮湿环境中,安全电压应在24伏甚至12伏以下。
(2)触电形式
①低压触电
a. 单线触电(人站在地上一手接触火线)
b. 双线触电(人一手接触火线,一手接触零线)
②高压触电
a. 高压电弧触电
b. 跨步电压触电
(3)抢救措施:先切断电源,再用干燥的木棒拨开,人工呼吸。
2.安全用电常识
(1)安全用电的原则:
(2)安全用电注意事项
将插头插入插座时,手不要接触金属插脚;不要用湿的手触摸电器、插座和开关;防止电线的绝缘层老化或破损;不要在高压线旁钓鱼或放风筝;不要使插座超负荷;避免在浴室中使用电器;导线旁不要放发热物体;不要同时使用大量大功率用电器。
3.电路故障排查
(1)利用测电笔排查
(2)利用“校验灯”排查故障
取下保险丝,将额定电压为220 V的“校验灯”接在保险丝的两只接线柱上,闭合支路开关,观察“校验灯”的发光情况:若“校验灯”不发光,则该支路 ;若“校验灯”发光暗淡,则该支路 ;若“校验灯”发光正常,则该支路 。
知识点十一 功和功率 机械能
一、机械能及其转化
1.动能
(1)概念:物体由于运动而具有的能量叫做动能。一切做机械运动的物体都具有动能。
(2)影响动能的因素(m、v)
物体的质量和速度:质量相同的物体,运动的速度越大,它的动能越 。运动速度相同的物体,质量越大,它的动能也越 。
【探究动能大小的影响因素】
实验探究方法:控制变量法(控制相同质量小球从不同高度释放/控制不同质量小球从相同高度释放)
转换法(通过木块被碰撞后的滑动距离来反映钢球的动能大小)
2.势能
(1)重力势能
①概念:物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。
②影响因素(m、h)
质量和被举高的高度:物体的质量越大,被举得越高,具有的重力势能就越 。
【探究重力势能大小影响因素】
实验探究方法:
控制变量法 相同m小球从不同高度释放
不同m小球从相同高度释放
转换法:以小球砸出坑的深度反映重力势能大小
(2)弹性势能
①概念:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。
②影响因素
形变量:物体的弹性形变越大,弹性势能越 。
3.动能和势能的转化
(1)机械能:动能和势能之和称为机械能。
【易错易混】
一个物体可以只有动能,也可以只有势能,还可以既有动能又有势能,都称为物体具有机械能。
①物体只有动能,如在水平路面上行驶的汽车;
②物体只有势能,如悬挂在空中静止的物体、射箭时发生弹性形变的弓;
③物体同时具有动能和势能,如在空中飞行的飞机、小鸟等。
(2)机械能守恒
①概念:如果只有动能和势能的相互转化,机械能的总量就保持不变,或者说,机械能守恒。
②机械能守恒的条件: 。
③分析动能与势能相互转化的方法
确定研究对象和过程;
确定物体在起始位置所具有的动能、势能;
分析在运动过程中,物体的高度、速度、弹性形变等是否变化以及如何变化,进而分析物体的重力势能、动能、弹性势能是否变化以及如何变化。
【易错易混】
注意物体在最高处时物体是否具有动能的判断,竖直上抛最高点速度为0,动能为0,斜抛最高点物体具有水平方向的速度,动能不为0。
二、功和功率
1.功
(1)概念:在科学上,如果物体受到力的作用,并且在这个力的方向上通过了一段距离,我们就说这个力对物体做了功。
(2)做功的两个必要因素
① ;
② 。
两因素必须同时具备,力才对物体做功。
(3)不做功的情况
① :如推车推不动。
② :如足球离脚后由于惯性继续运动一段距离,此时人对足球不做功。
③ :如人提桶水水平移动,人对水及桶不做功。
(4)当物体运动方向与受力方向相反时,我们常说克服该力做功。
2.功的计算
(1)功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。公式: ,
单位是焦耳,简称为焦,单位符号为J。1焦=1牛·米,
含义:1牛的力使物体在力的方向上通过1米的距离时所做的功为1焦。
(2)做功的实质
物体具有做功的本领,是因为它具有能量。做功的过程实质上就是 的过程,力对物体做多少功,就有多少 发生了 。因此,可以用功来量度能量转化的多少,能量的单位与功的单位一样,也是焦耳。
(3)公式应用注意事项
①确定哪个力对哪个物体做功;
②移动的距离必须是物体在力的方向上移动的距离;
③F与s保持同时、同体、同向。
3.功率
(1)概念:单位时间里完成的功叫做功率。
(2)物理意义:物体做功的快慢。
(3)公式及单位
①公式:功率=功/时间 、公式:
②单位:瓦特,简称瓦,符号是W。1瓦=1焦/秒。
还常用千瓦、兆瓦作为功率的单位。1千瓦=1000瓦, 1兆瓦=1×瓦。
(4)比较做功的快慢有三种方法:
