2020春新教材高中物理 第12章 電能 能量守恒定律 拓展課 電能 能量守恒定律綜合問題課件 新人教版必修第三冊

1、1 拓展課電能能量守恒定律綜合問題拓展課電能能量守恒定律綜合問題 2 一、純電阻電路與非純電阻電路的綜合分析一、純電阻電路與非純電阻電路的綜合分析 1.兩種電路的比較兩種電路的比較 3 2.電功與電熱電功與電熱 4 例例1 如圖所示，電源電動勢如圖所示，電源電動勢E10 V，內(nèi)阻，內(nèi)阻r0.5 ，“8 V16 W”的燈泡的燈泡L恰好恰好 能正常發(fā)光，電動機能正常發(fā)光，電動機M繞線的電阻繞線的電阻R01 ，求：，求： (1)路端電壓；路端電壓； (2)電源的總功率；電源的總功率； (3)電動機的輸出功率。電動機的輸出功率。 解析解析(1)燈泡正常發(fā)光，所以路端電壓為燈泡正常發(fā)光，所以路端電壓為8

2、 V。 (2)設干路總電流為設干路總電流為I，則，則UEIr， 得得I4 A，故，故P總 總 EI40 W。 5 答案答案(1)8 V(2)40 W(3)12 W 故故IMIIL2 A PM總 總 UIM82 W16 W 6 7 針對訓練針對訓練1 如圖所示電路中，電源的電動勢如圖所示電路中，電源的電動勢E110 V，電阻，電阻R1 21 ，電動機的內(nèi)阻，電動機的內(nèi)阻R00.5 ，開關，開關S1始終閉合，當開關始終閉合，當開關S2斷開斷開 時，電阻時，電阻R1消耗的電功率消耗的電功率P1525 W；當開關；當開關S2閉合時，電阻閉合時，電阻R1 消耗的電功率消耗的電功率P2336 W，求：，求

3、： (1)電源的內(nèi)阻電源的內(nèi)阻r； (2)當開關當開關S2閉合時，電動機輸出的機械功率閉合時，電動機輸出的機械功率P出 出。 。 電阻電阻R1消耗的功率消耗的功率P1I2R1，解得，解得r1 。 8 設此時電源中通過的電流為設此時電源中通過的電流為I，由閉合電路的歐姆定律有，由閉合電路的歐姆定律有EIrU (2)當開關當開關S2閉合時，設閉合時，設R1兩端的電壓為兩端的電壓為U， 解得解得P出 出 1 606 W。 答案答案(1)1 (2)1 606 W 9 二、閉合電路中的功率問題二、閉合電路中的功率問題 1.電源的總功率電源的總功率 (1)物理意義：電源將其他形式的能轉化為電能的功率。物理

4、意義：電源將其他形式的能轉化為電能的功率。 (2)表達式：表達式：P總 總 EI。 2.電源內(nèi)部消耗的功率電源內(nèi)部消耗的功率 (1)物理意義：電源內(nèi)阻的發(fā)熱功率。物理意義：電源內(nèi)阻的發(fā)熱功率。 (2)表達式：表達式：P內(nèi) 內(nèi) I2r。 3.電源的輸出功率電源的輸出功率 (1)物理意義：電源對外供電功率。物理意義：電源對外供電功率。 (2)表達式：表達式：P出 出 UI。 10 11 12 4.電源的效率電源的效率 13 例例2 (多選多選)如圖所示，已知電源內(nèi)阻為如圖所示，已知電源內(nèi)阻為r，定值電阻，定值電阻R0的阻值也為的阻值也為r，滑動變阻器，滑動變阻器R的的 總電阻為總電阻為2r。若滑動

