《（通用版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第48課時 電路中的能量問題（重點(diǎn)突破課）講義（含解析）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（通用版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第48課時 電路中的能量問題（重點(diǎn)突破課）講義（含解析）（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、（通用版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第48課時 電路中的能量問題（重點(diǎn)突破課）講義（含解析） 對純電阻電路的分析較易，對非純電阻電路的分析較難，學(xué)生特別容易混淆非純電阻電路的電功和電熱、電功率和熱功率，理清這些知識，是學(xué)好本考點(diǎn)的前提。 電功、電功率、焦耳定律和熱功率 內(nèi)容 表達(dá)式 電功 電路中電場力移動電荷做的功 W＝qU＝UIt 電功率 單位時間內(nèi)電流做的功，表示電流做功的快慢 P＝＝UI 焦耳 定律 電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比 Q＝I2Rt 熱功率 單位時間內(nèi)的發(fā)熱量 P＝＝I2R

2、 [典例]　如圖所示，電源電動勢E＝8 V，內(nèi)阻為r＝0.5 Ω，“3 V,3 W”的燈泡L與電動機(jī)M串聯(lián)接在電源上，燈泡剛好正常發(fā)光，電動機(jī)剛好正常工作，電動機(jī)的線圈電阻R＝1.5 Ω。求： (1)通過電動機(jī)的電流； (2)電源的輸出功率； (3)電動機(jī)的輸出功率。 [解析]　(1)燈泡L正常發(fā)光，通過燈泡的電流 IL＝＝1 A 電動機(jī)與燈泡串聯(lián)，通過電動機(jī)的電流IM＝IL＝1 A。 (2)路端電壓U＝E－Ir＝7.5 V 電源的輸出功率P＝UI＝7.5 W。 (3)電動機(jī)兩端的電壓UM＝U－UL＝4.5 V 電動機(jī)的輸出功率P機(jī)＝UMIM－IM2R＝3 W。 [

3、答案]　(1)1 A　(2)7.5 W　(3)3 W (1)在非純電阻電路中，歐姆定律不再適用，不能用歐姆定律求電流，應(yīng)用P＝UI求電流。 (2)在非純電阻電路中，電功大于電熱，即W>Q，這時電功只能用W＝UIt計算，電熱只能用Q＝I2Rt計算，兩式不能通用。 (3)由能量守恒定律得W＝Q＋E，E為其他形式的能。對電動機(jī)來說，輸入的功率P入＝IU，發(fā)熱的功率P熱＝I2r，輸出的功率即機(jī)械功率P機(jī)＝P入－P熱＝UI－I2r?！　? [集訓(xùn)沖關(guān)] 1.(多選)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路研究微型電動機(jī)的性能。當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器的電阻R使電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為I1＝0.5

4、 A和U1＝2.0 V；重新調(diào)節(jié)滑動變阻器的電阻R使電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為I2＝2.0 A 和U2＝24 V。則(　　) A．電動機(jī)內(nèi)線圈電阻為R線＝4.0 Ω B．電動機(jī)內(nèi)線圈電阻為R線＝12 Ω C．電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時輸出的機(jī)械功率為P機(jī)＝48 W D．電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時輸出的機(jī)械功率為P機(jī)＝32 W 解析：選AD　當(dāng)電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動時，相當(dāng)于一個純電阻元件，根據(jù)歐姆定律可知，電動機(jī)內(nèi)線圈的電阻R線＝＝4.0 Ω，A正確，B錯誤；當(dāng)電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時，電動機(jī)消耗的電功率P＝U2I2＝48 W，電動機(jī)內(nèi)線圈消耗的熱功率P線′＝I22R線＝16 W，故電動機(jī)輸出的機(jī)械功

