2023-2024屆一輪復(fù)習(xí)新人教版 第九章電路及電能 素養(yǎng)提升 學(xué)案

章末素養(yǎng)提升

原創(chuàng)情境新題提升素養(yǎng)

［科學(xué)小報］電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛,

符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。一般采用高效率充電電池,

或燃料電池為動力源。電動汽車無需再用內(nèi)燃機，因此，電動汽車的電

動機相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機,蓄電池相當(dāng)于原來的油箱，由于電能

是二次能源,可以由風(fēng)能、水能、熱能、太陽能等轉(zhuǎn)化而來。

［原創(chuàng)新題1］某物理實驗小組看到一則消息:鋰硫電池的能量密度高,

可使電動汽車的續(xù)航從500km提升至1500km,再提升三倍,手機一

個星期都不需充電。這激起了同學(xué)們對電池的研究興趣,他們從市場

上買來一新款電池,要測量這款電池的電動勢和內(nèi)阻,并利用這個電

池提供電能測量一未知電阻的阻值,設(shè)計了如圖甲所示的實驗電路。

器材如下:

A.待測電池

B.待測電阻Rx（約8Q）

C.電流表人（量程0?1A、內(nèi)阻很小）

D.電流表A（量程0~3A、內(nèi)阻很小）

E.電阻箱（最大阻值99.9Q）

F.開關(guān)一只，導(dǎo)線若干

實驗步驟如下:

⑴根據(jù)電路圖,請在圖乙的實物圖中畫出連線。

⑵根據(jù)記錄的電流表A1的讀數(shù)L和電流表A2的讀數(shù)I2,以勺為縱坐標(biāo),

1I

以對應(yīng)的電阻箱的阻值5為橫坐標(biāo),得到的圖像如圖丙所示。則圖像在

縱軸的截距為,待測電阻RX=Ω（結(jié)果均保留2位有效數(shù)

字）。

⑶

圖丁是以電流表A1的讀數(shù)為橫坐標(biāo)，以電流表A2的讀數(shù)為縱坐標(biāo)得到

的結(jié)果。由圖可求得電池的電動勢E=V,內(nèi)阻r=Ω0

（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）。

解析：⑴根據(jù)電路圖連接實物圖，如圖所示。

⑵電流表Al測通過K的電流，電流表A?測干路電流，同時R與R并聯(lián)，

則由歐姆定律可得R(Lf)=RJ,變形得如爭1,結(jié)合題圖丙可知,縱

軸的截距為1.0;根據(jù)題圖丙中數(shù)據(jù)可知，圖線的斜率為k=W?2=7?2,

根據(jù)關(guān)系式可知,此時的斜率即為K的阻值，即R、的阻值為7.2Ωo

⑶由題意及全電路歐姆定律可得E=Ir+I,R,變形可得L=JaL,即

2xrr

a=ZW,-=2.8,由⑵中R,=7.2Ω解得=3.20Ω,E=8.96V

r0.8rro

答案：(1)圖見解析(2)1.07.2

(3)8.963.20

［原創(chuàng)新題2］電動汽車電池的性能常用兩個物理量來衡量:一是電池

容量Q,即電池能夠存儲的電量,單位是C;另一個是電池的能量密度

P,是指單位質(zhì)量能放出電能的多少,單位是W-h∕kgo某次實驗中質(zhì)

量mo=O?05kg的電池以恒定電流放電時,兩端電壓與流過電池電量的

關(guān)系如圖所示。電池容量檢測系統(tǒng)在電壓為4.0V時顯示剩余電量

100%,電壓為3.0V時顯示剩余電量為Oo通過計算機測得曲線與電

量軸所圍的面積約為7000V-mA?h。重力加速度為go

(1)該電池的能量密度p是多少？

(2)在放電過程中顯示剩余電量從100%到90%用了時間1小時,依據(jù)圖

像信息推測剩余電量從90%到70%約要多少時間？

⑶電動汽車的續(xù)航里程是指單次充電后可以在水平路面上勻速行駛

的最大距離。某電動汽車除電池外總質(zhì)量為M,配上質(zhì)量為m,能量密

度為P的電池,續(xù)航里程為S0已知汽車行駛過程中所受阻力與總質(zhì)