5、變阻器的滑片。若滑動變阻器的滑片P由由A向向B滑動，則滑動，則() A.電源的輸出功率由小變大電源的輸出功率由小變大 B.定值電阻定值電阻R0消耗的功率由小變大消耗的功率由小變大 C.電源內(nèi)部的電勢降落由大變小電源內(nèi)部的電勢降落由大變小 D.滑動變阻器消耗的功率變小滑動變阻器消耗的功率變小 14 解析解析由題圖可知，當滑動變阻器的滑片由題圖可知，當滑動變阻器的滑片P由由A向向B滑動時，滑動變阻器的有滑動時，滑動變阻器的有 效電阻在減小，外電路電阻由效電阻在減小，外電路電阻由3r逐漸減小為逐漸減小為r，由電源的輸出功率與外電阻的，由電源的輸出功率與外電阻的 關系可知，電源的輸出功率由小變到最大，

6、故選項關系可知，電源的輸出功率由小變到最大，故選項A正確；定值電阻正確；定值電阻R0消耗消耗 的功率為的功率為PR0I2R0，而電流在不斷增大，則，而電流在不斷增大，則R0消耗的功率也由小變大，電源消耗的功率也由小變大，電源 內(nèi)部的電壓降內(nèi)部的電壓降Ir也由小變大，所以也由小變大，所以B正確，正確，C錯誤；對于滑動變阻器消耗的功錯誤；對于滑動變阻器消耗的功 率的變化情況，可把率的變化情況，可把R0r2r看作新電源的內(nèi)阻，可知當看作新電源的內(nèi)阻，可知當R2r時滑動變阻時滑動變阻 器消耗的功率最大，當器消耗的功率最大，當R變小時，其消耗的功率變小，選項變小時，其消耗的功率變小，選項D正確。正確。

7、答案答案ABD 15 方法總結方法總結 (1)定值電阻消耗功率最大時通過的電流最大。定值電阻消耗功率最大時通過的電流最大。 (2)求可變電阻消耗的功率時可將其他電阻等效為電源內(nèi)阻。求可變電阻消耗的功率時可將其他電阻等效為電源內(nèi)阻。 16 例例3 電路圖如圖甲所示，圖乙中圖線是電路中的路端電壓隨電流變化的關系圖像，電路圖如圖甲所示，圖乙中圖線是電路中的路端電壓隨電流變化的關系圖像， 滑動變阻器的最大阻值為滑動變阻器的最大阻值為15 ，定值電阻，定值電阻R03 。 (1)當當R為何值時，為何值時，R0消耗的功率最大？最大值為多少？消耗的功率最大？最大值為多少？ (2)當當R為何值時，電源的輸出功率

8、最大？最大值為多少？為何值時，電源的輸出功率最大？最大值為多少？ 17 思路點撥思路點撥 (1)由圖乙可求出電源的電動勢和內(nèi)阻，注意縱軸坐標原點不從由圖乙可求出電源的電動勢和內(nèi)阻，注意縱軸坐標原點不從0開始。開始。 (2)R0為定值電阻，其電流越大，消耗功率越大。為定值電阻，其電流越大，消耗功率越大。 (3)對電源來說，對電源來說，RR0為電源外阻，當為電源外阻，當rR0R時，電源輸出功率最大。時，電源輸出功率最大。 18 解析解析(1)由題圖乙知電源的電動勢和內(nèi)阻為由題圖乙知電源的電動勢和內(nèi)阻為 由題圖甲分析知道，當由題圖甲分析知道，當R0時，時，R0消耗的功率最大，消耗的功率最大， 19

9、答案答案(1)010.9 W(2)4.5 13.3 W 20 方法總結功率最大值的求解方法方法總結功率最大值的求解方法 (1)流過電源的電流最大時，電源的功率、內(nèi)損耗功率均最大。流過電源的電流最大時，電源的功率、內(nèi)損耗功率均最大。 (2)對某定值電阻來說，其電流最大時功率也最大。對某定值電阻來說，其電流最大時功率也最大。 (3)電源的輸出功率在外電阻等于內(nèi)阻時最大，若不能相等，外電阻越接近內(nèi)阻，電源的輸出功率在外電阻等于內(nèi)阻時最大，若不能相等，外電阻越接近內(nèi)阻， 電源的輸出功率越大。電源的輸出功率越大。 (4)對于外電路中部分可變電阻來說，可以寫出其功率表達式，利用數(shù)學知識求其對于外電路中部分

