金版教程物理2024導(dǎo)學(xué)案必修第冊人教版新第十二章 電能 能量守恒定律實驗：電池電動勢和內(nèi)阻的測量含答案

《金版教程(物理）》2024導(dǎo)學(xué)案必修第冊人教版新第十二章電能能量守恒定律3.實驗：電池電動勢和內(nèi)阻的測量1．掌握伏安法測量電池電動勢和內(nèi)阻的原理，會選用實驗器材正確連接電路并進行實驗數(shù)據(jù)處理。2.理解“伏阻法”“安阻法”測量電池電動勢和內(nèi)阻的原理，掌握其數(shù)據(jù)處理方法。3.嘗試進行電源電動勢和內(nèi)阻測量誤差的分析，了解測量中減小誤差的辦法。一實驗思路(伏安法)如圖所示電路中，E＝U＋Ir，如果能測出U、I的兩組數(shù)據(jù)，就可以列出兩個關(guān)于E、r的方程，從中解出E、r。然而只測量兩組數(shù)據(jù)，通過聯(lián)立解方程解得E和r，誤差可能較大，應(yīng)該eq\x(\s\up1(01))多次測量，并對數(shù)據(jù)處理，才能減小誤差。所以，應(yīng)該使用eq\x(\s\up1(02))滑動變阻器改變外電路電阻，進行多次測量。二實驗器材電池、開關(guān)、滑動變阻器、電壓表、電流表、導(dǎo)線。三實驗步驟1．確定電流表、電壓表的量程，按圖連接好電路，并將滑動變阻器的滑片移到使接入電路的阻值最大的一端。2．閉合開關(guān)S，接通電路，將滑動變阻器的滑片由一端向另一端移動，從電流表有明顯讀數(shù)開始，記錄一組電流表、電壓表讀數(shù)。3．用同樣的方法，依次記錄多組U、I值。4．斷開開關(guān)S，拆除電路。5．用公式法或圖像法求出電池的電動勢和內(nèi)阻。探究1測量過程·獲取數(shù)據(jù)仔細觀察下列圖片，認真參與“師生互動”。活動1：本實驗的研究對象是什么？研究什么？提示：本實驗的研究對象是電源，要測出它的電動勢和內(nèi)阻?；顒?：本實驗的原理圖應(yīng)是上圖中的哪個？為什么不選另一個圖？提示：本實驗的原理圖是圖甲。盡管圖甲的接法也存在誤差，但是圖乙測出的內(nèi)阻是電源的內(nèi)阻和電流表的內(nèi)阻之和，而這兩個內(nèi)阻一般來說大小不相上下，則測出的結(jié)果沒有實際價值?；顒?：本實驗要獲得的是什么數(shù)據(jù)？測兩組數(shù)據(jù)夠嗎？提示：要通過電壓表、電流表獲得路端電壓和電路的電流這兩個數(shù)據(jù)。根據(jù)實驗原理，兩組數(shù)據(jù)就可以解出E、r，但誤差可能很大。為了減小誤差，只有兩組數(shù)據(jù)還不夠，還應(yīng)該調(diào)節(jié)滑動變阻器獲得多組數(shù)據(jù)?；顒?：本實驗中有哪些注意事項？提示：(1)為使電池的路端電壓有明顯變化，應(yīng)選取內(nèi)阻較大的舊干電池。(2)為了減小電壓表分流帶來的誤差，應(yīng)選內(nèi)阻較大的電壓表。(3)實驗中不能將電流調(diào)得過大，且讀數(shù)要快，讀完后立即切斷電源，防止干電池大電流放電時間過長導(dǎo)致內(nèi)阻r發(fā)生明顯變化。(4)為了提高測量的精確度，在實驗中I、U的變化范圍要大一些，計算E、r時，U1和U2、I1和I2的差值要大一些。探究2分析數(shù)據(jù)·得出結(jié)論活動1：本實驗處理數(shù)據(jù)的方法有哪些？請詳述。提示：為減小測量誤差，本實驗常選用以下兩種數(shù)據(jù)處理方法：(1)公式法依次記錄多組數(shù)據(jù)(一般為6組)，如表所示：實驗序號123456I/AI1I2I3I4I5I6U/VU1U2U3U4U5U6分別將第1、4組，第2、5組，第3、6組聯(lián)立方程解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，分別求平均值。(2)圖像法把測出的多組U、I值，在U-I圖中描點畫線，使U-I圖像的直線經(jīng)過大多數(shù)坐標點，不在直線上的點大致均勻分布在直線的兩側(cè)，如圖甲所示。由于電源的內(nèi)阻較小，如果干電池的路端電壓變化不是很明顯，作圖像時，縱軸標度可適當大些，且縱軸起點可不從零開始，如圖乙所示?；顒?：通過分析活動1中的實驗數(shù)據(jù)，你能得到什么結(jié)論？提示：(1)對解方程組得到的電動勢和內(nèi)阻分別求平均值得到E＝eq\f(E1＋E2＋E3,3)、r＝eq\f(r1＋r2＋r3,3)，就是我們要測的電源電動勢和內(nèi)阻。(2)根據(jù)U＝－Ir＋E，對作出的U-I圖像分析可知：①縱軸截距等于電源的電動勢E，橫軸截距等于外電路短路時的電流I短＝eq\f(E,r)。②圖線斜率的絕對值等于電源的內(nèi)阻r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))＝eq\f(E,I短)。如果U－I圖像所在坐標系，縱軸的起點不為零，此時圖線與縱軸交點的縱坐標仍為電池的電動勢E，但圖線與橫軸交點的橫坐標不再是短路電流，內(nèi)阻要在直線上取較遠的兩點，用r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))求出。注意：此時不能用r＝eq\f(E,I短)來計算內(nèi)阻，因為I短未知，例如圖乙中的0.6A并不是短路電流，短路電流未知。探究3誤差分析·實驗創(chuàng)新1．偶然誤差(1)由于電表讀數(shù)不準引起的誤差。(2)用圖像法求E和r時，由于作圖不準確造成的誤差。(作圖像時，若縱軸起點不從零開始，可以減小作圖誤差)2．系統(tǒng)誤差由于電壓表分流IV，使電流表示數(shù)I小于電池的輸出電流I真。I真＝I＋IV，而IV＝eq\f(U,RV)，U越大，IV越大，它們的關(guān)系可用圖表示。實測的圖線為AB，經(jīng)過IV修正后的圖線為A′B，可看出AB的斜率絕對值和在縱軸上的截距都小于A′B，即實測的E和r都小于真實值。3．兩種電路的誤差分析對比根據(jù)等效法，將電壓表或電流表看成電源的組成部分，其余部分略去不畫。