（2019人教版必修第三冊）高二物理精講精練 第十二章 電能能量守恒總結提升 （原卷版+解析）

這是一份（2019人教版必修第三冊）高二物理精講精練 第十二章 電能能量守恒總結提升 （原卷版+解析），共40頁。
第十二章 電能能量守恒 第一部分 知識總結 內容1：電路中的能量轉化 一、電功和電功率 1．電流做功的實質：導體中的恒定電場對自由電荷的靜電力做功。 2．電功 （1）定義：電流在一段電路中所做的功，等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I、通電時間t三者的乘積。 （2）公式：W＝UIt。 （3）單位：國際單位是焦耳，符號是J。 3．電功率 （1）定義：電流在一段電路中所做的功與通電時間之比。 （2）公式：P＝eq \f(W,t)＝UI。 （3）單位：國際單位是瓦特，符號是W。 二、焦耳定律 1．內容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電時間成正比。 2．表達式：Q＝I2Rt。 3．熱功率 三、電路中的能量轉化 1．電動機工作時的能量轉化 （1）能量關系：電動機從電源獲得的能量一部分轉化為機械能，還有一部分轉化為內能。 （2）功率關系：電動機消耗的功率P電等于電動機的輸出功率P機與電動機損失的功率P損之和，即：P電＝P機＋P損，P電＝UI，P損＝I2R。 2．電池充電時的能量轉化 電池從電源獲得的能量一部分轉化為化學能，還有一部分轉化為內能。 知識演練 1. （多選）一個電熱器電阻為，當它兩端電壓為，通過時間消耗電能為，若使它消耗的電能為，下列方法正確的是（　?。?A. 電阻不變，電壓不變，通電時間變?yōu)樵瓉淼?倍 B. 電阻減半，電壓增大1倍，通電時間減半 C. 電阻不變，電壓增大1倍，通過時間不變 D. 電阻減半，電壓不變，通電時間不變 2. 如圖所示的電路中，、都是“、”的電阻，是“、”的電阻，則間允許消耗的最大功率是（　?。? A. B. C. 8W D. 9W 3.（多選）一輛電動車蓄電池的電動勢為E，內阻不計，當空載的電動車以速度v在水平路面上勻速行駛時，流過電動機的電流為I，電動車的質量為m，受到的阻力是車重的k倍，忽略電動車內部的摩擦，則（ ） A. 電動機的內阻為r＝E/I B. 電動機的內阻為 C. 如果電動機突然被卡住而停止轉動，則電源消耗的功率將變小 D. 如果電動機突然被卡住而停止轉動，則電源消耗的功率將變大 4.（多選）下列關于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是（　?。?A. 電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多 B. W=UIt適用于任何電路，而只適用于純電阻電路 C. 在非純電阻電路中，UI>I2R D. 焦耳熱Q=I2Rt適用于任何電路 5. 一臺小型電動機在6V電壓下正常工作，用此電動機提升重為10 N的物體時，在10s內使該物體在豎直方向勻速上升了1.1 m，上述過程中，通過電動機的電流為0.2 A．不計除電動機線圈生熱外的其他能量損失．求： （1）電動機輸出的機械功率； （2）電動機線圈的電阻． 6. 小型直流電動機(其線圈內阻為r＝1 Ω)與規(guī)格為“4 V、4 W”的小燈泡并聯(lián)，再與阻值為R＝5 Ω的電阻串聯(lián)，然后接至U＝12 V的電源上，如圖所示，小燈泡恰好正常發(fā)光，電動機正常工作，求： （1）通過電動機的電流； （2）電動機的輸出功率P出； （3）電動機的效率． 內容2：閉合電路的歐姆定律 一、電動勢 1．閉合電路：由導線、電源和用電器連成的電路。用電器和導線組成外電路，電源內部是內電路。 2．非靜電力：在電源內部把正電荷從負極搬運到正極的力。 3．電源：通過非靜電力做功把其他形式的能轉化為電勢能的裝置。 4．電動勢 （1）物理意義：表征電源把其他形式的能轉化為電勢能的本領。 （2）定義：非靜電力所做的功與所移動的電荷量之比。 （2）定義式：E＝eq \f(W,q)。 （4）單位：伏特，符號是V。 二、閉合電路歐姆定律及其能量分析 1．部分電路歐姆定律：I＝eq \f(U,R)。 2．內電阻：電源內電路中的電阻。 3．閉合電路中的能量轉化：如圖所示，A為電源正極，B為電源負極，電路中電流為I，在時間t內，非靜電力做功等于內外電路中電能轉化為其他形式的能的總和，即EIt＝I2Rt＋I2rt。 