量成正比,驅(qū)動汽車做功的能量占電池總能量的比例確定，為提升該

電動汽車的續(xù)航里程,可以采用增加電池質(zhì)量和提高電池能量密度兩

種方式,請通過計算說明哪種方式更合理。

解析：(1)根據(jù)圖像的坐標(biāo)軸可知，圖像所圍面積的物理意義是qU的

積累,即表示電池存儲的總能量E=7000V?mA?h=7W?h,

根據(jù)題意可知能量密度為P=~,

TTl

解得該電池的能量密度為

PW?h∕kg=140W?h∕kg0

⑵根據(jù)q=It可知I保持不變，電荷量q消耗與時間成t正比。由U-q

圖像可知剩余電量從100%到90%,通過1小時電池放電量約為100

mA?h,當(dāng)剩余電量從90%到70%,通過電池放電電量約400mA?h,則

時間約為4小時。

⑶由題意，阻力與總質(zhì)量成正比,則有

f=k(M+m),

汽車勻速運動，故消耗的電能等于克服阻力做的功

ΔE=fs=k(M+m)s,

設(shè)驅(qū)動汽車做功的能量與電池總能量E的比例為n,則有△E=fs=η

E=ηmP,

可得單次充電行駛最大距離為

s_nmp一ηp

'k(M+τn)k(—+ι),

由表達式可知,s與m為非線性關(guān)系，行駛的最大距離s隨著電池質(zhì)量

m的增力口,提升得越來越慢;若電池質(zhì)量m一定時.，s與P成正比,提升

能量密度P,并不增加阻力，不造成電能額外損耗,可見,提高電池的

能量密度P比增加電池質(zhì)量m更合理。

答案:(1)140W?h/kg(2)4小時

⑶見解析

盤點高考真題檢驗成效

'題點一電表的改裝

1.(2022?遼寧卷，11)某同學(xué)要將一小量程電流表(滿偏電流為250

nA,內(nèi)阻為1.2k。)改裝成有兩個量程的電流表,設(shè)計電路如圖a所

示,其中定值電阻Rι=40Ω,R2=360示

⑴當(dāng)開關(guān)S接A端時一,該電流表的量程為O?mAO

⑵當(dāng)開關(guān)S接B端時,該電流表的量程比接在A端時（選填

“大”或“小”）。

⑶該同學(xué)選用量程合適的電壓表（內(nèi)阻未知）和此改裝電流表測量未

知電阻R*的阻值,設(shè)計了圖b中兩個電路。不考慮實驗操作中的偶然

誤差,則使用（選填“甲”或“乙”）電路可修正由電表內(nèi)阻

引起的實驗誤差。

該裝LJSLl

逋泰JRXEH

甲乙

圖b

■真題解讀

考題題型歸類:考查基本規(guī)律的應(yīng)用一一電流表的改裝。

考查巧妙之處:誤差分析。

解析：（1）由題圖a可知當(dāng)S接A時,R和R2串聯(lián)接入電路,和電流表并

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聯(lián),滿偏時電流表兩端的電壓為Um=Irar=250×10^×l.2×IOV=0.3V0

此時Rl和Rz所在支路的電流為I=Um-°3A=O.75×103A=O.75

R1+R240+360

mA,

所以總電流為I總=L+I=1mA,即量程為0~lmA。

(2)當(dāng)開關(guān)S接B端時一，由題圖a可知R和電流表串聯(lián)再和R?并聯(lián)，當(dāng)

電流表滿偏時，電流表所在支路的電壓IU=L(r+R)>Um,R2所在支路

的電流1'=等>1,則電流表可測量的最大電流I總'=L+I',比接在A

端時大。

⑶甲電路是電流表的外接法,誤差是由電壓表的分流引起的；乙電路

是電流表的內(nèi)接法,誤差是由電流表的分壓引起的，因為題目中電壓

表電阻未知，故采用乙電路的方法可以修正由電表內(nèi)阻引起的實驗誤

差。

答案：(1)1(2)大(3)乙

2.(2022?湖南卷，12)小夢同學(xué)自制了一個兩擋位(“XI”“X10”)

的歐姆表,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示,R。為調(diào)零電阻(最大阻值為RoJ,Rs.