作出兩種電路的等效電源，如圖甲、乙。(1)甲圖：誤差來源于電壓表的分流作用。E測＝eq\f(RV,RV＋r)·E＜E，r測＝eq\f(RVr,RV＋r)＜r。(從“2”中的圖的實線和虛線的對比也能直接看出大小關(guān)系)(2)乙圖：誤差來源于電流表的分壓作用。E測＝E，r測＝r＋RA＞r(如下圖分析)。根據(jù)E＝U＋Ir測量電源的電動勢和內(nèi)阻，需要兩個電表分別來測電流和電壓，我們稱其為方案一。如果只用一個電表測出電流或電壓，如何完成實驗？方案二：安阻法(1)原理：E＝U＋Ir可以寫成E＝IR＋Ir。由此可知，只要能得到I、R的兩組數(shù)據(jù)，列出關(guān)于E、r的兩個方程，就能解出E、r。(2)器材：電路圖如圖所示。用到的器材有電池、開關(guān)、導(dǎo)線、電阻箱、電流表。(3)數(shù)據(jù)處理①公式法eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝I1R1＋I1r,E＝I2R2＋I2r))②圖像法：由E＝IR＋Ir得：eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)R＋eq\f(r,E)。作出eq\f(1,I)-R圖像，如圖所示。由圖像的斜率和截距求解。(4)誤差分析：測得的電源電動勢無偏差，電源內(nèi)阻偏大。若已知電流表內(nèi)阻，可消除測電源內(nèi)阻的誤差。方案三：伏阻法(1)原理：E＝U＋Ir可以寫成E＝U＋eq\f(U,R)r。由此可知，只要能得到U、R的兩組數(shù)據(jù)，列出關(guān)于E、r的兩個方程，就能解出E、r。(2)器材：電路圖如圖所示。用到的器材有電池、開關(guān)、導(dǎo)線、電阻箱、電壓表。(3)數(shù)據(jù)處理①公式法eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋\f(U1,R1)r,E＝U2＋\f(U2,R2)r))②圖像法：由E＝U＋eq\f(U,R)r得：eq\f(1,U)＝eq\f(r,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(1,E)。作出eq\f(1,U)－eq\f(1,R)圖像，如圖所示。由圖像的斜率和截距求解。(4)誤差分析：測得的電源電動勢和電源內(nèi)阻均偏小。探究4典例探究·提升能力例某實驗小組利用如圖所示電路測定一節(jié)電池的電動勢和內(nèi)電阻，備有下列器材：①待測電池：電動勢約為1.5V(小于1.5V)；②電流表：量程0～3mA；③電流表：量程0～0.6A；④電壓表：量程0～1.5V；⑤電壓表：量程0～3V；⑥滑動變阻器：0～20Ω；⑦開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。(1)請選擇實驗中需要的器材________(選填標號)。(2)按電路圖將實物(如圖甲所示)連接起來。(3)小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的U-I圖像如圖乙所示，由圖像可求得電源電動勢為________V，內(nèi)電阻為________Ω。[規(guī)范解答](1)一節(jié)電池的內(nèi)阻較小，約為幾歐，電流表量程為0～3mA不能滿足實驗需要，故選量程為0～0.6A的電流表；待測電池電動勢小于1.5V，為精確測量，故選量程為0～1.5V的電壓表；滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線是電路必需器材，故所需器材為：①③④⑥⑦。(2)如圖所示。(3)根據(jù)圖像得：E＝1.40V，r＝2.8Ω。[答案](1)①③④⑥⑦(2)圖見規(guī)范解答(3)1.402.8實驗點撥選擇儀器時注意掌握的原則(1)安全性原則，即一定要保證儀器的安全，對電表來講不超量程，對滑動變阻器來講不能超其額定電流。(2)精確性原則，即要保證測量時讀數(shù)精確，對電表來講在不超量程的前提下，盡量選用小量程的，對歐姆表來講盡量讓指針指在中值刻度附近。(3)方便性原則，此原則主要針對滑動變阻器來講，在滑動變阻器控制電路時，電路的電壓、電流的變化范圍要盡可能大，以便獲取多組測量值，滑片的滑動范圍也要盡可能大，以便于調(diào)節(jié)。[變式訓(xùn)練]某研究性學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的電路測量某電池的電動勢E和內(nèi)阻r。由于電池的內(nèi)阻很小，因此在電路中接入了一個阻值為2.0Ω的定值電阻R0，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，讀出電壓表相應(yīng)的示數(shù)，得到了如下數(shù)據(jù)：電阻箱讀數(shù)R/Ω40.0020.0012.008.006.005.00電壓表示數(shù)U/V1.891.781.661.571.431.35(1)為了比較準確地得出實驗結(jié)論，該小組的同學(xué)準備用圖像來處理實驗數(shù)據(jù)。圖像的縱坐標表示電壓表示數(shù)U，則圖像的橫坐標表示的物理量應(yīng)該是______________。(2)計算出與每組數(shù)據(jù)對應(yīng)的物理量并填在表格中。(3)在下圖所示的圖像中作圖，利用圖像得出E＝________V，r＝________Ω。答案(1)電壓U與電阻R的比值eq\f(U,R)(或電流I)(2)表格中數(shù)據(jù)如下：電阻箱讀數(shù)R/Ω40.0020.0012.008.006.005.00電壓表示數(shù)U/V1.891.781.661.571.431.35eq\f(U,R)/A0.0470.0890.1380.1960.2380.270(3)圖見解析2.00.4解析(1)由閉合電路的歐姆定律可得E＝U＋eq\f(U,R)·(R0＋r)，所以有U＝E－eq\f(U,R)·(R0＋r)；顯然，若用eq\f(U,R)作為圖像的橫坐標，可得一次函數(shù)，則圖像是直線，圖像與縱軸的截距表示電池的電動勢，圖像斜率的絕對值表示R0＋r。