第5章 电能与能源的可持续发展 单元综合提升-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

该高中物理单元复习讲义通过概念梳理与考教衔接构建知识体系，以框架图呈现电能与能源的可持续发展脉络，涵盖动态电路分析、功率计算等重难点，突出能量观念与电路模型的内在联系。 讲义亮点在于考教衔接的练习设计，如结合广东高考动态电路题与教材电饭煲电路问题，通过针对练和易错辨析培养科学推理能力，帮助学生掌握电路分析方法，支持分层教学与自主复习，提升教师教学精准度。

单元综合提升 电能与能源的可持续发展 (广东高考)如图所示，电动势为E、内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接。只合上开关S1，三个灯泡都能正常工作。如果再合上S2，则下列表述正确的是(　　) A．电源输出功率减小 B．L1上消耗的功率增大 C．通过R1上的电流增大 D．通过R3上的电流增大 答案：C 解析：只合上开关S1，三个灯泡都能正常工作，再合上S2，并联部分的电阻减小，外电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律得知，干路电流增大，即通过R1上的电流增大，故C正确；由于电源的内阻不计，电源的输出功率P＝EI，与电流成正比，则电源输出功率增大，故A错误；由于并联部分的电阻减小，根据串联电路的特点，并联部分分担的电压减小，L1两端的电压减小，其消耗的功率减小，故B错误；并联部分的电压减小，则通过R3上的电流减小，故D错误。 [衔接教材] 粤教版P125T8 在如图所示的电路中，直流发电机E＝250 V，r＝3 Ω，R1＝R2＝1 Ω，电热器组中装有50个完全相同的电热器，每个电热器的额定电压为200 V，额定功 学生用书第122页 率为1 000 W，其他电阻不计，并且不计电热器电阻随温度的变化。问： (1)当接通几个电热器时，实际使用的电热器能正常工作？ (2)当接通几个电热器时，发电机输出功率最大？ (3)当接通几个电热器时，电热器组加热物体最快？ (4)当接通几个电热器时，电阻R1、R2上消耗的功率最大？ (5)当接通几个电热器时，实际使用的每个电热器中电流最大？ [衔接分析] 该高考题以动态电路为素材，创设了考查功率、电流的问题情境，与粤教版P125T8类似。开关闭合导致电路中电阻发生变化，进而导致电路中电流和用电器的电功率发生变化。研究动态电路问题可以从部分到整体，再到部分的顺序应用欧姆定律和功率公式计算相关量。 针对练1.在如图所示的电路中，闭合开关S，将滑动变阻器滑片P缓慢向右移动，则(　　) A．灯泡L变暗 B．电源内部消耗的功率先变大后变小 C．电容器C上的电荷量增加 D．流过R1的电流方向由左向右 答案：D 解析：滑片右移，接入电路的电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，总电流增大，故灯泡L变亮，A项错误；电源内部消耗的电功率P＝I2r，随电流的增大，电源内部消耗的功率一直变大，B项错误；由U＝IR可知，灯泡两端电压和电源内电压均增大，所以滑动变阻器两端电压减小，故与之并联的电容器两端电压减小，由Q＝CU可知，电容器C上的电荷量减少，C项错误；电容器所带电荷量减少，故电容器处于放电状态，流过R1的电流方向由左向右，D项正确。故选D。 针对练2.在如图所示的电路中，两个灯泡均发光，当滑动变阻器R的滑动触头向下滑动时，则(　　) A．A灯变亮 B．B灯变亮 C．电源的输出功率减小 D．电源的工作效率减小 答案：A 解析：当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时，变阻器接入电路的电阻增大，根据闭合电路欧姆定律得知，总电流I变小，A灯的电压UA＝U并＝E－I(R1＋r)，I变小，UA变大，A灯变亮，流过B的电流IB＝I－I2，I变小，U并变大，I2变大，则IB变小，B灯变暗，故A正确，B错误；由于外电阻与电源的内阻大小关系未知，无法判断电源的输出功率如何变化，故C错误；电源的工作效率η＝＝＝，外电路总电阻R外增大，电源的工作效率增大，故D错误。