5、率P機(jī)＝P－P線′＝32 W，C錯誤，D正確。 2.如圖所示，電源電動勢E＝30 V，內(nèi)阻r＝1 Ω，燈泡上標(biāo)有“6 V　12 W”字樣，直流電動機(jī)線圈電阻R＝2 Ω。若燈泡恰好能正常發(fā)光，求電動機(jī)輸出的機(jī)械功率。 解析：因燈泡正常發(fā)光，所以I＝＝ A＝2 A U內(nèi)＝Ir＝2×1 V＝2 V 所以電動機(jī)兩端電壓為 UM＝E－U內(nèi)－U＝30 V－2 V－6 V＝22 V 電動機(jī)輸出的機(jī)械功率為 P機(jī)＝UMI－I2R＝22×2 W－22×2 W＝36 W。 答案：36 W [考點(diǎn)二　閉合電路的功率問題] 電源輸出功率最大和電源效率最高的條件不同，而學(xué)生往往在這方面易混、易錯，本

6、部分知識是大多數(shù)學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)。 1．電源的功率 (1)電路中的功率分配 P總＝P出＋P內(nèi)，即EI＝UI＋I(xiàn)2r。 (2)輸出功率與閉合電路總電流的關(guān)系 P出＝EI－I2r，當(dāng)I＝時，P出有最大值，為Pm＝。 若外電路是純電阻電路，則有 P出＝I2R＝＝。 由上式可以看出 當(dāng)R＝r時，輸出功率最大，Pm＝ 當(dāng)R>r時，隨著R的增大，P出減小 當(dāng)R

7、)如圖1所示，用電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源，向滑動變阻器R供電，改變變阻器R的阻值，路端電壓U與電流I均隨之變化。 (1)以U為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，在圖2中畫出變阻器阻值R變化過程中U-I圖像的示意圖，并說明U-I圖像與兩坐標(biāo)軸交點(diǎn)的物理意義。 (2)a.請在圖2畫好的U-I關(guān)系圖線上任取一點(diǎn)，畫出帶網(wǎng)格的圖形，以其面積表示此時電源的輸出功率； b．請推導(dǎo)該電源對外電路能夠輸出的最大電功率及條件。 (3)請寫出電源電動勢定義式，并結(jié)合能量守恒定律證明：電源電動勢在數(shù)值上等于內(nèi)、外電路電勢降落之和。 [解析]　(1)根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得U＝E－Ir，畫出U-I圖像的示意圖如圖

8、甲所示。結(jié)合表達(dá)式可知，圖像與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為電源電動勢E，與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為短路電流，I短＝。 (2)a.在畫好的U-I關(guān)系圖線上任取一點(diǎn)，其坐標(biāo)值U和I的乘積即為此時電源的輸出功率P，因此可畫出帶網(wǎng)格的圖形，以其面積表示此時電源的輸出功率，如圖乙所示。 b．電源的輸出功率P＝I2R＝2R＝，當(dāng)外電路電阻R＝r時，電源的輸出功率最大，為Pmax＝。 (3)電動勢的定義式為E＝。 根據(jù)能量守恒，在題圖1所示的電路中，非靜電力做功W產(chǎn)生的電能等于在內(nèi)、外電路上產(chǎn)生的電熱， 即W＝I2rt＋I(xiàn)2Rt＝Irq＋I(xiàn)Rq 則E＝＝Ir＋I(xiàn)R＝U內(nèi)＋U外。 [答案]　(1)U-I圖像見解

9、析圖甲　圖像與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為電源電動勢，與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為短路電流　 (2)a.見解析圖乙b．當(dāng)R＝r時，電源的輸出功率最大，Pmax＝　(3)見解析 (1)電源的UI圖像，縱軸截距為電源電動勢，橫軸截距為短路電流，圖像斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻。 (2)純電阻電路中，非靜電力做功等于內(nèi)、外電路的電熱之和?！　? [集訓(xùn)沖關(guān)] 1.如圖所示電路中，電源內(nèi)阻不可忽略，在滑動變阻器觸頭由a滑向b的過程中，下列說法正確的是(　　) A．電流表示數(shù)減小 B．小燈泡L亮度增大 C．電源內(nèi)阻消耗功率減小 D．電源輸出功率一定增大 解析：選C　在滑動變阻器觸頭由a滑向b的過程