(2)根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)，找出電壓表示數(shù)U與所對應(yīng)電阻的阻值R，由歐姆定律I＝eq\f(U,R)可求出相應(yīng)的電流。(3)根據(jù)(2)中所得數(shù)據(jù)，在坐標系中描出對應(yīng)的點，然后根據(jù)坐標系中的點作直線，作出電池的路端電壓與電流關(guān)系圖像如圖所示；由圖像可知，該電池電動勢E＝2.0V；由于圖像斜率的絕對值等于電池內(nèi)阻與定值電阻阻值之和，得r＋R0＝eq\f(2.00－1.43,0.238－0)Ω＝2.4Ω，得電池的內(nèi)阻r＝2.4Ω－2.0Ω＝0.4Ω。1．為了測出電池的電動勢和內(nèi)阻，除待測電池和開關(guān)、導(dǎo)線以外，配合下列哪組儀器，不能達到實驗?zāi)康?)A．一個電流表和一個電阻箱B．一個電壓表、一個電流表和一個滑動變阻器C．一個電壓表和一個電阻箱D．一個電流表和一個滑動變阻器答案D解析根據(jù)E＝I(R＋r)，由電流表測出電流，用電阻箱讀出外電阻的阻值，可以求出E、r，A正確；根據(jù)E＝U＋Ir，由電流表測出電流，由電壓表測出電壓，可以求出E、r，B正確；根據(jù)E＝U＋eq\f(Ur,R)，由電壓表測出電壓，用電阻箱讀出外電阻的阻值，可以求出E、r，C正確；因為滑動變阻器不能讀出電阻的數(shù)值，所以只有一個電流表和一個滑動變阻器，測不出電池電動勢和內(nèi)阻，D錯誤。2．下列給出多種用伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻的數(shù)據(jù)，處理方法既能減小偶然誤差，又直觀、簡便的是()A．測出兩組I、U的數(shù)據(jù)，代入方程組E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E和rB．多測幾組I、U的數(shù)據(jù)，求出幾組E、r，最后分別求出其平均值C．測出多組I、U的數(shù)據(jù)，畫出U-I圖像，再根據(jù)圖像求出E、rD．多測幾組I、U的數(shù)據(jù)，分別求出I和U的平均值，用電壓表測出斷路時的路端電壓即為電動勢E，再用閉合電路的歐姆定律求出電池內(nèi)阻r答案C解析A中只測量兩組數(shù)據(jù)求出E、r，偶然誤差較大；B中計算E、r平均值雖然能減小誤差，但太繁瑣；D中分別求出I、U的平均值再求解的方法是錯誤的。3．某探究小組做“測定干電池的電動勢和內(nèi)電阻”的實驗。(1)他們設(shè)計了如圖1所示的甲、乙兩個實驗原理圖，由于干電池的內(nèi)電阻較小，為使測量結(jié)果比較準確，實驗中應(yīng)該選用圖1中________所示的原理圖。(2)為了便于測量，探究小組的付同學(xué)將一個R0＝3.0Ω的電阻與電池串聯(lián)后再進行實驗，圖2為所需的實驗器材，其中已連接一部分導(dǎo)線，請你按選中的實驗原理圖用筆畫線代替導(dǎo)線把電路補畫完整。(3)根據(jù)付同學(xué)測得的數(shù)據(jù)，在U-I圖中描出的點跡如圖3所示，請在圖中畫出U-I圖線，并利用圖像得出干電池的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。(4)考慮電表本身電阻對測量結(jié)果的影響，實驗所得的干電池的電動勢和內(nèi)阻的測量值與真實值比較，E測________E真，r測________r真。(選填“<”“＝”或“>”)答案(1)甲(2)見解析圖a(3)見解析圖b1.60(1.58～1.62均可)0.33(0.31～0.35均可)(4)<<解析(1)由于干電池的內(nèi)電阻較小，故若將電流表采用內(nèi)接法(相對于電源)直接與電源串聯(lián)，則電流表內(nèi)阻對測量結(jié)果影響較大，應(yīng)采用電流表外接法，故應(yīng)選用甲電路。(2)由圖1甲原理圖可知，連線如圖a所示。(3)由描點法作出U-I圖線如圖b所示，圖像的縱截距表示干電池的電動勢，圖像的斜率的絕對值表示干電池的內(nèi)阻與R0之和，則由圖像可知，干電池的電動勢為1.60V(1.58～1.62V均可)，內(nèi)電阻r＝eq\f(1.60－0.60,0.30)Ω－3.0Ω＝0.33Ω(0.31～0.35Ω均可)。(4)本實驗中由于電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比真實值小，通過電壓表的電流IV＝eq\f(U,RV)，U越大，IV越大，在干電池的U-I圖中畫出考慮IV后的圖像，如圖c所示，由U-I圖知E測<E真，r測<r真。4．小管同學(xué)想要測量“蘋果電池”的電動勢和內(nèi)阻。實驗室提供的器材如下：A．利用銅片、鋅片與蘋果制成的一個水果電池B．電流表A(0～200μA，內(nèi)阻為2500Ω)C．電壓表V(0～3V，內(nèi)阻約3kΩ)D．電阻箱R1(0～9999.9Ω)E．滑動變阻器R2(最大阻值100Ω)F．開關(guān)一個，導(dǎo)線若干(1)用上述器材，小管同學(xué)做了以下實驗：將“蘋果電池”的兩極直接與電壓表相連(圖1)，電壓表讀數(shù)(圖2)為________V，記為U；再將“蘋果電池”的兩極直接與電流表相連，電流表讀數(shù)為150μA，她利用關(guān)系式“r＝eq\f(U,150)×106－2500(U的單位為V，r的單位為Ω)”來估算“蘋果電池”的內(nèi)阻，那么該測量值________(填“大于”“小于”或“等于”)真實內(nèi)阻；(2)為更準確地測量出“蘋果電池”的電動勢和內(nèi)阻，小管又利用上述儀器設(shè)計了以下四個電路，其中最合理的電路為________。