若做功相同,比较做功的时间;
若做功时间相同,比较做功的多少;
若做功的多少和所用时间都不相同的情况下,计算功和时间的比值。
(5)功率公式的推导
①当物体在力F的作用下,以速度v做匀速直线运动时,由P=W/t,W=Fs,s=vt,
可得:
②适用范围:该公式适用于 运动。
③P=Fv在生活中的应用
某些阻力较大的情况下,当发动机输出功率不能改变时,人们常常通过降低速度来获得较大的牵引力。所以,当汽车要爬又长又陡的坡时,司机常换低挡位,以获得更大的牵引力从而顺利上坡。
知识点十二 简单机械
一、杠杆
1.杠杆
(1)概念:如果一根硬棒在力的作用下能够绕着固定点转动,这根硬棒就叫做杠杆。
【易错易混】杠杆形状各异,可以是直的,也可以是弯的,但必须是硬质的。
(2)杠杆五要素
支点O:杠杆绕着转动的固定点O叫做支点;
动力F1:能够使杠杆转动的力F1叫做动力;
阻力F2:阻碍杠杆转动的力F2叫做阻力;
动力臂l1:从支点到动力作用线的距离l1叫做动力臂;
阻力臂l2:从支点到阻力作用线的距离l2叫做阻力臂。
【易错易混】支点在两力的作用点之间时,两力的方向指向杠杆同一边,当支点在两力作用点之外,两力方向指向杠杆两边。
(3)力臂画法
①定支点;②画力的作用线;③从支点画力的作用线的垂线;④标注力臂名称。
2.杠杆的平衡条件及应用
(1)概念:杠杆在动力和阻力的作用下 时,我们称该现象为杠杆平衡。
(2)杠杆平衡的条件: ,即
【探究杠杆平衡条件】
实验要点:
①选杠杆中心作为支点的目的: ;
②实验时使杠杆在水平位置平衡的目的: 。
③实验前调节杠杆两端的平衡螺母使杠杆在水平位置平衡,但在实验过程中不可再调平衡螺母;
④实验中改变力或力臂的大小,多次实验,避免结论的偶然性,找出普遍规律。
(3)杠杆平衡条件的应用
F1l1=F2l2,,
动力、阻力、动力臂和阻力臂知道其中任意三个量就可以求出第四个量。
4.杠杆的分类
杠杆类型
省力杠杆
费力杠杆
等臂杠杆
力臂
力
优缺点
实例
二、滑轮
1.滑轮概念及分类
(1)滑轮概念:周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子。
(2)滑轮分类:使用滑轮工作时,根据滑轮轴的位置是否移动,可将滑轮分成定滑轮和动滑轮两类。
定滑轮:滑轮轴固定不动;
动滑轮:滑轮轴随钩码一起移动。
(3)滑轮实质
滑轮
实质
图示
作用
定滑轮
动滑轮
2.滑轮组
(1)概念:将定滑轮和动滑轮组合成滑轮组。
作用:滑轮组既可以省力,又可以改变力的方向。
(2)滑轮组特点
类型
自由端拉力和总重力(摩擦力)的关系
绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h(或物体移动距离s物)的关系
移动速度的关系
竖直拉物体
水平拉物体
【易错易混】
滑轮组确定承担物重绳子段数n的方法:在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线,将它们隔离开,只计算绕在动滑轮上的绳子段数n。
三、斜面与机械效率
1.有用功、额外功、总功
(1)有用功: ,用W有表示;
(2)额外功: ,用W额表示;
(3)总功: ,用W总表示。W总=W有+W额(总功必定大于有用功)
2.机械效率
(1)概念:科学上把有用功跟总功的比值叫做机械效率。
(2)计算公式:
(3)机械效率的理解
①机械效率表示的是有用功占总功的比例,不能反映有用功或总功的多少;
②机械效率总是 1;
③机械效率是表征机械性能的重要指标,机械效率越高,机械的性能越 。
(4)提高机械效率的方法
① ,如在机械能承受的范围内增加每次提起重物的重力;
② ,如改进结构使机械更合理、更轻巧,尽量减小摩擦力等。
3.斜面
(1)斜面的作用:斜面是一种简单机械,使用它省力但费距离。
(2)斜面的机械效率:
(3)影响斜面机械效率的因素: 。
粗糙程度相同的斜面,斜面倾斜程度越大,斜面的机械效率越 。
(4)斜面的额外功一般是克服斜面摩擦做的功,若斜面光滑无摩擦,则无额外功,有用功等于总功。
(5)求斜面摩擦力的方法:
Gh,,, f=
知识点十三 电功与电功率
一、电能和电功
1.电能
(1)电能是能量的一种存在形式,可以由风能、太阳能、水能等其他形式的能量转化而来。
(2)单位:焦耳(J),简称焦,生活中常用的单位是千瓦时(kw·h),俗称“度”。
两者换算关系:1千瓦时= 焦。
2.电功
(1)概念: 。
(2)实质: 。电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能。
(3)单位:电功的单位与电能的单位相同,也是焦耳,常用单位为千瓦时。
(4)影响电功多少的因素