10、中，滑動變阻器接入電路中的阻值增大，總阻值增大，由I＝，知總電流減小，由U＝E－Ir，知路端電壓增大，電流表的示數(shù)增大，A錯；由I＝IA＋I(xiàn)L，總電流I減小，IA增大，知IL減小，則小燈泡L亮度減小，B錯；由Pr＝I2r，知電源內(nèi)阻消耗功率減小，C對；因不知電源的內(nèi)阻與外電阻的大小關(guān)系，故不可判斷電源的輸出功率的變化情況，D錯。 2.如圖所示電路中，R為電阻箱，為理想電壓表。當(dāng)電阻箱讀數(shù)為R1＝2 Ω時，電壓表讀數(shù)為U1＝4 V；當(dāng)電阻箱讀數(shù)為R2＝5 Ω時，電壓表讀數(shù)為U2＝5 V。 (1)求電源的電動勢E和內(nèi)阻r； (2)當(dāng)電阻箱R讀數(shù)為多少時，電源的輸出功率最大？最大值Pm為多少？

11、 解析：(1)由閉合電路歐姆定律：E＝U1＋r E＝U2＋r 解得：E＝6 V，r＝1 Ω。 (2)電源的輸出功率表達(dá)式：P＝R 將上式變形為：P＝ 由上式可知R＝r＝1 Ω時， P取最大值：Pm＝＝9 W。 答案：(1)6 V　1 Ω　(2)1 Ω　9 W [考點(diǎn)三　電源和電阻的UI圖像比較] 兩類UI圖像的研究對象不同，其物理意義不同，圖像上的點(diǎn)、斜率等表達(dá)的物理意義也不同。而兩類圖像綜合起來的閉合電路問題難度更大一些。 兩類U-I圖像的比較 電源的U-I圖像 電阻的U-I圖像 圖形 物理 意義 電源的路端電壓隨電路電流的變化關(guān)系 電阻

12、中的電流隨電阻兩端電壓的變化關(guān)系 截距 與縱軸交點(diǎn)表示電源電動勢E，與橫軸交點(diǎn)表示電源短路電流 過坐標(biāo)軸原點(diǎn)，表示沒有電壓時電流為零 坐標(biāo)U、 I的乘積 表示電源的輸出功率 表示電阻消耗的功率 坐標(biāo)U、 I的比值 表示外電阻的大小，不同點(diǎn)對應(yīng)的外電阻大小不同 每一點(diǎn)對應(yīng)的比值均等大，表示此電阻的大小 斜率 (絕對值) 電源內(nèi)阻r大小 電阻大小 聯(lián)系 在同一坐標(biāo)系中，兩圖線交點(diǎn)坐標(biāo)(Un，In)表示用該電源與該電阻組成回路時的路端電壓和電路中的電流，即電阻兩端電壓及其電流；P＝InUn表示此時電源的輸出功率，即此時電阻的實(shí)際功率 [典例]　(多選)如圖所示，直

13、線A為電源的UI圖線，直線B和C分別為電阻R1和R2的UI圖線。用該電源分別與R1、R2組成閉合電路時，電源的輸出功率分別為P1、P2，電源的效率分別為η1、η2，則(　　) A．P1>P2　　　　　　 B．P1＝P2 C．η1>η2 D．η1<η2 [解析]　電源與電阻的UI圖線的交點(diǎn)代表該電阻接入電源時的路端電壓和電流，對照題圖可得該電源分別與R1、R2組成閉合電路時，電源的輸出功率分別為P1＝4×2 W＝8 W，P2＝2×4 W＝8 W，所以P1＝P2，選項B對，A錯；電源的效率η＝＝，外電阻越大效率越高，根據(jù)電阻的UI圖線斜率代表電阻可判斷R1>R2，所以η1>η2，選

