2024年高中物理新教材同步學(xué)案 必修第三冊(cè) 第12章　章末素養(yǎng)提升（含解析）

章末素養(yǎng)提升物理觀念電路中的能量轉(zhuǎn)化1.電功：W＝UIt2.電功率：P＝eq\f(W,t)＝UI3.焦耳定律：Q＝I2Rt4.熱功率：P熱＝I2R閉合電路的歐姆定律1.內(nèi)容：閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比2.表達(dá)式：I＝eq\f(E,R＋r)3.另一種表達(dá)形式：E＝U外＋U內(nèi)。即：電源的電動(dòng)勢等于內(nèi)、外電路電勢降落之和科學(xué)思維1.通過學(xué)習(xí)“電動(dòng)勢”經(jīng)歷從感性到理性，從個(gè)別到一般，從現(xiàn)象到本質(zhì)的漸進(jìn)過程。通過閉合電路中的動(dòng)態(tài)分析、最大功率、效率等問題，體會(huì)閉合電路中電動(dòng)勢對(duì)整個(gè)電路的“制約關(guān)系”，學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)方法分析電路中極值問題2.對(duì)于電動(dòng)機(jī)相關(guān)問題，不能直接求解時(shí)，可以通過整體和個(gè)別的關(guān)系間接建立聯(lián)系科學(xué)探究1.會(huì)根據(jù)閉合電路的歐姆定律設(shè)計(jì)測量電池電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)方案2.會(huì)根據(jù)要求選擇合適的電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器或電阻箱3.會(huì)設(shè)計(jì)相關(guān)表格并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，會(huì)利用表達(dá)式和圖像處理數(shù)據(jù)并得出結(jié)果，能對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果進(jìn)行評(píng)估、交流科學(xué)態(tài)度與責(zé)任1.認(rèn)識(shí)目前面臨的能源與環(huán)境問題，理解開發(fā)利用清潔能源的價(jià)值2.增強(qiáng)對(duì)汽車能源消耗、環(huán)境污染和未來汽車發(fā)展方向的認(rèn)識(shí)3.在理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，形成應(yīng)有的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感例1如圖所示的某種體溫槍以2節(jié)干電池為電源，工作電流為5mA。能通過傳感器檢測人體向外輻射的紅外線，根據(jù)紅外線能量的強(qiáng)弱快速、準(zhǔn)確且無接觸的測量體溫，那么關(guān)于該體溫槍的說法中正確的是()A．體溫槍工作時(shí)，電路中每通過1C電荷，每節(jié)電池都能把1.5J化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B．體溫槍工作時(shí)，電池組兩極間的電壓為3VC．體溫槍工作時(shí)，電源的輸出功率為15mWD．體溫槍工作時(shí)，電池組的電動(dòng)勢不再是3V答案A解析每節(jié)電池的電動(dòng)勢為1.5V，根據(jù)電動(dòng)勢的定義可知電路中每通過1C電荷，消耗的電能為W＝qE＝1×1.5J＝1.5J，則有1.5J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故A正確；體溫槍工作時(shí)，電池組兩極間的電壓為路端電壓，小于電源的電動(dòng)勢，故電池組兩極間電壓小于3V，故B錯(cuò)誤；體溫槍工作時(shí)電源消耗的總功率為P＝2EI＝2×1.5V×5mA＝15mW，電源的輸出功率小于電源消耗的總功率，故C錯(cuò)誤；兩節(jié)干電池的總電動(dòng)勢為3V，體溫槍工作時(shí)，電源的電動(dòng)勢不變，故D錯(cuò)誤。例2(多選)(2022·鄧州春雨國文學(xué)校高二階段練習(xí))電阻R和電動(dòng)機(jī)M串聯(lián)接到電路中，如圖所示，已知電阻R跟電動(dòng)機(jī)線圈的電阻值相等，開關(guān)接通后，電動(dòng)機(jī)正常工作，設(shè)電阻R和電動(dòng)機(jī)M兩端的電壓分別為U1和U2，經(jīng)過時(shí)間t，電流通過電阻R做功為W1，產(chǎn)生熱量為Q1，電流通過電動(dòng)機(jī)做功為W2，產(chǎn)生熱量為Q2，則有()A．U1＜U2，Q1＝Q2 B．U1＝U2，Q1＝Q2C．W1＝W2，Q1＞Q2 D．W1＜W2，Q1＝Q2答案AD解析電阻與電動(dòng)機(jī)的電流相等，根據(jù)Q＝I2Rt可知，Q1＝Q2，電動(dòng)機(jī)為非純電阻，則W1＝Q1，W2>Q2，則W1<W2，根據(jù)W＝UIt可知，U1<U2，故選A、D。