答案(1)0.50(0.49～0.51均可)小于(2)A解析(1)電壓表量程為0～3V，分度值為0.1V，要估讀一位，讀數(shù)為0.50V。第一次與電壓表相連，電池有內(nèi)阻，根據(jù)閉合電路歐姆定律得U＋eq\f(Ur真,RV)＝E，U<E；第二次與電流表相連時，根據(jù)閉合電路歐姆定律得I＝eq\f(E,RA＋r真)，則r真＝eq\f(E,I)－RA，又因為r測＝eq\f(U,I)－RA，U<E，所以r測<r真，即內(nèi)阻測量值小于真實值。(2)電流表的內(nèi)阻已知，電壓表內(nèi)阻準確值未知，所以B、C選項的電路存在系統(tǒng)誤差，A、D選項的電路不存在系統(tǒng)誤差；由(1)中r＝eq\f(U,150)×106－2500，可知“蘋果電池”內(nèi)阻約為800Ω，電源內(nèi)阻遠大于滑動變阻器的阻值，若用D選項測量，電路中電壓表讀數(shù)過小，讀數(shù)誤差偏大，故選A。5．根據(jù)閉合電路的歐姆定律，用圖甲所示的電路可以測定電池的電動勢和內(nèi)阻。圖中R0是定值電阻，通過改變R的阻值，測出R0兩端的對應(yīng)電壓U12，對所得的實驗數(shù)據(jù)進行處理，就可以實現(xiàn)測量目的。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在eq\f(1,U12)－R坐標系中描出坐標點，如圖乙所示。已知R0＝150Ω，請完成以下數(shù)據(jù)分析和處理。(1)圖乙中電阻為________Ω的數(shù)據(jù)點應(yīng)剔除。(2)在圖乙上畫出eq\f(1,U12)－R關(guān)系圖線。(3)圖線的斜率是________V－1·Ω－1，由此可得電池電動勢E＝________V。答案(1)80(2)圖見解析(3)0.004561.46解析(1)根據(jù)畫圖描點原則應(yīng)舍掉電阻為80Ω的點。(2)連線時應(yīng)該用平滑曲線擬合，使線過盡可能多的點，不在線上的數(shù)據(jù)點均勻分布在線的兩側(cè)，如圖所示。(3)根據(jù)閉合電路的歐姆定律得E＝U12＋eq\f(U12,R0)·(R＋r)，所以eq\f(1,U12)＝eq\f(1,E)＋eq\f(R,R0E)＋eq\f(r,ER0)，由eq\f(1,U12)-R關(guān)系圖可知斜率eq\f(1,R0E)＝eq\f(1.52－0.70,180)V－1·Ω－1＝0.00456V－1·Ω－1，即E＝1.46V。6．一課外小組同學(xué)想要測量一個電源的電動勢及內(nèi)阻。準備的器材有：電流表(0～200mA，內(nèi)阻是12Ω)，電阻箱R(最大阻值9.9Ω)，一個開關(guān)和若干導(dǎo)線。(1)由于電流表A的量程較小，考慮到安全因素，同學(xué)們將一個定值電阻和電流表并聯(lián)，若要使并聯(lián)后流過定值電阻的電流是流過電流表的電流的2倍，則定值電阻的阻值R0＝________Ω。(2)設(shè)計的電路圖如圖甲所示。若實驗中記錄電阻箱的阻值R和電流表的示數(shù)I，并計算出eq\f(1,I)，得到多組數(shù)據(jù)后描點作出R－eq\f(1,I)圖線如圖乙所示，則該電源的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。答案(1)6(2)62解析(1)由題意可知，設(shè)通過電流表的電流為I，則通過電阻R0的電流為2I，根據(jù)并聯(lián)分流，則R0＝eq\f(1,2)RA＝6Ω。(2)R0與RA并聯(lián)后的電阻為R1＝eq\f(6×12,6＋12)Ω＝4Ω，根據(jù)閉合電路的歐姆定律：E＝3I(R＋R1＋r)，變形可得R＝eq\f(E,3)·eq\f(1,I)－(4＋r)；由題圖乙圖線可知4＋r＝6，eq\f(E,3)＝eq\f(6,3)，則r＝2Ω，E＝6V。7．實驗室中準備了下列器材：待測干電池(電動勢約1.5V，內(nèi)阻約1.0Ω)電流表G(滿偏電流1.5mA，內(nèi)阻10Ω)電流表A(量程0～0.60A，內(nèi)阻約0.10Ω)滑動變阻器R1(0～20Ω，2A)滑動變阻器R2(0～100Ω，1A)定值電阻R3＝990Ω、開關(guān)S和導(dǎo)線若干(1)小明同學(xué)選用上述器材(滑動變阻器只選用了一個)測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻。為了能較為準確地進行測量并操作方便，實驗中選用的滑動變阻器應(yīng)是________。(填代號)(2)請在虛線框中畫出他的實驗電路圖。(3)下圖為小明根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的I1－I2圖線(I1為電流表G的示數(shù)，I2為電流表A的示數(shù))，由該圖線可得：被測干電池的電動勢E＝________V，內(nèi)電阻r＝________Ω。答案(1)R1(2)圖見解析(3)1.470.76解析(1)題中沒有電壓表，需將電流表G與定值電阻R3串聯(lián)，使之相當于電壓表，計算可得電壓表量程為U＝IG(RG＋R3)＝1.5V，再由電流表A的量程可知，滑動變阻器的電阻最小可調(diào)至eq\f(1.5V,0.6A)－1.0Ω－0.10Ω＝1.4Ω，為了電壓、電流測量準確，且操作方便，滑動變阻器應(yīng)選用R1。(2)電路圖如圖所示。(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律可得E＝(I1＋I2)r＋I1(R3＋RG)，整理得I1＝－eq\f(r,R3＋RG＋r)I2＋eq\f(E,R3＋RG＋r)。將所給圖像延長，與縱軸及橫軸相交如下圖所示，縱軸截距為b＝1.47×10－3A，斜率大小為k＝eq\f(1.47－1,0.62)×10－3≈0.76×10－3，又由于斜率大小為k＝eq\f(r,R3＋RG＋r)，縱軸截距為b＝eq\f(E,R3＋RG＋r)，代入數(shù)據(jù)得E≈1.47V，r≈0.76Ω。