大量的实验表面,电流做功的多少跟电流的大小、电压的高低和通电时间有关。加在用电器上的电压越高、通过用电器的电流越大、用电器通电时间越长,电流做的功就越多。
(5)电功的计算
①电流在某段电路上做的功,等于这段电路两端的电压与通过这段电路的电流,以及通电时间的乘积。
公式 ,(1焦=1伏·安·秒)
②变式:推导公式 ,适用于纯电阻电路。
③推论:
无论是串联电路还是并联电路,电流所做的总功都等于电流通过各用电器做功之和。
即:W总=W1+W2+…Wn
比例关系:
串联电路:
并联电路:
3.电能表
①读数:某段时间电能表上先后两次读数之差,就是这段时间电路消耗的电能。
②参数及意义:
③计算:电能 W = kW·h(n为一段时间电表转盘转数,N为电表上的转数)
二、电功率
1.电功率
(1)概念: 。
(2)定义式:
(3)单位:瓦(W)、千瓦(kW)。1W=1J/s。
(4)物理意义: ,电功率越大,电流做功越 ,电功率越小,电流做功越 。
2.额定值与实际值
(1)概念
额定电压:用电器铭牌上标有的电压值叫做额定电压;额定电压是用电器正常工作时的电压。
额定功率:标有的电功率值叫做额定功率;额定功率是用电器在额定电压下消耗的电功率。
实际电压:将用电器接入某一电路中时,用电器两端实际分得的电压。
实际功率:用电器在电路中工作时实际消耗的功率。实际功率是用电器在实际电压下消耗的电功率。
(2)实际值与额定值的关系
当实际电压= 额定电压时,实际功率 额定功率,实际电流 额定电流,用电器正常工作;
当实际电压<额定电压时,实际功率 额定功率,实际电流 额定电流,不能正常工作;
当实际电压>额定电压时,实际功率 额定功率,实际电流 额定电流,容易损坏;
(3)灯泡亮度与实际功率的关系
接在同一电路上的灯泡,消耗电功率越大,灯泡就越亮。实际功率反应灯泡的亮度。
3.电功率的计算
①用电器的电功率等于用电器两端电压与通过用电器电流的乘积。
公式: (1瓦=1伏·安)
②变式:根据欧姆定律, 。适用于纯电阻电路。
③推论:P总=P1+P2+…Pn;串联电路: ;并联电路:
【测量小灯泡电功率】
实验原理:
实验方法:利用电压表和电流表分别测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流就可以求出小灯泡的电功率。在额定电压下测出来的电功率就是额定功率。
注意事项:
1.电流表电压表量程选择
先根据小灯泡的额定电压来确定电源电压及电压表的量程,然后估算通过小灯泡的最大电流来确定电流表的量程。
2.滑动变阻器规格要求
滑动变阻器规格要保证能调出表格的数据,一般可根据最小电流计算最大阻值(或只测量小灯泡额定功率,那么滑动变阻器保证能使小灯泡电压达到额定电压,根据分压计算滑动变阻器阻值);滑动变阻器最大电流要大于小灯泡的额定电流。
三、电热器
1.电流的热效应
由于导体有电阻,所以当有电流通过导体时,导体总会发热,将电能转化为内能,这种现象叫做电流的热效应。
2.焦耳定律
电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。这个规律叫做焦耳定律。
公式:
【易错易混】
对于纯电阻用电器,电能全部转化为热能,W Q;
对于非纯电阻用电器,电能部分转化为内能,W Q。
如电动机,电能一部分转化为机械能,一部分转化为内能,故W=
【探究焦耳定律实验】
实验方法:控制变量法、转换法
3.电热器
(1)原理:利用电流的热效应工作。
(2)主要元件:发热体,它由电阻大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体上制成。
(3)电热器档位问题
电路结构
核心思路
档位分析
串联式(含短路式)
全是发热体
用总功率判断
串联电阻越多电流越小,根据P=UI,总功率越小,档位越低
含非发热体
用发热体功率判断
串联非发热体电阻起到分压作用,根据P热=,故功率减小,档位越低
并联式
用总功率判断
并联的越多干路电流越大,根据P=UI,功率越大,档位越高。注意:并一个电阻则在原来功率的基础上加上,有利于计算
知识点十四 内能、核能、能量转化守恒
一、内能
1.内能
(1)概念
分子动能:物体内部大量分子做无规则运动所具有的能称为分子动能。
分子势能:由于分子之间具有一定的距离,也有一定的作用力,因而分子具有势能称为分子势能。
内能:物体内部所有分子热运动的动能和势能的总和叫做物体的内能。俗称热能,单位为焦耳。
(2)内能特点
①一切物体在任何情况下均具有内能。
②物体内能的大小与温度有关。物体温度升高,分子热运动加快,内能增大,反之,物体内能减少。
③物体内能的大小与质量有关。相同状况下的同种物质,质量越大,内能越大。
2.物体内能的改变
