2024年高中物理新教材同步学案 必修第三册 第12章　章末素养提升（含解析）

章末素养提升物理观念电路中的能量转化1.电功：W＝UIt2.电功率：P＝eq\f(W,t)＝UI3.焦耳定律：Q＝I2Rt4.热功率：P热＝I2R闭合电路的欧姆定律1.内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比2.表达式：I＝eq\f(E,R＋r)3.另一种表达形式：E＝U外＋U内。即：电源的电动势等于内、外电路电势降落之和科学思维1.通过学习“电动势”经历从感性到理性，从个别到一般，从现象到本质的渐进过程。通过闭合电路中的动态分析、最大功率、效率等问题，体会闭合电路中电动势对整个电路的“制约关系”，学会用数学方法分析电路中极值问题2.对于电动机相关问题，不能直接求解时，可以通过整体和个别的关系间接建立联系科学探究1.会根据闭合电路的欧姆定律设计测量电池电动势和内阻的实验方案2.会根据要求选择合适的电压表、电流表、滑动变阻器或电阻箱3.会设计相关表格并记录实验数据，会利用表达式和图像处理数据并得出结果，能对实验过程和结果进行评估、交流科学态度与责任1.认识目前面临的能源与环境问题，理解开发利用清洁能源的价值2.增强对汽车能源消耗、环境污染和未来汽车发展方向的认识3.在理解科学、技术、社会与环境关系的基础上，形成应有的科学态度和社会责任感例1如图所示的某种体温枪以2节干电池为电源，工作电流为5mA。能通过传感器检测人体向外辐射的红外线，根据红外线能量的强弱快速、准确且无接触的测量体温，那么关于该体温枪的说法中正确的是()A．体温枪工作时，电路中每通过1C电荷，每节电池都能把1.5J化学能转化为电能B．体温枪工作时，电池组两极间的电压为3VC．体温枪工作时，电源的输出功率为15mWD．体温枪工作时，电池组的电动势不再是3V答案A解析每节电池的电动势为1.5V，根据电动势的定义可知电路中每通过1C电荷，消耗的电能为W＝qE＝1×1.5J＝1.5J，则有1.5J的化学能转化为电能，故A正确；体温枪工作时，电池组两极间的电压为路端电压，小于电源的电动势，故电池组两极间电压小于3V，故B错误；体温枪工作时电源消耗的总功率为P＝2EI＝2×1.5V×5mA＝15mW，电源的输出功率小于电源消耗的总功率，故C错误；两节干电池的总电动势为3V，体温枪工作时，电源的电动势不变，故D错误。例2(多选)(2022·邓州春雨国文学校高二阶段练习)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，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有()A．U1＜U2，Q1＝Q2 B．U1＝U2，Q1＝Q2C．W1＝W2，Q1＞Q2 D．W1＜W2，Q1＝Q2答案AD解析电阻与电动机的电流相等，根据Q＝I2Rt可知，Q1＝Q2，电动机为非纯电阻，则W1＝Q1，W2>Q2，则W1<W2，根据W＝UIt可知，U1<U2，故选A、D。例3(2022·潍坊市实验中学高二阶段练习)如图电源电动势为E、内阻为r，滑动变阻器R2的滑片P从左向右滑动时，下列说法正确的是()A．电容器C上的电荷量变大B．电阻R3消耗的功率变大C．灯泡L变暗D．R1两端的电压变化量的绝对值大于R2两端的电压变化量的绝对值答案B解析滑动变阻器R2的滑片P从左向右滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，电路的总电阻增大，电流将减小，由U＝E－Ir，可知路端电压将增大，即R3两端的电压将增大，由P＝eq\f(U2,R)可知，电阻R3消耗的功率变大，故B正确；当滑片P向右滑动时，流过R3的电流变大，则流过R1的电流变小，R1两端的电压变小，故电容器两端电压减小，根据Q＝CU1可知，电容器C上的电荷量变小，故A错误；由于路端电压增大，R1两端电压减小，故灯泡L两端电压增大，由P＝eq\f(U2,R)可知，灯泡L的功率变大，灯泡L变亮，故C错误；电阻R1两端的电压U1减小，R3两端的电压U3增大，则R2两端的电压U2增大，由于U3＝U1＋U2，则有ΔU3＝ΔU1＋ΔU2，其中ΔU3为正值，ΔU1为负值，ΔU2为正值，可知R1两端的电压变化量的绝对值小于R2两端的电压变化量的绝对值，D错误。例4(2023·南阳市第六完全学校高级中学高二月考)如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I变化的图线，抛物线OBC为同一直流电源内部热功率Pr随电流I变化的图线。若A、B对应的横坐标为2A，那么线段AB表示的功率及I＝2A时对应的外电阻是()A．6W、2Ω B．4W、2ΩC．2W、1Ω D．2W、0.5Ω答案D解析由电源总功率P总＝EI，得E＝3V。由Pr＝I2r，得r＝1Ω。当电流为2A时，I＝eq\f(E,R＋r)，得R＝0.5Ω。此时线段AB表示的功率P′＝EI－I2r＝2W。综上分析，D正确。例5(2022·大连市第一中学高二阶段练习)如图a所示，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器(最大阻值25Ω)，现闭合电路中的开关S，将滑动变阻器的滑片P从最右端滑到最左端的过程中，由电表的测量数据得到U－I图线如图b所示(电表均为理想电表)。则下列说法正确的是()A．电源电动势为4VB．电源内电阻为10ΩC．电源的最大输出功率为1.8WD．滑动变阻器R2的最大功率为1.2W答案C解析当滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，则电路中总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，电路中电流增大，而R1两端的电压增大，故图线乙表示电压表V1示数的变化，图线甲表示电压表V2示数的变化。由图可知，图线乙的斜率表示定值电阻的阻值，即R1＝5Ω，图线甲斜率的绝对值|k|＝R1＋r＝10Ω，可得r＝5Ω，将图线甲延长，纵轴的截＝(eq\f(E,R外＋r))2R外＝eq\f(E2,R外＋\f(r2,R外)＋2r)。根据数学知识可得R外＝eq\f(r2,R外)时分母最小，电源的输出功率最大，此时有R外＝r；所以当外电阻等于内电阻时，电源的输出功率最大。故当外电阻等于5Ω时，电源的输出功率最大，电源的最大输出功率P＝eq\f(E2,4r)＝eq\f(62,4×5)W＝1.8W，故C正确；将R1视为电源内电阻，由C的分析可知，当R2＝R1＋r＝5Ω＋5Ω＝10Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，则滑动变阻器消耗的最大功率P′＝eq\f(E2,4R1＋r)＝eq\f(62,4×10)W＝0.9W，故D错误。例6(2022·长沙市南雅中学高二月考)如图甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝9Ω，R3为滑动变阻器。当其滑片P从最左端滑至最右端时，测得电源的路端电压随干路电流变化图线如图乙所示，求：(1)定值电阻R2的阻值；(2)电源的电动势与内阻；(3)电源输出的功率最大时，R3接入电路的阻值及此时的最大输出功率。答案(1)0.5Ω(2)6V2Ω(3)1.8Ω4.5W解析(1)当P滑到R3的右端时，电路参数对应题图乙中的B点，此时等效于R2直接接在电源两端，则R2＝eq\f(UB,IB)＝0.5Ω(2)由题图乙的数据，结合A、B点的坐标，由闭合电路欧姆定律可得1.2V＝E－2.4r4