8．太陽能被譽為是理想的能源，太陽能發(fā)電技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)生活中，如圖甲的光伏路燈就是利用太陽能發(fā)電技術(shù)，通過電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苡靡哉彰鳌Ｄ硨嶒炁d趣小組取一片太陽能電池板來驗證太陽能電池的發(fā)電性能，設(shè)計實驗電路如圖乙所示。主要實驗步驟如下：①按設(shè)計電路圖連接好實物圖；②用強度為E0的光照射該電池，閉合開關(guān)S，多次調(diào)節(jié)滑動變阻器R，讀出多組電壓表和電流表的示數(shù)?；卮鹨韵聠栴}：(1)閉合開關(guān)S前，應(yīng)將滑動變阻器的滑片P置于________(選填“a”或“b”)處；(2)根據(jù)所讀出的每組電壓和電流描繪出該電池的U-I圖像如圖丙所示，已知曲線Ⅰ和曲線Ⅱ一條為依據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪的曲線，一條為理論曲線，圖丙中依據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪出的曲線為________(選填“曲線Ⅰ”或“曲線Ⅱ”)；(3)當滑動變阻器的滑片P由b向左移動時，該電池的內(nèi)阻先________再________；(均選填“增大”“減小”或“不變”)(4)用強度為E0的光照射該太陽能電池，并將該電池與一定值電阻R0＝4Ω相連接，通過以上實驗的數(shù)據(jù)可得此時該電池在強度為E0的光照射下的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案(1)b(2)曲線Ⅱ(3)不變增大(4)2.606.40解析(1)閉合開關(guān)S前，應(yīng)將滑動變阻器的滑片P置于b處，使剛閉合S時電路的電流最小，以保護實驗儀器。(2)由于電壓表的分流，電流表測量的電流小于干路總電流，即相同路端電壓時，電流實驗值較小，所以依據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪出的曲線為曲線Ⅱ。(3)根據(jù)U＝E－Ir可知，r＝eq\f(E－U,I)，則電源的U-I圖像中，圖線上某點與圖線和縱軸交點的連線的斜率的絕對值即為該點對應(yīng)的電源內(nèi)阻大小，當滑動變阻器的滑片P由b向左移動時，外電路電阻減小，電流增加，由題圖丙可知該電池的內(nèi)阻先不變再增大。(4)由題圖丙的實驗曲線Ⅱ可知縱截距即電池的電動勢E＝2.60V，作出定值電阻R0的U-I圖線如圖，與曲線Ⅱ的交點坐標為U＝1.00V，I＝250mA，根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝U＋Ir，得r＝6.40Ω。4．能源與可持續(xù)發(fā)展1．理解能量守恒定律。2.理解能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性，了解什么是能量的耗散和品質(zhì)降低，增強節(jié)約能源的意識。3.知道什么是不可再生能源和可再生能源，了解新能源的開發(fā)和利用，及其對人們生產(chǎn)、生活的影響。4.認識能源與社會發(fā)展的關(guān)系，知道可持續(xù)發(fā)展的重大意義和要求，增強保護環(huán)境的意識。一能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式eq\x(\s\up1(01))轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體eq\x(\s\up1(02))轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量eq\x(\s\up1(03))保持不變。二能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性1．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是eq\x(\s\up1(01))不可逆的。2．能量的耗散(1)定義：燃料燃燒時一旦把熱量釋放出去，就不會再次自動聚集起來供人類重新利用；電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能又通過燈泡轉(zhuǎn)化為eq\x(\s\up1(02))內(nèi)能和eq\x(\s\up1(03))光能，熱和光被其他物質(zhì)吸收之后變成周圍環(huán)境的eq\x(\s\up1(04))內(nèi)能，很難把這些eq\x(\s\up1(05))內(nèi)能收集起來重新利用。這種現(xiàn)象叫作能量的耗散。(2)能量的耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上雖未eq\x(\s\up1(06))減少，但在可利用的品質(zhì)上eq\x(\s\up1(07))降低了，從eq\x(\s\up1(08))便于利用的能源變成eq\x(\s\up1(09))不便于利用的能源。(3)能量的耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有eq\x(\s\up1(10))方向性。三能源的分類與應(yīng)用1．不可再生能源：eq\x(\s\up1(01))煤炭、eq\x(\s\up1(02))石油和eq\x(\s\up1(03))天然氣是目前人類生產(chǎn)、生活中使用的主要能源，這類能源又叫作eq\x(\s\up1(04))化石能源。eq\x(\s\up1(05))化石能源無法在短時間內(nèi)再生，所以這類能源被叫作不可再生能源。