(1)物体内能改变的途径:热传递和做功。
(2)热传递
发生条件: 。
过程: 。
最终结果: 。
实质: 。
方式: 。
热量:热量是热传递过程中,物体内能的改变量,因此热量是个过程量。只有在热传递过程中,才能谈论热量,离开热传递过程谈热量是毫无意义的。只能说 “吸收热量”“放出热量”等。
(3)做功
① 。如压缩气体、摩擦生热、锻打物体、弯折物体。
② 。如气体膨胀。
③实质:其他形式的能量与物体内能的相互转化。外界对物体做了多少功,就有多少其他形式的能量转化为内能;物体对外做了多少功,就有多少内能转化为其他形式的能量。
【易混易错】温度、热量、内能的辨析
项目
温度
热量
内能
定义
宏观上:表示物体冷热程度。微观上:反映物体中大量分子无规则运动的剧烈程度。
在热传递过程中吸收或放出热量的多少,是能量转移的量度。
物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和。
量的性质
状态量
过程量
状态量
表述
只能说“是”“降低”或“升高”
只能说“放出”或“吸收”
只能说“有”“具有”和“改变”
单位
摄氏度(℃)
焦耳(J)
焦耳(J)
3.比热容
(1)比热容概念:单位质量的某种物质,温度升高1℃所吸收的热量叫做这种物质的比热容。比热容用符号c表示,它的单位是焦/(千克·℃),读作焦每千克摄氏度。
(2)比热容是物质的一种特性,同种物质在相同状态下的比热容是一定的,但在不同的状态下,比热容不相同。
(3)热量的计算
热量的公式:
4.热机
(1)热机:通过做功把内能转化为机械能的机器。
(2)内燃机:燃料在机器汽缸内燃烧的热机。
主要类型:汽油机和柴油机
(3)汽油机四冲程
过程
图示
气门
活塞
作用
能量转化
总结
吸气冲程
吸入汽油和空气的混合物
一个工作循环中有 个冲程,活塞往复运动 次,曲轴和飞轮转动 周,对外做功 次。汽油机在工作时只有做功冲程使机车获得动力,其他三个冲程均为辅助冲程,依靠安装在曲轴上的飞轮的 来完成。
压缩冲程
压缩汽油和空气的混合物
做功冲程
在压缩冲程末,火花塞产生电火花点燃燃料,产生的高温高压的气体推动活塞向下运动,带动曲轴转动,对外做功
排气冲程
把废气排出汽缸
(4)热机效率:热机工作时,用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,就是热机的效率。汽油机的效率一般为20%~30%,柴油机的效率可达45%。提高热机效率,减少能源消耗,是人类不懈的追求。
5.燃料的热值
(1)概念:1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值,用符号q表示。
【易混易错】燃料很难完全燃烧,燃料燃烧放出的热量也不可能完全得到利用。故注意热值是燃料完全燃烧放出的热量。
(2)单位:固体或液体燃料的热值单位是焦/千克,气体燃料的热值单位是焦/米3。
(3)热量计算公式:Q=mq
(4)提高燃料利用率的措施
一是改善燃烧条件,让燃料尽可能完全燃烧,如将煤炭磨成粉末等;
二是尽可能减少热量损失,如加大受热面积等。
二、核能
1.裂变和聚变
(1)核能:原子核是可以转变的,原子核在转变过程中所释放出的能量,称为核能。
(2)获得核能的两条途径: 。
(3)核裂变
①概念:质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核,并释放出巨大能量的现象。
②应用: 是根据裂变的原理制造的。
③链式反应:连锁式的铀核裂变反应称为链式反应。
原子弹原理:不加控制的链式反应。
核电站原理:可控制的链式反应。
(3)核聚变
①概念:2个质量较小的原子核结合成质量较大的新原子核,同时释放出能量的现象。
②热核反应:核聚变需要极高的温度,所以也叫做热核反应。
③应用: 是根据核聚变的原理制造的,它的威力比原子弹大得多;
太阳的内部在不停地发生这种 ,从而向外释放出巨大的能量。
2.核能的和平利用——核电站
(1)核反应堆:对原子核裂变的链式反应加以控制,使核能缓慢、平稳地释放出来的装置称为核反应堆,简称反应堆,核反应堆是核电站的核心部分。
(2)原理:利用核反应堆提供的能量,使水变成蒸汽,再利用高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电的。
其能量转化情况是: 。
3.放射性
各种放射性元素放出的射线中包括α、β和γ三种射线。
①α射线是带正电的高速运动的氦原子核流;α射线穿透能力 ,在空气中只能前进几厘米。
②β射线是带负电的高速运动的电子流;β射线穿透能力 ,能穿透几厘米厚的铝板。
③γ射线是能量很高的电磁波;γ射线穿透能力 ,能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。