10、可變電阻來說，可以寫出其功率表達式，利用數(shù)學知識求其 極值。極值。 21 針對訓練針對訓練2 (多選多選)直流電路如圖所示，在滑動變阻器的滑片直流電路如圖所示，在滑動變阻器的滑片P向右移動時，電源的向右移動時，電源的 () A.總功率一定減小總功率一定減小 B.效率一定增大效率一定增大 C.內(nèi)部損耗功率一定減小內(nèi)部損耗功率一定減小 D.輸出功率一定先增大后減小輸出功率一定先增大后減小 22 答案答案ABC 23 針對訓練針對訓練3 在如圖所示的電路中，已知電源電動勢在如圖所示的電路中，已知電源電動勢E3 V，內(nèi)電阻，內(nèi)電阻r1 ，電阻，電阻R1 2 ，滑動變阻器，滑動變阻器R的阻值可連續(xù)增大，

11、問：的阻值可連續(xù)增大，問： (1)當當R多大時，多大時，R消耗的功率最大？最大功率為多少？消耗的功率最大？最大功率為多少？ (2)當當R多大時，多大時，R1消耗的功率最大？最大功率為多少？消耗的功率最大？最大功率為多少？ 24 答案答案(1)3 0.75 W(2)02 W 解析解析(1)把把R1視為內(nèi)電路的一部分，則當視為內(nèi)電路的一部分，則當RR1r3 時，時，R消耗的功率最大，消耗的功率最大， 其最大值為其最大值為 25 三、含容電路的分析與計算三、含容電路的分析與計算 1.電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，此支路相當于斷路，因此電容器電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，此支路

12、相當于斷路，因此電容器 兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓。兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓。 2.電路的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充電路的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充(放放)電。如果電容器兩端電壓升電。如果電容器兩端電壓升 高，電容器將充電；如果電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電。高，電容器將充電；如果電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電。 3.根據(jù)公式根據(jù)公式QCU或或QCU，求電荷量及其變化量。，求電荷量及其變化量。 26 4.分析和計算含有電容器的直流電路時，注意把握以下幾個方面分析和計算含有電容器的直流電路時，注意把握以下幾個方面 (1)電路穩(wěn)定時電容

13、器在電路中就相當于一個阻值無限大的元件，在電容器處電路電路穩(wěn)定時電容器在電路中就相當于一個阻值無限大的元件，在電容器處電路 看成是斷路，畫等效電路時，可以先把它去掉?？闯墒菙嗦?，畫等效電路時，可以先把它去掉。 (2)若要求電容器所帶電荷量時，可在相應的位置補上，求出電容器兩端的電壓，若要求電容器所帶電荷量時，可在相應的位置補上，求出電容器兩端的電壓， 根據(jù)根據(jù)QCU計算。計算。 (3)電路穩(wěn)定時電容器所在支路斷路，與電容器串聯(lián)的電阻兩端無電壓，該電阻相電路穩(wěn)定時電容器所在支路斷路，與電容器串聯(lián)的電阻兩端無電壓，該電阻相 當于導線。當于導線。 (4)當電容器與電阻并聯(lián)后接入電路時，電容器兩端的電

14、壓與并聯(lián)電阻兩端的電壓當電容器與電阻并聯(lián)后接入電路時，電容器兩端的電壓與并聯(lián)電阻兩端的電壓 相等。相等。 (5)電路中的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充、放電，有電路中的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充、放電，有QCU。 27 例例4 如圖所示的電路中，已知電容如圖所示的電路中，已知電容C1C2，電阻，電阻R1R2，電源，電源 電動勢為電動勢為E，內(nèi)阻為，內(nèi)阻為r，當開關，當開關S由閉合狀態(tài)斷開時，下列說法由閉合狀態(tài)斷開時，下列說法 中正確的是中正確的是() A.電容器電容器C1的電荷量增多，電容器的電荷量增多，電容器C2的電荷量減少的電荷量減少 B.電容器電容器C1的電荷量減少，電容