4．閉合電路的歐姆定律 （1）內容：閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，跟內、外電路的電阻之和成反比。 （2）表達式：I＝eq \f(E,R＋r)。 （4）常見的變形公式：E＝U外＋U內。 三、路端電壓與負載的關系 1．負載：外電路中的用電器。 2．路端電壓：外電路的電勢降落。 3．路端電壓與電流的關系 （1）公式：U＝E－Ir。 （2）結論：①外電阻R減小→I增大→U減小。 ②外電路斷路→I＝0→U＝E。 ③外電路短路→I＝eq \f(E,r)→U＝0。 （3）電源的U-I圖像 知識演練 1. 關于電壓和電動勢，下列說法正確的是（　?。?A. 電壓和電動勢的單位都是伏特，所以電動勢和電壓是同一物理量的不同說法 B. 電動勢就是反映電源把其他形式的能轉化為電能本領強弱的物理量 C. 電動勢E越大，表明電源儲存的電能越多 D. 電動勢公式E=中的W與電壓U=中的W是一樣的，都是電場力做的功 2. 如圖是某智能手機電池上的信息，支持低壓大電流充電，則（ ） A. 表示該電池的電動勢 B. 表示該電池能提供的電量 C. 表示該電池能提供的電能 D. 該電池充滿電后以的電流工作時，可連續(xù)工作30小時 3.飛行器在太空飛行，主要靠太陽能電池提供能量．若一太陽能電池板，測得它的開路電壓為800 mV，短路電流為40 mA．若將該電池板與一阻值為20 Ω的電阻器連成一閉合電路，則它的路端電壓是(　　) A. 0.10 V B. 0.20 V C. 0.30 V D. 0.40 V 4. （多選）如圖所示是某電源的路端電壓與電流的關系圖像，下列結論正確的是（　　） A. 電源的電動勢為6.0 V B. 電源的內阻為12 Ω C. 電源的短路電流為0.5 A D. 電流為0.3 A時的外電阻是18 Ω 5. 如圖甲所示的電路中，R1、R2均為定值電阻，且R1＝100 Ω， R2的阻值未知，R3是一個滑動變阻器，在其滑片從最左端滑至最右端的過程中，測得電源的路端電壓U隨電流I的變化圖線如圖乙所示，其中圖線上的A、B兩點是滑片在變阻器兩個不同端點時分別得到的。求： （1）電源的電動勢和內電阻； （2）定值電阻R2的阻值； （3）滑動變阻器R3的最大值。 6. 如圖所示，E＝8 V，r＝2 Ω，R1＝8 Ω，R2為變阻器接入電路中的有效阻值，問： （1）要使變阻器獲得的電功率最大，則R2的取值應是多大？這時R2的功率是多大？ （2）要使R1得到的電功率最大，則R2的取值應是多大？R1的最大功率是多少？這時電源的效率是多大？ （3）調節(jié)R2的阻值，能否使電源以最大的功率輸出？為什么？ 內容3：能源與可持續(xù)發(fā)展內容 一、能量守恒定律 能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。 二、能量轉移或轉化的方向性 1．一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。 2．能量耗散：在能量轉化過程中流散到周圍環(huán)境中的內能很難再收集起來重新利用的現(xiàn)象。 3．節(jié)約能源的根本原因：在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上雖未減少，但在可利用的品質上降低了，即從便于利用的能源變?yōu)椴槐阌诶玫哪茉础?4．自然界中的宏觀過程具有方向性。 三、能源的分類與應用 1．能源的分類 （1）不可再生能源：像煤炭、石油和天然氣這類無法在短時間內再生的能源，煤炭、石油和天然氣也叫化石能源。 （2）可再生能源：像水能、風能、潮汐能這類在自然界可以再生的能源。 2．我國能源的開發(fā) ① 太陽能發(fā)電；② 水力發(fā)電；③ 風能發(fā)電；④ 核能發(fā)電。 四、能源與社會發(fā)展 1．人類利用能源的三個時期：柴薪時期、煤炭時期、石油時期。 2．利用不可再生能源帶來的危害 （1）改變大氣的成分，加劇氣候的變化，如溫室效應。 （2）形成“酸雨”，腐蝕建筑物，酸化土壤。 （3）產(chǎn)生光化學煙霧，產(chǎn)生浮塵。 知識演練 1. 下列關于能的轉化和守恒定律的認識不正確的是（　　） A. 某種形式的能減少，一定存在其他形式的增加 B. 某個物體的能減少，必然有其他物體的能增加 C. 