三、能量转化守恒
1.能量的互相转化
能量可以在两个物体之间转移,能量形式也可以转化。
能量转化:能量从一种形式转化为另一种形式,如钻木取火时机械能转化为内能。
能量转移:能量从一个物体转移到另一个物体(或从物体的一部分转移到另一部分)。
2.能量的转化与守恒定律
①概念:
。这就是能量转化和守恒定律。
②意义:能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是机械运动,还是生命运动;无论是宇宙天体,还是微观粒子,都遵循这个定律。
3.能量的转移和转化的方向性
①能量的转化和转移有一定的方向性。如内能总是自发地从高温物体转移到低温物体,而不能自发地从低温物体转移到高温物体;机械能可以自发地转化为内能,而内能不能自发地转化为机械能。
②“永动机”不可能成功的事实告诉我们,违反能量的转化和守恒定律的事件是不可能发生的。
方法一 能量转化追踪溯源
在分析复杂过程(如蹦极、过山车、电动机工作)中的能量转化时,锁定“能量从哪里来,到哪里去”这条主线。
明确初始能量形式,逐步追踪每一次转化或转移,如:化学能→电能→机械能+内能,并识别该过程中主要的能量损失形式,通常是克服摩擦/阻力转化为内能。此法能将看似零散的转化过程系统化。
基础知识依据:动能影响因素:m、v;重力势能影响因素:m、h
【典例】(2025·浙江宁波·一模)蹦床属于体操运动的一种,是一项运动员利用蹦床的反弹在空中表现杂技技巧的竞技运动,有“空中芭蕾”之称。如图所示是运动员到达最高点A 后沿竖直方向下落到最低点C的过程,若不计空气阻力,关于该过程说法正确的是( )
A.运动员下落过程中,到达B点时速度最快,动能最大
B.运动员在最低点C时,速度为0,受到非平衡力的作用
C.若运动员一直不发力,会一直运动下去,因为能量是守恒的
D.运动员从B点下落到C点的过程中,只有动能转化为弹性势能
方法二 串并联电路等效电阻与欧姆定律应用的程式化分析
电路分析是电学核心。串联电路总电阻 R总=R1+R2+...,并联电路总电阻 1/R总=1/R1+1/R2+...。
在串联电路中,总电阻大于任何一个分电阻;在并联电路中,总电阻小于任何一个分电阻。
结合欧姆定律I=U/R,在串联电路中电流处处相等,电压分配与电阻成正比;在并联电路中各支路电压相等,电流分配与电阻成反比。分析动态电路时,滑动变阻器阻值变化→总电阻变化→总电流变化→再分析各部分电压电流变化,遵循这一固定流程可有效理清思路。
【典例】(2024·浙江温州·模拟预测)如图所示的电路中,电源两端的电压U恒定,四个电表都是理想的,则电键K闭合后( )
A.电流表的示数不为零
B.电压表V1的示数为零
C.电压表V2的示数为零
D.当滑动变阻器的触头向b端滑动,V3示数不变
易错点一 电流表、电压表在电路中的连接方式与测量对象判断错误
正确观点:电流表必须串联在被测电路中,电压表必须并联在被测电路两端。电流表内阻极小,相当于导线;电压表内阻极大,相当于断路。
易错分析:此错误常发生在电路连接、改错和动态分析题中。
典型错误有:①将电流表并联在电路两端(导致短路,烧坏电表或电源);
②将电压表串联在电路中(导致电路几乎断路,用电器不工作,电压表示数接近电源电压)。
必须从电表的设计原理理解:电流表要测量电流必须让电流流过它自身(串联);电压表要测量电压必须接触电路两端(并联)。
【典例】小华在探究电路有关性质时,连接了下列实物图,下列有关该电路的分析正确的是( )
A.L1、L2串联
B.电流表测L2的电流
C.电压表只能测L2两端电压
D.开关可以同时控制L1、L2
易错点二 额定功率与实际功率的混淆
正确观点:用电器的亮度(或工作效果)由其实际消耗的功率(实际功率)决定。实际功率随其两端实际电压的变化而变化。只有当实际电压等于额定电压时,实际功率才等于额定功率。
易错分析:学生常错误地认为“额定功率大的用电器一定更亮”。例如,比较“220V,40W”和“220V,100W”两盏灯泡的亮度:当它们串联接入电路时,根据P = I²R,电阻大的灯泡(40W灯泡)实际功率更大,更亮;当它们并联接入电路时,根据P = U²/R,电阻小的灯泡(100W灯泡)实际功率更大,更亮。错误根源在于未根据电路连接方式分析其工作状态(实际电压、电流)。
【典例】(2025·浙江·模拟)在“节能灯泡设计”的项目活动中,小科及其组员正在测定小灯泡的电功率。如图甲所示连接实物电路图,已知该灯泡的额定电压为3.0V。在实验中,他们记录了如表所示的数据和现象:
序号
电压U(V)
电流I(A)
灯泡亮度
1
2.5
0.14
微亮
2
1.5
0.2
正常发光
3
0.5
?