故选A。 (2022·河北高考节选)某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲，设计电路如图1所示。选用的器材有：限温开关S1(手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于103 ℃时自动断开，之后不能自动闭合)；保温开关S2(当锅内温度高于80 ℃时自动断开，温度低于70 ℃时自动闭合)；电饭煲的框架(结构如图2所示)。自备元件有：加热电阻丝R(阻值为60 Ω，用于加热煮饭)；限流电阻R1和R2(阻值均为1 kΩ)；指示灯L1和L2(2.5 V，0.6 W，当电流低于30 mA时可视为熄灭)；保险丝T。 按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是______ (多选)。 A．按下S1，L1和L2均发光 B．当锅内温度高于103 ℃时，S1自动断开，L1和L2均发光 C．保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换 D．当锅内温度低于70 ℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭 答案：CD 解析：按下S1后L2支路被短路，则L2不会发光，A错误；当锅内温度高于103 ℃时，S1断开，而要温度降到70 ℃以下时S2才会闭合，则此时L2可能发光，此时电路中R与R1和L1的串联部分并联，并联的整体再和L2、R2串联，则RL1＝RL2＝≈10.42 Ω，回路中并联的整体的电阻R并＝≈56.64 Ω，则回路总电阻R总＝R并＋RL2＋R2＝1 067.06 Ω，则回路总电流I总＝≈0.21 A>30 mA，则L2一定发光，此时并联的整体的电压为U并＝I总R并≈11.89 V，则流过L1的电流为IL1＝≈0.012 A<30 mA，则L1熄灭，B错误；由题知，S2在锅内温度高于80 ℃时自动断开，锅内温度降到70 ℃以下时自动闭合，C正确；当锅内温度低于70 ℃时，S2自动闭合，L2支路被短路，则L2不会发光，此时电路中R与R1和L1的串联部分并联，则此时流过L1的电流为IL1′＝≈0.218 A>30 mA，则L1发光，D正确。故选CD。 [衔接教材]　粤教版P124T5 电饭煲工作时有两种状态：一种是煲内水烧干前的加热状态，另一种是煲内水烧干后的保温状态。如图所示是电饭煲电路原理示意图，S是用感温材料制造的开关。下列说法正确的是(　　) A．当开关S接通时电饭煲为保温状态，当开关S断开时电饭煲为加热状态 B．当开关S接通时电饭煲为加热状态，当开关S断开时电饭煲为保温状态 学生用书第123页 C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时的一半，R1∶R2应为2∶1 D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时的一半，R1∶R2应为(－1)∶1 [衔接分析]　该高考题以电饭煲为素材，创设了研究电饭煲电路的保温和加热状态的问题情境，与粤教版P124T5类似。 针对练1.(多选)如图是电饭煲的电路图。S1是一个限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(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。红灯是加热状态时的指示灯，黄灯是保温状态时的指示灯。阻流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯电阻均不计，下列说法正确的是(　　) A．加热状态下，限流电阻R2的电流为0.44 A B．保温状态下，限流电阻R1的电压约为201.7 V C．保温状态下，限流电阻R1与限流电阻R2的电流之比约为22 D．