15、器的電荷量減少，電容器C2的電荷量增多的電荷量增多 C.電容器電容器C1、C2的電荷量都增多的電荷量都增多 D.電容器電容器C1、C2的電荷量都減少的電荷量都減少 28 解析解析開關開關S閉合時，電容器閉合時，電容器C1兩端電壓與兩端電壓與R2兩端電壓相等，兩端電壓相等，C2兩端電壓與兩端電壓與R1兩兩 端電壓相等；開關端電壓相等；開關S斷開時，電路斷路，電容器斷開時，電路斷路，電容器C1、C2兩端電壓均等于電源電動兩端電壓均等于電源電動 勢勢E，由，由QCU知，電容器知，電容器C1、C2的電荷量均增多，的電荷量均增多，C正確，正確，A、B、D錯誤。錯誤。 答案答案C 29 例例5 如圖所示，

16、如圖所示，E10 V，r1 ，R1R35 ，R24 ，C100 F。當。當S斷開斷開 時，電容器中帶電粒子恰好處于靜止狀態(tài)。求：時，電容器中帶電粒子恰好處于靜止狀態(tài)。求： (1)S閉合后，帶電粒子加速度的大小和方向；閉合后，帶電粒子加速度的大小和方向； (2)S閉合后流過閉合后流過R3的總電荷量。的總電荷量。 30 31 設帶電粒子加速度為設帶電粒子加速度為a， 32 (2)S閉合后，流過閉合后，流過R3的總電荷量等于電容器上電荷的增加量，所以的總電荷量等于電容器上電荷的增加量，所以QC(UC UC)410 4 C。 。 答案答案(1)g方向豎直向上方向豎直向上(2)410 4 C 33 針對

17、訓練針對訓練4 在如圖所示的電路中，當滑動變阻器的滑片向下移動時，關于電燈在如圖所示的電路中，當滑動變阻器的滑片向下移動時，關于電燈L的的 亮度及電容器亮度及電容器C所帶電荷量所帶電荷量Q的變化判斷正確的是的變化判斷正確的是() A.L變暗，變暗，Q增大增大 B.L變暗，變暗，Q減小減小 C.L變亮，變亮，Q增大增大 D.L變亮，變亮，Q減小減小 34 解析解析當滑動變阻器的滑片向下移動時，變阻器接入電路的電阻減小，外電路當滑動變阻器的滑片向下移動時，變阻器接入電路的電阻減小，外電路 總電阻減小，由閉合電路的歐姆定律知，干路電流增大，電源的內(nèi)電壓增大，總電阻減小，由閉合電路的歐姆定律知，干路電

18、流增大，電源的內(nèi)電壓增大， 則路端電壓減小，燈則路端電壓減小，燈L變暗。電容器極板間電壓等于變阻器兩端的電壓。由上得變暗。電容器極板間電壓等于變阻器兩端的電壓。由上得 知，路端電壓減小，則通過知，路端電壓減小，則通過L燈的電流減小，而干路電流增大，則通過燈的電流減小，而干路電流增大，則通過R1的電流的電流 增大，增大，R1兩端電壓也增大，則滑動變阻器兩端的電壓減小，電容器所帶電荷量兩端電壓也增大，則滑動變阻器兩端的電壓減小，電容器所帶電荷量Q 減小，故減小，故B正確，正確，A、C、D錯誤。錯誤。 答案答案B 35 針對訓練針對訓練5 如圖所示，電源電動勢如圖所示，電源電動勢E10 V，內(nèi)阻可忽略，內(nèi)阻可忽略，R14 ，R26 ，C 30 F，求：，求： (1)S閉合后，穩(wěn)定時通過閉合后，穩(wěn)定時通過R1的電流；的電流； (2)S原來閉合，然后斷開，這個過程中流過原來閉合，然后斷開，這個過程中流過R1的總電荷量。的總電荷量。 36 解析解析(1)S閉合后，電路穩(wěn)定時，閉合后，電路穩(wěn)定時，R1、R2串聯(lián)，串聯(lián)， (2)S閉合時，電容器兩端電壓閉合