很亮
(1)实验过程中,小科发现无论如何移动滑动变阻器的滑片,小灯泡始终不发光,电流表示数接近于0,而电压表有示数且基本不变。电路故障的原因可能是 ;
(2)在移动滑动变阻器滑片的过程中,当电压表示数为2V时,为测定小灯泡的额定功率,应将滑片向 移动;
(3)小科发现灯泡的电压与电流之间的比值在不同亮度下发生变化。由表格数据可知,灯泡的额定功率为 W;
(4)第3次实验中,通过小灯泡的电流大小如图乙所示,设小灯泡的实际功率为P1,则其实际功率P₁与额定功率之间的数值关系为 P1(选填“<”“=”或“>”)。
知识点八 电学基础与欧姆定律
【典例1】(2025·浙江·中考真题)某款玩具,闭合开关S1,灯光亮起,玩具进入待机状态;拍手后触发声控开关S2,玩具便能跳一会儿舞。下列电路中符合上述条件的是( )
A.
B.
C.
D.
【典例2】(2025·浙江·中考真题)给如图甲所示的电热水器金属内胆出水口加接一段长管道,由于长管道中水柱具有电阻(简称“隔电电阻”),在电热水器漏电且接地线失效时,能形成“防电墙”保障人的安全。为了探究“隔电电阻”阻值大小的影响因素,某校兴趣小组利用注水的玻璃管模拟“隔电电阻”,设计如图乙所示电路,进行如下实验。
①断开开关,按图乙方式连接电路,观察电压表示数(如图丙所示)。
②采取合理措施使电压表指针对准零刻度线。
③闭合开关,调节滑片,记录两只电表的示数并计算“隔电电阻”的阻值。
④打开阀门,向左移动活塞,改变玻璃管内水柱的长度,重复步骤③。
⑤换用不同横截面积的均匀玻璃管,重复步骤③④,获得数据如表。
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
横截面积/cm2
1.0
2.0
?
水柱长度/cm
5
10
20
5
10
20
5
10
20
“隔电电阻”阻值/
2000
4000
8000
1000
2000
4000
500
1000
2000
(1)步骤②中的“合理措施”是指 (写出具体操作)。
(2)分析表中数据,推测第7次至第9次实验选择的玻璃管的横截面积为 cm2。
(3)某电热水器出水口加接的长管道横截面积为0.5cm2,若热水器接人电压为220V,人体电阻为200,要使通过人体电流不超过10mA,则该管道长度不小于 cm。
(4)实验中发现金属活塞和金属板的内表面出现气泡,可能的原因: (写出一种)。
【典例3】(2025·浙江·中考真题)雷雨天气时,若人站立在空旷地带的高压电线下,两腿间可能形成电压差。假设某人两腿间的电压为200V,人体电阻为800,雷电通过人体时电流做功0.005J。据此回答下列问题。
(1)“雷雨发庄稼”,说的是放电条件下N₂与O₂会发生反应,经过一系列反应最终转化为氮肥。其中,闪电固氮的第一步反应为。该反应属于 反应(填基本反应类型)。
(2)求通过人体的电流大小 。
(3)求雷电电击的持续时间 。
知识点九 电和磁
【典例4】(2025·浙江·中考真题)智能自动化管理是未来社会的发展趋势。如图甲所示为某工作室的自动化光控电路图,其中光敏电阻R的阻值随照度变化的关系如图乙所示(照度表示物体被照明的程度,单位是lx)。请你回答下列问题:
(1)电磁继电器是利用电流 效应工作的,当光照强度增强时,光敏电阻的阻值将 ,控制电路中的电流将变大。长时间使用后,控制电路中的电流将降低。
(2)当开关S闭合,光敏电阻上的照度大于或等于0.4lx时,警示灯L恰好亮起。已知控制电路的电源电压为22V,电磁继电器的线圈电阻为10,此时控制电路中的电流是 A。