14、項C對，D錯。 [答案]　BC (1)從圖線的意義上來看，圖線A表示電源的性質(zhì)；圖線B、C表示電阻的性質(zhì)。由圖線A可以求出電源的電動勢和內(nèi)阻，由圖線B、C可以求出電阻的阻值。 (2)圖線A對應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式為U＝E－Ir，圖線B、C對應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式為U＝IR?！　? [集訓(xùn)沖關(guān)] 1.硅光電池是一種太陽能電池，具有低碳環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。如圖所示，圖線a是該電池在某光照強(qiáng)度下路端電壓U和電流I的關(guān)系圖像(電池內(nèi)阻不是常數(shù))，圖線b是某電阻R的UI圖像。在該光照強(qiáng)度下將它們組成閉合回路時，硅光電池的內(nèi)阻為(　　) A．5.5 Ω B．7.0 Ω C．12.0 Ω D．12.5 Ω

15、 解析：選A　由歐姆定律得U＝E－Ir，當(dāng)I＝0時，E＝U，由題圖圖線a與縱軸的交點(diǎn)讀出電源的電動勢為E＝3.6 V，根據(jù)兩圖線交點(diǎn)處的狀態(tài)可知，電阻兩端的電壓為U＝2.5 V，電流為I＝0.2 A，則硅光電池的內(nèi)阻為r＝＝ Ω＝5.5 Ω，故A正確。 2.(多選)在如圖所示的U-I圖像中，直線Ⅰ為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖像，直線Ⅱ?yàn)槟骋浑娮鑂兩端的電壓與電流的關(guān)系圖像。用該電源直接與電阻R相連組成閉合電路，由圖像可知(　　) A．電源的電動勢為3 V，內(nèi)阻為0.5 Ω B．電阻R的阻值為1 Ω C．電源的輸出功率為4 W D．電源的效率為50% 解析：選ABC　由題圖直

16、線Ⅰ可得，縱軸截距為電源電動勢E＝3 V，橫軸截距為短路電流I0＝6 A，電源內(nèi)阻r＝＝0.5 Ω，故A正確；由直線Ⅱ可得，當(dāng)U＝2 V時，I＝2 A，根據(jù)歐姆定律可得R＝＝1 Ω，故B正確；兩條直線的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電源與該電阻串聯(lián)時，電阻兩端的電壓和電流，交點(diǎn)處U＝2 V、I＝2 A，電源的輸出功率P＝UI＝4 W，故C正確；電源的效率η＝＝＝≈66.7%，故D錯誤。 3.如圖所示，直線A為a電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖像，直線B為b電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖像，直線C為一個電阻R兩端的電壓與電流的關(guān)系圖像。將這個電阻R分別接到a、b兩電源上，那么(　　) A．電阻R接到a電源上，電源

17、的效率較高 B．電阻R接到b電源上，電源的輸出功率較大 C．電阻R接到a電源上，電源的輸出功率較大，但電源效率較低 D．電阻R接到b電源上，電阻R的發(fā)熱功率和電源的效率都較高 解析：選C　電源的效率η＝＝，由題圖可知，電阻R接到a電源上時電路中電流為，短路電流為I0，根據(jù)閉合電路歐姆定律I＝得R＝r，則a電源的效率為50%；電阻R接到b電源上時電路中電流小于，短路電流為I0，同理得I′＝<，R>r′，U′＝R>，>50%，則b電源的效率大于50%，故A錯誤；電源的U-I圖線與電阻R的U-I圖線的交點(diǎn)表示電阻R接到該電源上的工作狀態(tài)，由題圖知電阻R接在a電源上的電壓和電流較大，a電源的輸出功率較大，故B錯誤；由以上分析可知，電阻R接到a電源上，電源的輸出功率較大，電源的效率較低，故C正確，D錯誤。