&、Rn為定值電阻Rs+R°m<RWRn,電流計?的內(nèi)阻為RG(RS?RG)。用此歐

姆表測量一待測電阻的阻值，回答下列問題：

⑴短接①②,將單刀雙擲開關(guān)S與m接通，電流計?示數(shù)為Im；保持電

阻R。滑片位置不變,將單刀雙擲開關(guān)S與n接通，電流計?示數(shù)變?yōu)镮”,

則L(選填“大于”或“小于”)lno

⑵將單刀雙擲開關(guān)S與n接通,此時歐姆表的擋位為(選填

“XI”或“X10”）。

⑶若從“義1”擋位換成“義10”擋位,調(diào)整歐姆零點（歐姆零點在電

流計?滿偏刻度處）時,調(diào)零電阻Ro的滑片應(yīng)該調(diào)節(jié)（選填

“向上”或“向下”）o

（4）在“X10”擋位調(diào)整歐姆零點后,在①②間接入阻值為100Ω的

定值電阻R1,穩(wěn)定后電流計?的指針偏轉(zhuǎn)到滿偏刻度的|；取走Ri,在①

②間接入待測電阻R,穩(wěn)定后電流計?的指針偏轉(zhuǎn)到滿偏刻度的B,則

Rx=Ωo

■真題解讀

考題題型歸類:考查基本規(guī)律的應(yīng)用一一歐姆表的原理。

考查巧妙之處:聯(lián)系閉合電路歐姆定律,考查電流表的應(yīng)用。

解析：（1）由于Rn>Rm,所以L大于Ino

⑵將單刀雙擲開關(guān)S與n接通,此時電路中總電阻較大，中值電阻較

大,能接入的待測電阻的阻值也較大,故應(yīng)該為歐姆表的“×10”擋位。

⑶若從“X1”擋位換成“義10”擋位，即開關(guān)S從m撥向n,電路中

的總電阻增大,干路電流減小,為了使電流計滿偏,則需增大電流計所

在支路的電壓,減小其所在支路電阻,故調(diào)零電阻R。的滑片應(yīng)該向上

調(diào)節(jié)。

（4）設(shè)歐姆表內(nèi)部等效電阻為R,根據(jù)閉合電路歐姆定律

有，Ilg=占I=?I磊聯(lián)立解得K=400Ω。

答案：（1）大于（2）X10（3）向上（4）400

題點二實驗的探究創(chuàng)新

3.（2022?浙江6月卷，18）（1）探究滑動變阻器的分壓特性,采用圖1

所示的電路,探究滑片P從A移到B的過程中，負載電阻R兩端的電壓

變化。

圖2

5/0

?uilIllili

V

圖3

①圖2為實驗器材部分連線圖，還需要（選填"af”“bf”“fd”

“fc”“ce”或“eg"）連線。（多選）

②圖3所示電壓表的示數(shù)為V0

③已知滑動變阻器的最大阻值R°=10。，額定電流I=LOA。選擇負

載電阻R=IO。，以R兩端電壓U為縱軸,‘為橫軸（X為AP的長度,L

為AB的長度），得到Uq分壓特性曲線為圖4中的“I"；當(dāng)R=IOOΩ,

分壓特性曲線對應(yīng)圖4中（選填“∏”或“山”）；則滑動變

阻器最大阻值的選擇依據(jù)是。

圖5

⑵兩個相同的電流表G1和Gz如圖5所示連接,晃動Gl表，當(dāng)指針向左

偏轉(zhuǎn)時",靜止的Gz表的指針也向左偏轉(zhuǎn),原因是（多選）。

A.兩表都是“發(fā)電機”

B?G∣表是“發(fā)電機”，G2表是“電動機”

C.Gl表和Gz表之間存在互感現(xiàn)象

D.Gl表產(chǎn)生的電流流入Gz表,產(chǎn)生的安培力使Gz表指針偏轉(zhuǎn)

■真題解讀

考題題型歸類:考查基本規(guī)律的應(yīng)用一一串并聯(lián)電路的分析。

考查巧妙之處:實驗電路的連線,Uj分壓特性曲線的理解。

解析：（1）①由電路圖可知,應(yīng)將電壓表并聯(lián)在電阻箱兩端,又由題圖2

可知電源是兩節(jié)干電池,因此電壓表的量程應(yīng)選擇3V,即連接af;由

于滑動變阻器采用分壓接法，因此滑動變阻器的接線柱c與開關(guān)的接

線柱e相連，即連接ce;電阻箱的接線柱f應(yīng)連接在滑動變阻器上側(cè)