【典例5】(2025·浙江·中考真题)小科设计了一款智能照明灯,其电路的原理图如图所示。光线较暗时灯泡自动发光,光线较亮时灯泡自动熄灭。控制电路中,电源电压恒定,R0为定值电阻,R为光敏电阻,其阻值随光照强度的增大而减小。下列说法正确的是( )
A.电磁铁的上端为S极
B.当光照强度增强,控制电路中的电流将变小
C.当光照强度减弱,电磁铁的磁性增强
D.灯泡应设计在A和B两接线柱之间
知识点十 家庭电路
【典例6】(2022·浙江湖州·中考真题)图是小明家家庭电路的一部分。下列叙述中,错误的是( )
A.开关与灯泡串联
B.灯泡与插座串联
C.当开关S断开时,用测电笔分别测试电路中a、b、c、d四处,能使氖管发光的是d处
D.该插座能将用电器的金属外壳与大地相连
【典例7】(2022·浙江丽水·中考真题)某油烟机具有排气和照明的功能,这两种功能既可单独、也可同时使用。下列电路符合要求的是( )
A.
B.
C.
D.
知识点十一 功和功率 机械能
【典例8】(2025·浙江·中考真题)同学们好奇古人是如何将巨物搬到高处的(省略古人劳动场景),将相关猜想画成如下简图。其中,A与石头之间用绳索固定,AC是杠杆,C处用人体的重力拉动杠杆,AC=48m,AB=0.8m,石头重5000kg。
(1)此杠杆是 (填“省力”或“省距离”)杠杆;
(2)在某次操作中,石头在MN上移动0.1m,高度升高0.05m,求克服石头重力做的功 ;
(3)在某次操作中,绳子与AC垂直,AC与竖直方向成30°,要拉动巨石,绳子对巨石的拉力至少为32100N,假设每个人的体重是60kg,C处要用多少个人才能把石头拉起 ?
【典例9】(2025·浙江·中考真题)小科对所学的初中科学知识归纳如下,其中正确的是( )
A
科学家与科学研究
奥斯特—电流周围存在磁场
欧姆—电压与电流、电阻的关系
阿基米德—杠杆的平衡条件
B
能量转换
手机充电—化学能转化为电能
电动机—电能转化为机械能
机械手表—弹性势能转化为机械能
C
测量仪器与原理
弹簧测力计—弹簧受到的拉力越大,弹簧就越长
温度计—液体的热胀冷缩
密度计—漂浮条件
D
应用与原理
船闸—连通器原理
高压锅—气压越高,沸点越高
飞机—流体压强与流速的关系
A.A B.B C.C D.D
【典例10】(2024·浙江·中考真题)某同学通过斜面实验认识能量、运动和力的关系(如图,A、B两点等高)。忽略摩擦及空气阻力,小滑块由静止滑下,下列说法错误的是( )
A.小滑块下滑过程中机械能守恒
B.小滑块上升过程中内能不断增加
C.小滑块从A点静止滑下,能到达B点
D.小滑块起始位置越高,到达斜面底端速度越大
知识点十二 简单机械
【典例11】(2024·浙江·中考真题)图1是某兴趣小组设计的一款“高空修枝”工具的示意图。使用时,一只手握紧杆子保持静止,另一只手用的力缓慢拉绳子,带动滑轮组工作,在A点产生的拉力为,从而使修剪刀绕O点转动,其刀口对树枝的力为。
请回答:
(1)该工具可用于剪下高处的枝叶。其中,叶属于生物体结构层次中的______(填字母);
A.细胞 B.组织 C.器官
(2)为了探究制作修剪刀的碳钢合金(含Fe、C两种元素)类型,兴趣小组取制作修剪刀的废料进行了实验检测:取样品1.00克与足量的稀硫酸充分反应后,收集到428毫升(按0.035克计)氢气。通过计算并结合下表判断修剪刀材质属于哪种合金类型?