不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永動機不可能制成 D. 石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機械能消失了 2. （多選）關于“能量耗散”的下列說法中，正確的是（　　） A. 能量在轉化過程中，有一部分能量轉化為內能，我們無法把這些內能收集起來重新利用，這種現(xiàn)象叫作能量耗散 B. 能量在轉化過程中變少的現(xiàn)象叫能量耗散 C. 能量耗散表明，在能源的利用過程中，即在能量的轉化過程中，能量的數(shù)量并未減少，但在可利用的品質上降低了，從便于利用的能源變成不便于利用的能源，而自然界的能量是守恒的 D. 能量耗散表明，各種能量在不轉化時是守恒的，但在轉化時是不守恒的 3. 關于能源、能量，下列說法正確的是（　　） A. 可再生能源是未來理想能源的一個重要發(fā)展方向 B. 核能的利用會造成放射性污染，所以應該關閉核電站 C. 能量是守恒的，不會發(fā)生能源危機 D. 化石能源、水能、核能，不能在短期內從自然界得到補充，這類能源稱為不可再生能源 4. 如圖所示是我國某風能發(fā)電基地，全球可利用的風能為2×107 MW（1 MW＝106 W），比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍，我國風能資源總儲量約1.6×105 MW 。2012年7月4日裝機容量達到2 240萬千瓦的三峽水電站，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. 風力發(fā)電是把風的內能轉化為電能 B. 我國風能資源總儲量約為7個三峽水電站的裝機容量 C. 風力發(fā)電過程違反能量守恒定律 D. 水能和風能都是清潔能源且都是不可再生能源 內容4：實驗：電池電動勢和內阻的測量 一、實驗原理和方法 實驗電路如圖所示，根據(jù)閉合電路的歐姆定律，改變R的阻值，測出兩組U、I的值，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可列出兩個方程： eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r))?eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(E＝\f(I1U2－I2U1,I1－I2),r＝\f(U2－U1,I1－I2))) 二、實驗器材 待測電池一節(jié)，電流表(0～0.6 A)、電壓表(0～3 V)各一塊，滑動變阻器一只，開關一只，導線若干。 三、實驗步驟 1．選定電流表、電壓表的量程，按照電路圖把器材連接好。 2．把滑動變阻器滑片移到電阻最大的一端(圖中左端)。 3．閉合開關，調節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，讀出電壓表示數(shù)U和電流表示數(shù)I，并填入事先繪制好的表格(如下表)。 4.多次改變滑片的位置，讀出對應的多組數(shù)據(jù)，并一一填入表中。 5．斷開開關，整理好器材。 四、數(shù)據(jù)處理 1．公式法 把測量的幾組數(shù)據(jù)分別代入E＝U＋Ir中，然后兩個方程為一組，解方程求出幾組E、r的值，最后對E、r分別求平均值作為測量結果。 2．圖像法 （1）以I為橫坐標，U為縱坐標建立直角坐標系，根據(jù)幾組I、U的測量數(shù)據(jù)在坐標系中描點。 （2）用直尺畫一條直線，使盡量多的點落在這條直線上，不在直線上的點，能大致均衡地分布在直線兩側。 （3）如圖所示： ①圖線與縱軸交點為E。 ②圖線與橫軸交點為I短＝eq \f(E,r)。 ③圖線的斜率大小表示r＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))。 五、誤差分析 1．偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U-I圖像時描點不準確。 2．系統(tǒng)誤差：主要原因是未考慮電壓表的分流作用，使得電流表上讀出的數(shù)值比實際的總電流(即流過電源的電流)要小一些。U越大，電流表的讀數(shù)與總電流的偏差就越大。將測量結果與真實情況在U-I坐標系中表示出來，如圖所示，可見E測