加热和保温两种状态下，加热电阻R3消耗的功率之比约为72 答案：AB 解析：加热状态下，开关S1闭合，限流电阻R1被短路，限流电阻R2两端的电压U＝220 V，由欧姆定律可得，流过限流电阻R2的电流I2＝＝＝0.44 A，故A正确；流过限流电阻R1的电流I1＝＝＝ A，R1的电压U1＝I1R1≈201.7 V，故B正确；保温状态下，R2的电压U2＝U－U1＝18.3 V，由于R1＝R2＝500 Ω，限流电阻R1与限流电阻R2的电流之比等于电压之比为≈11，故C错误；加热状态下，加热电阻R3消耗的功率P＝，保温状态下，加热电阻R3消耗的功率P0＝，则两种状态下的功率之比＝≈145，故D错误。故选AB。 针对练2.传感器在现代生活、生产和科技中有着相当广泛的应用，如图甲是一个压力传感器设计电路，要求从表盘上直接读出压力大小，其中R1是保护电阻，R2是调零电阻(总电阻200 Ω)，理想电流表量程为10 mA，电源电动势E＝10 V (内阻不计)，压敏电阻的阻值R与所受压力大小F的对应关系如图乙所示。 (1)有三个规格的保护电阻，R1应选哪一个________。 A．200 Ω　　 B．400 Ω　　　　 C．800 Ω (2)选取、安装保护电阻后，要对压力传感器进行调零。调零电阻R2应调为____ Ω。 (3)现对表盘进行重新赋值，原2 mA刻度线应标注__________ N。 (4)由于电池老化，电动势降为9.8 V，传感器压力读数会出现偏差，如果某次使用时，先调零、后测量，读出压力为500 N，此时电流大小为________ A(用分数表示)，实际压力大小为________ N。 答案：(1)C　(2)100　(3)4 000　(4)　490 解析：(1)电流表满偏时，电路的总电阻R总＝＝1 000 Ω，由题图乙可知，当F＝0时，压敏电阻的阻值为100 Ω，由调零电阻R2最大为200 Ω，故R1只要不小于700 Ω即可，故选C。 (2)选取、安装保护电阻后，对压力传感器进行调零，由(1)知电路的总电阻R总＝1 000 Ω 当F＝0时，R为100 Ω，R1＝800 Ω，故R2只要调整为100 Ω即可。 (3)电流为2 mA时，电路的总电阻R总′＝＝5 000 Ω 因为R1＝800 Ω，R2＝100 Ω，则压敏电阻为4 100 Ω，由图像可得压敏电阻R与压力F的关系，有R＝100＋F(Ω) 可得F＝4 000 N。 (4)由于电流表指针指在同一位置时，流过表头的电流是相同的，由压敏电阻R与压力F的关系 R＝100＋F(Ω) F＝500 N时，压敏电阻为600 Ω，此时电流I′＝＝ A 电动势变为9.8 V，重新调零，得R2＝－R1－100 Ω＝80 Ω，则有R总″＝＝1 470 Ω 故压敏电阻R＝590 Ω，解得 F′＝490 N。 1．(电功和电功率)(2025·广东广州高二上期中)现有标有“110 V　40 W”的灯泡L1和标有“110 V　100 W”的灯泡L2及一只最大阻值为500 Ω的滑动变阻器R，将它们接在220 V的电路中，在如图所示的几种接法中，为了保证两个灯泡可以正常发光，且消耗功率最小的电路是(　　) 答案：C 解析：L1和L2的额定电压相同，由P＝，可知R1>R2，由串联电路电流相等，则两灯的电压不相等，可知题图A中L1、L2一定不会同时正常发光，故A错误。题图D中灯L2与滑动变阻器并联，总电阻小于L2的电阻，所以灯L2两端的电压小于灯L1两端的电压，题图D中L1、L2一定不会同时正常发光，故D错误。并联电路电压相等，可知题图B中L1、L2两灯可以正常发光；题图C中L1与滑动变阻器并联，总电阻小于L1的阻值，可能与L2的阻值相等，但题图B中P总＝2(P1＋P2)，题图C中P总′＝2P2，所以P总>P总′，所以消耗功率最小的电路是题图C电路，故B错误，C正确。故选C。 [易错分析]　本题易错点是两个灯泡的电阻是不相同的，直接串联在220 V的电路两端，不会同时正常工作。 2.(闭合电路中的能量)(多选)(2025·广东东莞高二上期末)交警查酒驾使用的酒精 学生用书第124页 测试仪原理如图所示，R为传感器，其阻值随气体中酒精浓度的增大而减小，电源的电动势为E，内阻为r，R0为定值电阻，R0>r，电流表和电压表均为理想电表。当酒驾驾驶员对着测试仪吹气时(　　) A．