合金类型
低碳钢
中碳钢
高碳钢
碳的质量分数
低于0.3%
0.3%~0.6%
高于0.6%
(3)某时刻,弹簧处于原长,若修剪刀的刀口对树枝施加的力为960牛,是树枝对刀口的力(如图2),此时绳子端需施加的力为多大?(已知厘米,厘米,滑轮中各股绳子视为平行,工具自重和摩擦忽略不计。)
【典例13】(2023·浙江温州·中考真题)某同学发明一自动升降排水井盖(如图甲),暴雨时通过收集雨水实现井盖自动抬升(如图乙),加快路面雨水的排放。
(1)井盖抬升过程中,定滑轮的作用是 ;
(2)某次排水过程中,重150牛的井盖被抬升0.1米。此过程中,克服井盖重力做功 焦;
(3)要使降水量稍小时就能抬升井盖,可采取的措施有: 。(写出一点)
知识点十三 电功与电功率
【典例14】(2024·浙江·中考真题)自然界中有许多"电鱼",它们身体中的发电器官能产生电。研究表明,某电鱼在水中放电时(图1),身体段可看成电源和电阻两部分串联而成,其余部分和水的电阻为,它们共同构成闭合电路,简化电路如图2所示。电鱼放电时的电压(即电源电压)为,电阻欧。为获得的大小,研究人员通过在水里加入氯化钠来改变,得到两点间电压和电路中电流的关系,如图3所示。电鱼每次放电电压视为相同,电鱼电阻不变。请回答:
(1)向水里加入氯化钠,目的是 (填“增大”或“减小”)电阻;
(2)求电鱼放电时电压的大小;
(3)当欧,求电鱼放电时的电功率。
【典例15】(2023·浙江湖州·中考真题)美好生活从早餐开始。图1所示为某款面包机及其部分参数。该面包机有两个完全相同的加热仓,可实现单独加热。小明在使用过程中发现这款面包机有如下功能:功能一:设定时间后(定时开关闭合),放入面包片,按下按键,面包机就开始工作;功能二:到了设定时间,定时开关自动断开,弹出面包片。
(1)根据题干,两加热仓加热电阻的连接方式是 ;(选填“串联”或“并联”)
思考后,小明根据面包机的功能自己设计了电路图,如图2。AOB为杠杆,O为支点,杠杆上仅触点1、2导电。
(2)根据面包机的参数,计算加热电阻R1的阻值;( )
(3)请根据小明设计的电路图来分析面包机是如何实现功能二的。
【典例16】(2023·浙江宁波·中考真题)图甲是小宁的哥哥测定小灯泡额定功率的电路,小灯泡上标有“”字样。
(1)测小灯泡电压的电压表有“”、“”两个量程,小宁的哥哥正确选用了“ ”量程;
(2)闭合开关,移动滑动变阻器滑片,使电压表的示数为,此时,电流表的示数如图乙所示。实验测得的该小灯泡的额定功率为 W;
(3)小宁发现,与我们教材中测小灯泡电功率的电路相比,哥哥的实验电路多了一根导线。这根导线是 。(用图甲中导线旁的字母表示)
知识点十四 内能、核能、能量转化守恒
【典例17】(2023·浙江金华·中考真题)中国是茶文化之乡,中国茶文化是世界非物质文化遗产。“煮茶”过程中蕴含着丰富的科学知识。下列说法正确的是( )
A.茶水沸腾时,吸收热量,温度升高
B.茶水升温是通过做功的方式改变内能
C.壶嘴冒出的“白气”是汽化形成的现象
D.茶香扑鼻,表明分子在不停地做无规则运动
【典例18】(2022·浙江宁波·中考真题)1964年10月16日,我国第一颗原子弹爆炸成功!2003年10月16日,我国首次载人航天飞行圆满成功!2021年10月16日,神舟十三号发射圆满成功!为此,人民日报发了一条微博——“跨越时空的同一天”。
(1)如图是地球公转示意图。10月16日,地球位于图中 (填字母)点附近。
(2)核能的释放有重核裂变和轻核聚变两种途径,其中原子弹爆炸时核能是通过 的途径释放。
【典例19】(2022·浙江宁波·中考真题)核酸检测采样时使用的“采样拭子”,其顶端是如图所示的植绒拭子,安全、无毒。有一种植绒方式是:植绒机产生数万伏的高压静电,通过电子转移让喷头中的绒毛带上负电荷,然后在被植绒物体表面喷涂上胶粘剂,移动喷头靠近被植绒物体,绒毛在高压静电作用下从喷头中飞升到被植绒物体表面,呈垂直状植在涂有胶粘剂的物体表面。上述植绒过程中蕴含了许多科学知识,下列描述不合理的是( )
A.喷头中的绒毛带上负电荷,是由于绒毛得到了电子
B.以移动的喷头为参照物,被植绒物体是运动的
C.绒毛能在高压静电作用下运动,是由于能量可以创生
D.绒毛从喷头中飞升到被植绒物体表面,是由于力能改变物体的运动状态
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