2．可再生能源：eq\x(\s\up1(06))水能和eq\x(\s\up1(07))風(fēng)能等能源，歸根結(jié)底來源于eq\x(\s\up1(08))太陽能。這些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。3．新能源：eq\x(\s\up1(09))太陽能、水能、風(fēng)能、eq\x(\s\up1(10))核能。四能源與社會發(fā)展1．人類對能源的利用大致經(jīng)歷了eq\x(\s\up1(01))柴薪時期、eq\x(\s\up1(02))煤炭時期、eq\x(\s\up1(03))石油時期。2．環(huán)境問題：過度使用化石能源帶來的環(huán)境問題有eq\x(\s\up1(04))溫室效應(yīng)、eq\x(\s\up1(05))酸雨、eq\x(\s\up1(06))光化學(xué)煙霧等。3．可持續(xù)發(fā)展：核心是追求發(fā)展與eq\x(\s\up1(07))資源、eq\x(\s\up1(08))環(huán)境的平衡：既滿足當代人的需求，又不損害子孫后代的需求。需要樹立新的能源安全觀，并轉(zhuǎn)變能源的eq\x(\s\up1(09))供需模式。一方面要大力提倡eq\x(\s\up1(10))節(jié)能，另一方面要發(fā)展eq\x(\s\up1(11))可再生能源以及天然氣、清潔煤和核能等在生產(chǎn)及消費過程中對生態(tài)環(huán)境的污染程度低的eq\x(\s\up1(12))清潔能源，推動形成人與自然和諧發(fā)展的生態(tài)文明。判一判(1)能源是取之不盡、用之不竭的。()(2)能源是有限的，特別是煤炭、石油、天然氣等。()(3)大量消耗化石能源會使環(huán)境惡化，故提倡開發(fā)利用新能源。()(4)能源開發(fā)和利用時，必須考慮到對生態(tài)環(huán)境的保護。()提示：(1)×(2)√(3)√(4)√探究1能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性仔細觀察下列圖片，認真參與“師生互動”?；顒?：如圖所示，燃料的化學(xué)能能夠全部轉(zhuǎn)化為有用的機械能嗎？提示：不能?；顒?：燃料的化學(xué)能有些轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如廢氣內(nèi)能、散熱損失、機械損失，這些能量能夠再全部轉(zhuǎn)化為有用的機械能嗎？提示：不能。活動3：廢氣內(nèi)能可以再全部轉(zhuǎn)化為燃料的化學(xué)能嗎？提示：不可以?；顒?：能量是守恒的，為什么還要節(jié)約能源？提示：能量雖然是守恒的，但是根據(jù)上述分析，可以利用的能源會越來越少，所以要節(jié)約能源。1．對能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性的理解(1)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。例如，把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，過一會兒，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后水和雞蛋的溫度相同。假設(shè)達到相同溫度的雞蛋和水能自發(fā)地變成原來的溫度的熱雞蛋和冷水，那么原來的過程就是可逆的。但事實上這個現(xiàn)象是不可逆的。(2)雖然能量是守恒的，但是，在自然界中，能量的轉(zhuǎn)化過程有些是可以自然發(fā)生的，有些則不能。例如，燃料燃燒時一旦把熱量釋放出去，就不會再次自動聚集起來供人類重新利用。又如，電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能又通過燈泡轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)吸收之后變成周圍環(huán)境的內(nèi)能，我們很難把這些內(nèi)能收集起來重新利用。2．能量的耗散(1)認識：其他形式的能轉(zhuǎn)化為環(huán)境的內(nèi)能后，很難把這些內(nèi)能收集起來重新利用的現(xiàn)象叫作能量耗散。(2)理解①能量的耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上雖未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的能源變成不便于利用的能源。這是能源危機的深層次的含義，也是自然界的能量雖然守恒，但還是要節(jié)約能源的根本原因。②能量的耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性。能源的利用受這種方向性的制約，所以，能源的利用是有條件的，也是有代價的。例1(多選)下列對能量的耗散的理解正確的有()A．能量的耗散說明能量在不斷減少B．能量的耗散遵守能量守恒定律C．能量的耗散說明能量不能憑空產(chǎn)生，但可以憑空消失D．能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性[實踐探究](1)能量的耗散導(dǎo)致能量越來越少嗎？提示：能量是守恒的，總量不會減少。能量的耗散導(dǎo)致能量可利用的品質(zhì)降低。(2)能量的耗散反映出什么？提示：能量轉(zhuǎn)化具有方向性，需要節(jié)約能源。[規(guī)范解答]在發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程中，其他形式的能量最終會轉(zhuǎn)化為周圍環(huán)境的內(nèi)能，很難再回收利用，這種現(xiàn)象叫能量的耗散。