电压表的示数变小 B．电流表的示数变小 C．电源的总功率变大 D．电源的输出功率变小 答案：AC 解析：酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，传感器R电阻减小，电路总电阻减小，干路电流增大，即电流表的示数增大，根据UR＝E－I可知，传感器R两端电压减小，即电压表的示数变小，故A正确，B错误；电源的总功率为P总＝EI，根据上述，干路电流增大，则电源的总功率变大，故C正确；酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，传感器R电阻减小，即R0＋R减小，由于R0>r可知外电路总电阻R0＋R始终大于电源内阻，可知，电源的输出功率变大，故D错误。故选AC。 [易错分析]　本题易错点是电源的最大输出功率的判断，当外电路电阻等于内阻时，电源的输出功率最大。 3.(能源的分类与利用)(2025·广东清远高二上期末)太阳能及风能是清洁能源，我国已经建成众多的太阳能及风力发电场。风力发电是利用风的动能推动风力发电机的叶片转动而产生电能的。某地区安装有20台超大型风力发电机，每片扇叶长达80 m，该地区常年的平均风速v＝5.0 m/s，风向跟叶片转动的圆面垂直，空气的密度ρ＝1.25kg/m3，风力发电机的叶片转动时可形成半径R＝80 m的圆面。已知风力发电机能将通过圆面的空气的动能的10%转化为电能。则每台风力发电机的发电功率为(　　) A．1.57×103 W B．1.57×104 W C．1.57×105 W D．1.57×106 W 答案：C 解析：设单位时间(t0＝1 s)内通过每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气的体积为V、动能为Ek，则有V＝πR2vt0，Ek＝ρVv2，Pt0＝10%Ek，解得P≈1.57×105 W，C正确。 [易错分析]　本题易错点是单位时间内通过每台风力发电机叶片的空气的动能。将空气看成圆柱模型是解决本题的关键。 4.(焦耳定律)(2025·广东珠海高二上期末)小明坐在汽车的副驾驶位上看到一种现象：当汽车电动机启动时，汽车的车灯会瞬间变暗，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E＝12 V，内阻为r＝0.2 Ω。车灯接通电动机未起动时，电流表示数为I1＝10 A；电动机启动的瞬间，电流表示数达到I2＝20 A，问： (1)电动机启动时，车灯的功率P为多少？ (2)若电动机的电阻r0＝0.05 Ω，求电动机输出的机械功率P机械。 答案：(1)64 W　(2)88.8 W 解析：(1)车灯接通电动机未起动时，电流表示数为I1＝10 A，根据闭合电路欧姆定律有I1＝ 解得R＝1 Ω 电动机启动的瞬间，电源的路端电压U1＝E－I2r 解得U1＝8 V 车灯的功率为P＝＝ W＝64 W。 (2)电动机启动时，电动机的电流为I′＝I2－ 解得I′＝12 A 电动机启动时输出的机械功率为P机械＝U1I′－I′2r0 解得P机械＝88.8 W。 [易错分析]　本题易错点是电动机电流的计算，电动机的输出功率等于输入功率与(焦耳)热功率之差。电动机属于非纯电阻电器，欧姆定律不适用。 5．(能量的转化和守恒)水能是一种清洁能。位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流速达每秒6 000 m3，而且是一年四季流量稳定，瀑布落差50 m。若利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发电机的输出功率。(g取10 m/s2，水的密度为1×103 kg/m3) 答案：1.5×109 W 解析：t时间内流下的水的质量为m＝ρVt 由能量的转化和守恒知mgh×50%＝Pt 则发电机的输出功率为P＝ρVgh×50%＝1×103×6 000×10×50×0.5 W＝1.5×109 W。 [易错分析]　本题的易错点是发电机输入功率的计算。水的重力势能有一部分转化为电能。 学科网（北京）股份有限公司 $