的一個接線柱上，即連接fdo

②由題圖3可知電壓表的讀數(shù)為1.50Vo

③在X相同的條件下，電阻箱的阻值越大，電阻箱與滑動變阻器AP部

分并聯(lián)的電阻值越接近AP部分的真實阻值，電壓表的示數(shù)越大，因此

當(dāng)R=IOO。時，分壓特性曲線對應(yīng)題圖4中的∏,由以上分析可知滑

動變阻器的最大阻值越小，圖線越接近直線，因此選擇的依據(jù)為R0<Ro

（2）晃動Gl表,當(dāng)指針向左偏轉(zhuǎn)時,靜止的Gz表的指針也向左偏轉(zhuǎn),其

原因是G表中的線圈在磁場中做切割磁感線運動產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，

閉合回路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流,則G2表中線圈存在電流,線圈受安培力

的作用，使得Gz表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此Gl表是“發(fā)電機”，Gz表是“電

動機”，B、D正確,A、C錯誤。

答案：（1）①af、fd、ce②1.50③∏R0<R（2）BD

4.（2022?河北卷，12）某物理興趣小組利用廢棄電飯煲的部分器材自

制簡易電飯煲,設(shè)計電路如圖甲所示。選用的器材有：限溫開關(guān)S,（手

動將其按下,開始持續(xù)加熱煮飯，當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于103℃時自動斷開,

之后不能自動閉合）；保溫開關(guān)Sz（當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于80C時自動斷開,

溫度低于70℃時自動閉合）；電飯煲的框架（結(jié)構(gòu)如圖乙所示）。自備

元件有:加熱電阻絲R（阻值為60Q,用于加熱煮飯）；限流電阻RI和

Rz（阻值均為IkQ）;指示燈L1和1^2.5V,0.6W,當(dāng)電流低于30mA

時可視為熄滅）；保險絲T。

甲

觸點（電熱板電源開關(guān)）

乙

（1）按照興趣小組設(shè)計的電路,下列說法正確的是（多選）。

A按下Si,I和L2均發(fā)光

B.當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于103℃Ht,S1自動斷開,L和Lz均發(fā)光

C.保溫過程中,S2自動在閉合、斷開狀態(tài)之間交替切換

D.當(dāng)鍋內(nèi)溫度低于70C時,S?自動閉合,L發(fā)光（2熄滅

⑵簡易電飯煲制作完成后,試用時L始終不亮,但加熱和保溫功能均

正常。在不增加元件的前提下，斷開電源,使用多用電表判斷發(fā)生故障

的元件。下列操作步驟的正確順序是（填寫各步驟前的

字母）。

A.將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“X100”位置

B.將兩支表筆直接接觸,調(diào)節(jié)“歐姆調(diào)零旋鈕”，使指針指向歐姆零點

C.調(diào)整“指針定位螺絲”，使指針指到零刻度

D.測量指示燈L兩端的阻值

E.將選擇開關(guān)置于OFF位置或交流電壓最高擋

操作時,將多用電表兩表筆與L兩端接觸,若指針如圖丙所示,可判斷

是斷路損壞;若指針如圖丁所示,可判斷是斷路損

壞。（用電路中的元件符號表示）

考題題型歸類:考查基本規(guī)律的應(yīng)用一一串并聯(lián)電路的分析

考查巧妙之處：電路故障的判斷

解析：（1）按下Sl后L2支路被短路,則L2不會發(fā)光,A錯誤;當(dāng)鍋內(nèi)溫度

高于103℃時,S∣斷開,而溫度要降到70℃以下時SZ才會閉合,則此

時L2可能發(fā)光,此時電路中R與Rl和L1的串聯(lián)部分并聯(lián),并聯(lián)的整體

“2

再和L2皿串聯(lián),則L和L2的電阻均為R=?PIo.42Q,Rj產(chǎn)56.64Ω,

則回路總電阻R總=1067.06。，則回路總電流I總=答p0?21A,則

L2一定發(fā)光,此時并聯(lián)的整體的電壓為U并=