能量的耗散并不違背能量守恒定律，宇宙的能量既沒有減少，也沒有消失，它只從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性，故A、C錯誤，B、D正確。[答案]BD規(guī)律點撥(1)能量的耗散是高品質(zhì)能量向低品質(zhì)能量轉(zhuǎn)化的過程。(2)能量的耗散是指能量的可利用程度降低。[變式訓(xùn)練1]下列現(xiàn)象屬于能量的耗散的是()A．利用水流能發(fā)電轉(zhuǎn)化為電能B．電能通過燈泡中的電阻絲轉(zhuǎn)化為光能C．電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D．火爐把房子烤暖答案D解析能量的耗散是指其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，最終流散在周圍環(huán)境中很難重新收集并加以利用的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)化為能夠重新收集并加以利用的能不屬于能量的耗散。本題中的電能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作能源的手表等，故不屬于能量的耗散，只有火爐把房子烤暖后使燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能并流散在周圍的環(huán)境中，很難重新收集并加以利用，屬于能量的耗散。故D正確。探究2能源的分類與應(yīng)用能源與社會發(fā)展仔細觀察下列圖片，認真參與“師生互動”。活動1：人類社會能離開能源嗎？提示：人的衣食住行離不開能源，人類社會的存在和發(fā)展離不開能源?；顒?：能源的使用會對環(huán)境帶來破壞嗎？都有哪些破壞？提示：會的，如大氣污染、溫室效應(yīng)、酸雨等?；顒?：為什么要開發(fā)新能源？目前開發(fā)的新能源都有哪些？提示：因為化石能源的資源有限，而且對環(huán)境有很大破壞，所以我們要開發(fā)新能源。目前開發(fā)的新能源有太陽能、風(fēng)能、水能、核能等。1．能源的分類能源分類方法能源分類名稱特點舉例按利用技術(shù)分常規(guī)能源已大規(guī)模正常使用煤、石油、天然氣新能源正在開發(fā)，或有新的利用方式太陽能、核能、地?zé)崮?、海洋能、沼氣、風(fēng)能按可否再生分可再生能源可循環(huán)使用、不斷補充水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮懿豢稍偕茉炊唐趦?nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得煤、石油、天然氣、核燃料按對環(huán)境污染情況分清潔能源對環(huán)境基本上沒有污染太陽能、海洋能、風(fēng)能、水能非清潔能源會嚴重污染環(huán)境化石燃料(煤、石油、天然氣)2.開發(fā)新能源常規(guī)能源的有限和其對環(huán)境的污染，都促使人類加緊新型能源的開發(fā)和利用，這些新型能源如水能、太陽能、風(fēng)能、核能等的優(yōu)點是能量豐富，環(huán)境污染小。(1)太陽能發(fā)電：太陽能是一種清潔能源，太陽能的利用對環(huán)境的影響很小。利用太陽能最有前途的領(lǐng)域是，通過太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化成電能。(2)水力發(fā)電：水能是可再生能源，水電對環(huán)境的影響比火電小，發(fā)電成本低。(3)風(fēng)能發(fā)電：為了增加風(fēng)力發(fā)電的功率，通常把很多風(fēng)車建在一起，成為“風(fēng)車田”。我國風(fēng)力資源豐富，尤其是西北、華北、華東、西南地區(qū)。(4)核能發(fā)電：蘊藏在原子核內(nèi)部的能量，也是一種重要的新能源。核電站就是利用可控核裂變來發(fā)電的。3．能源與社會發(fā)展(1)人類對能源的利用大致經(jīng)歷了三個時期，即柴薪時期、煤炭時期、石油時期。(2)能源科技的每一次突破，都帶來了生產(chǎn)力的巨大飛躍和社會的進步。4．能源與環(huán)境化石能源的資源有限，而且對環(huán)境有很大的破壞。(1)溫室效應(yīng)：石油和煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量，由此加劇了溫室效應(yīng)，使得兩極的冰雪融化，海平面上升……(2)酸雨：石油和煤炭中常常含有硫，燃燒時形成的二氧化硫等物質(zhì)使雨水的酸度升高，形成“酸雨”，腐蝕建筑物，酸化土壤。(3)光化學(xué)煙霧：內(nèi)燃機工作時的高溫使空氣和燃料中的多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氮的氧化物和碳氫化合物。這些化合物在大氣中受到紫外線的照射，產(chǎn)生二次污染物質(zhì)——光化學(xué)煙霧。這些物質(zhì)有毒，能引起人的多種疾病。(4)燃燒時產(chǎn)生的浮塵也是主要的污染物。5．可持續(xù)發(fā)展(1)核心是追求發(fā)展與資源、環(huán)境的平衡：既滿足當代人的需求，又不損害子孫后代的需求。(2)要求：樹立新的能源安全觀，并轉(zhuǎn)變能源的供需模式。一方面要大力提倡節(jié)能，另一方面要發(fā)展可再生能源以及天然氣、清潔煤和核能等在生產(chǎn)及消費過程中對生態(tài)環(huán)境的污染程度低的清潔能源，推動形成人與自然和諧發(fā)展的生態(tài)文明。例2關(guān)于開發(fā)能源和節(jié)約能源，你認為以下觀點錯誤的是()A．能源是有限的，無節(jié)制地利用常規(guī)能源，如石油之類，是一種盲目的短期行為B．根據(jù)能量守恒定律，擔心能源枯竭實在是一種杞人憂天的表現(xiàn)C．能源的開發(fā)利用，必須同時考慮對環(huán)境的影響D．