例3(2022·濰坊市實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二階段練習(xí))如圖電源電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r，滑動(dòng)變阻器R2的滑片P從左向右滑動(dòng)時(shí)，下列說法正確的是()A．電容器C上的電荷量變大B．電阻R3消耗的功率變大C．燈泡L變暗D．R1兩端的電壓變化量的絕對(duì)值大于R2兩端的電壓變化量的絕對(duì)值答案B解析滑動(dòng)變阻器R2的滑片P從左向右滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻增大，電路的總電阻增大，電流將減小，由U＝E－Ir，可知路端電壓將增大，即R3兩端的電壓將增大，由P＝eq\f(U2,R)可知，電阻R3消耗的功率變大，故B正確；當(dāng)滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，流過R3的電流變大，則流過R1的電流變小，R1兩端的電壓變小，故電容器兩端電壓減小，根據(jù)Q＝CU1可知，電容器C上的電荷量變小，故A錯(cuò)誤；由于路端電壓增大，R1兩端電壓減小，故燈泡L兩端電壓增大，由P＝eq\f(U2,R)可知，燈泡L的功率變大，燈泡L變亮，故C錯(cuò)誤；電阻R1兩端的電壓U1減小，R3兩端的電壓U3增大，則R2兩端的電壓U2增大，由于U3＝U1＋U2，則有ΔU3＝ΔU1＋ΔU2，其中ΔU3為正值，ΔU1為負(fù)值，ΔU2為正值，可知R1兩端的電壓變化量的絕對(duì)值小于R2兩端的電壓變化量的絕對(duì)值，D錯(cuò)誤。例4(2023·南陽市第六完全學(xué)校高級(jí)中學(xué)高二月考)如圖所示，直線OAC為某一直流電源的總功率P總隨電流I變化的圖線，拋物線OBC為同一直流電源內(nèi)部熱功率Pr隨電流I變化的圖線。若A、B對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)為2A，那么線段AB表示的功率及I＝2A時(shí)對(duì)應(yīng)的外電阻是()A．6W、2Ω B．4W、2ΩC．2W、1Ω D．2W、0.5Ω答案D解析由電源總功率P總＝EI，得E＝3V。由Pr＝I2r，得r＝1Ω。當(dāng)電流為2A時(shí)，I＝eq\f(E,R＋r)，得R＝0.5Ω。此時(shí)線段AB表示的功率P′＝EI－I2r＝2W。綜上分析，D正確。例5(2022·大連市第一中學(xué)高二階段練習(xí))如圖a所示，R1為定值電阻，R2為滑動(dòng)變阻器(最大阻值25Ω)，現(xiàn)閉合電路中的開關(guān)S，將滑動(dòng)變阻器的滑片P從最右端滑到最左端的過程中，由電表的測量數(shù)據(jù)得到U－I圖線如圖b所示(電表均為理想電表)。則下列說法正確的是()A．電源電動(dòng)勢為4VB．電源內(nèi)電阻為10ΩC．電源的最大輸出功率為1.8WD．滑動(dòng)變阻器R2的最大功率為1.2W答案C解析當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻減小，則電路中總電阻減小，由閉合電路歐姆定律可知，電路中電流增大，而R1兩端的電壓增大，故圖線乙表示電壓表V1示數(shù)的變化，圖線甲表示電壓表V2示數(shù)的變化。由圖可知，圖線乙的斜率表示定值電阻的阻值，即R1＝5Ω，圖線甲斜率的絕對(duì)值|k|＝R1＋r＝10Ω，可得r＝5Ω，將圖線甲延長，縱軸的截＝(eq\f(E,R外＋r))2R外＝eq\f(E2,R外＋\f(r2,R外)＋2r)。根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可得R外＝eq\f(r2,R外)時(shí)分母最小，電源的輸出功率最大，此時(shí)有R外＝r；所以當(dāng)外電阻等于內(nèi)電阻時(shí)，電源的輸出功率最大。故當(dāng)外電阻等于5Ω時(shí)，電源的輸出功率最大，電源的最大輸出功率P＝eq\f(E2,4r)＝eq\f(62,4×5)W＝1.8W，故C正確；將R1視為電源內(nèi)電阻，由C的分析可知，當(dāng)R2＝R1＋r＝5Ω＋5Ω＝10Ω時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大，則滑動(dòng)變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錯(cuò)誤。例6(2022·長沙市南雅中學(xué)高二月考)如圖甲所示的電路中，R1、R2均為定值電阻，且R1＝9Ω，R3為滑動(dòng)變阻器。當(dāng)其滑片P從最左端滑至最右端時(shí)，測得電源的路端電壓隨干路電流變化圖線如圖乙所示，求：(1)定值電阻R2的阻值；(2)電源的電動(dòng)勢與內(nèi)阻；(3)電源輸出的功率最大時(shí)，R3接入電路的阻值及此時(shí)的最大輸出功率。答案(1)0.5Ω(2)6V2Ω(3)1.8Ω4.5W解析(1)當(dāng)P滑到R3的右端時(shí)，電路參數(shù)對(duì)應(yīng)題圖乙中的B點(diǎn)，此時(shí)等效于R2直接接在電源兩端，則R2＝eq\f(UB,IB)＝0.5Ω(2)由題圖乙的數(shù)據(jù)，結(jié)合A、B點(diǎn)的坐標(biāo)，由閉合電路歐姆定律可得1.2V＝E－2.4r4