利用核能是目前開發(fā)新能源的一種有效途徑[實踐探究]能量是守恒的，因此可以無節(jié)制地利用各種能源嗎？提示：不能。能量的耗散會導(dǎo)致能量品質(zhì)降低，不加節(jié)制地利用能源也會造成環(huán)境和安全問題。[規(guī)范解答]能量雖然守恒，但在利用過程中，其形式在不斷向低品質(zhì)轉(zhuǎn)化，可見能源是有限的。在利用能源的同時，還應(yīng)注意保持與環(huán)境的平衡，應(yīng)選B。[答案]B規(guī)律點撥能量與能源的區(qū)別(1)能量是守恒的，既不會增加也不會減少。(2)能源是可以提供可利用能量的物質(zhì)。因為能量的耗散，能源會逐漸減少，所以要節(jié)約能源和開發(fā)新能源。[變式訓(xùn)練2]某市有20萬臺空調(diào)機，每臺空調(diào)機在夏季平均使用60天，每天耗電8kW·h。為了節(jié)約能源，該市政府建議大家都把室內(nèi)設(shè)定溫度提高1℃，這樣每臺空調(diào)機每天可節(jié)省6%的電能。那么這樣做能使該市在夏季節(jié)省多少電能？已知標準煤的熱值是2.92×107J/kg。發(fā)電廠的發(fā)電效率是30%。請計算一下，這項節(jié)能建議的實現(xiàn)能在1年內(nèi)節(jié)約多少噸標準煤？(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)答案2.1×1013J2.4×103t解析設(shè)該市在夏季節(jié)省的電能為E，則E＝8×6%×60×20×104kW·h＝5.76×106kW·h＝2.1×1013J設(shè)1年內(nèi)節(jié)約的標準煤的質(zhì)量為m，有2.92×107J/kg×m×30%＝E解得m＝2.4×103t。1．(綜合)能源利用的過程實質(zhì)上是()A．能量的消失過程B．能量的創(chuàng)造過程C．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程D．能量的轉(zhuǎn)化、傳遞并且逐漸消失的過程答案C解析能源利用的過程是做功或傳熱的過程，前者是能量的轉(zhuǎn)化，后者是能量的轉(zhuǎn)移，故C正確。2．(能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性)(多選)下列關(guān)于能量的耗散的說法，正確的是()A．能量的耗散使能的總量減少，違背了能量守恒定律B．能量的耗散是指耗散在環(huán)境中的內(nèi)能再也不能被人類利用C．各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是能夠自動全額發(fā)生的D．能量的耗散導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低答案BCD解析能量的耗散是能量在轉(zhuǎn)化的過程中有一部分以內(nèi)能的形式被周圍環(huán)境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品質(zhì)降低，故A錯誤，D正確；耗散的內(nèi)能無法再被利用，B正確；各種形式的能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是能夠自動全額發(fā)生的，C正確。3．(綜合)(多選)下面關(guān)于能源的說法中正確的是()A．一切能源是取之不盡，用之不竭的B．能源是有限的，特別是常規(guī)能源，如煤、石油、天然氣等C．大量消耗常規(guī)能源會使環(huán)境惡化，故提倡開發(fā)利用新能源D．核能的利用對環(huán)境的影響比燃燒石油、煤炭大答案BC解析盡管能量守恒，但耗散的內(nèi)能無法重新收集利用，所以能源是有限的，特別是常規(guī)能源，A錯誤，B正確；常規(guī)能源的利用比核能的利用對環(huán)境的影響大，C正確，D錯誤。4．(能源和環(huán)境)(多選)為了減緩大氣中CO2濃度的增加，可以采取的措施有()A．禁止使用煤、石油和天然氣B．開發(fā)利用核能、太陽能C．將汽車燃料由汽油改為液化石油氣D．植樹造林答案BD解析為了減緩大氣中CO2濃度的增加，可行且有效的措施是開發(fā)新型能源以減少對常規(guī)能源的利用，減少CO2的排放，A、C錯誤，B正確；通過植樹造林，可以把太陽輻射到地球的能量轉(zhuǎn)化為生物的能量儲存起來，又能吸收大氣中的CO2，釋放出O2，D正確。5．(節(jié)約能源)現(xiàn)代社會倡導(dǎo)“綠色、低碳、節(jié)能”的新型生活方式。下列做法不符合節(jié)能要求的是()A．電腦使用完畢后關(guān)機并切斷電源B．電視機長時間處于待機狀態(tài)C．長時間外出需要切斷熱水器電源D．手機充電結(jié)束后拔掉充電器答案B解析電腦使用完畢后關(guān)機并切斷電源，長時間外出需要切斷熱水器電源，手機充電結(jié)束后拔掉充電器，這三種做法符合節(jié)能要求，電視機在待機狀態(tài)也要消耗電能，電視機長時間處于待機狀態(tài)不符合節(jié)能要求。故選B。6.(風(fēng)力發(fā)電)如圖所示是我國某風(fēng)能發(fā)電基地，全球可利用的風(fēng)能為2×107MW(1MW＝106W)，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍，我國風(fēng)能資源總儲量約1.6×105MW。2012年7月4日裝機容量達到2240萬千瓦的三峽水電站，已成為全世界最大的水力發(fā)電站和清潔能源生產(chǎn)基地。下列說法正確的是()A．風(fēng)力發(fā)電是把風(fēng)的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能B．我國風(fēng)能資源總儲量約為7個三峽水電站的裝機容量C．風(fēng)力發(fā)電過程