人教版高中物理必修三 （拓展課 電能 能量守恒定律綜合問題）新課件

拓展課電能

能量守恒定律綜合問題

一、純電阻電路與非純電阻電路的綜合分析1.兩種電路的比較2.電功與電熱[例1]如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E＝10V，內(nèi)阻r＝0.5Ω，“8V

16W”的燈泡L恰好能正常發(fā)光，電動(dòng)機(jī)M繞線的電阻R0＝1Ω，求： (1)路端電壓； (2)電源的總功率； (3)電動(dòng)機(jī)的輸出功率。

解析(1)燈泡正常發(fā)光，所以路端電壓為8V。 (2)設(shè)干路總電流為I，則U＝E－Ir，

得I＝4A，故P總＝EI＝40W。答案(1)8V

(2)40W

(3)12W故IM＝I－IL＝2APM總＝UIM＝8×2W＝16W[針對(duì)訓(xùn)練1]如圖所示電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝110V，電阻R1＝21Ω，電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻R0＝0.5Ω，開關(guān)S1始終閉合，當(dāng)開關(guān)S2斷開時(shí)，電阻R1消耗的電功率P1＝525W；當(dāng)開關(guān)S2閉合時(shí)，電阻R1消耗的電功率P2＝336W，求： (1)電源的內(nèi)阻r； (2)當(dāng)開關(guān)S2閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率P出。電阻R1消耗的功率P1＝I2R1，解得r＝1Ω。設(shè)此時(shí)電源中通過的電流為I′，由閉合電路的歐姆定律有E＝I′r＋U(2)當(dāng)開關(guān)S2閉合時(shí)，設(shè)R1兩端的電壓為U，解得P出＝1606W。答案(1)1Ω

(2)1606W二、閉合電路中的功率問題1.電源的總功率 (1)物理意義：電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率。 (2)表達(dá)式：P總＝EI。2.電源內(nèi)部消耗的功率 (1)物理意義：電源內(nèi)阻的發(fā)熱功率。 (2)表達(dá)式：P內(nèi)＝I2r。3.電源的輸出功率 (1)物理意義：電源對(duì)外供電功率。 (2)表達(dá)式：P出＝UI。4.電源的效率[例2](多選)如圖所示，已知電源內(nèi)阻為r，定值電阻R0的阻值也為r，滑動(dòng)變阻器R的總電阻為2r。若滑動(dòng)變阻器的滑片P由A向B滑動(dòng)，則(

) A.電源的輸出功率由小變大 B.定值電阻R0消耗的功率由小變大 C.電源內(nèi)部的電勢(shì)降落由大變小 D.滑動(dòng)變阻器消耗的功率變小解析由題圖可知，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P由A向B滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器的有效電阻在減小，外電路電阻由3r逐漸減小為r，由電源的輸出功率與外電阻的關(guān)系可知，電源的輸出功率由小變到最大，故選項(xiàng)A正確；定值電阻R0消耗的功率為PR0＝I2R0，而電流在不斷增大，則R0消耗的功率也由小變大，電源內(nèi)部的電壓降Ir也由小變大，所以B正確，C錯(cuò)誤；對(duì)于滑動(dòng)變阻器消耗的功率的變化情況，可把R0＋r＝2r看作新電源的內(nèi)阻，可知當(dāng)R＝2r時(shí)滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大，當(dāng)R變小時(shí)，其消耗的功率變小，選項(xiàng)D正確。答案ABD方法總結(jié)(1)定值電阻消耗功率最大時(shí)通過的電流最大。(2)求可變電阻消耗的功率時(shí)可將其他電阻等效為電源內(nèi)阻。[例3]電路圖如圖甲所示，圖乙中圖線是電路中的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖像，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為15Ω，定值電阻R0＝3Ω。(1)當(dāng)R為何值時(shí)，R0消耗的功率最大？最大值為多少？(2)當(dāng)R為何值時(shí)，電源的輸出功率最大？最大值為多少？思路點(diǎn)撥(1)由圖乙可求出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，注意縱軸坐標(biāo)原點(diǎn)不從0開始。(2)R0為定值電阻，其電流越大，消耗功率越大。(3)對(duì)電源來說，R＋R0為電源外阻，當(dāng)r＝R0＋R時(shí)，電源輸出功率最大。解析(1)由題圖乙知電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻為由題圖甲分析知道，當(dāng)R＝0時(shí)，R0消耗的功率最大，答案(1)0

10.9W

(2)4.5Ω

13.3W方法總結(jié)功率最大值的求解方法(1)流過電源的電流最大時(shí)，電源的功率、內(nèi)損耗功率均最大。(2)對(duì)某定值電阻來說，其電流最大時(shí)功率也最大。(3)電源的輸出功率在外電阻等于內(nèi)阻時(shí)最大，若不能相等，外電阻越接近內(nèi)阻，電源的輸出功率越大。(4)對(duì)于外電路中部分可變電阻來說，可以寫出其功率表達(dá)式，利用數(shù)學(xué)知識(shí)求其極值。[針對(duì)訓(xùn)練2](多選)直流電路如圖所示，在滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí)，電源的(

) A.總功率一定減小 B.效率一定增大

C.內(nèi)部損耗功率一定減小

D.輸出功率一定先增大后減小答案ABC[針對(duì)訓(xùn)練3]在如圖所示的電路中，已知電源電動(dòng)勢(shì)E＝3V，內(nèi)電阻r＝1Ω，電阻R1＝2Ω，滑動(dòng)變阻器R的阻值可連續(xù)增大，問： (1)當(dāng)R多大時(shí)，R消耗的功率最大？最大功率為多少？ (2)當(dāng)R多大時(shí)，R1消耗的功率最大？最大功率為多少？答案(1)3Ω

0.75W

(2)0

2W解析(1)把R1視為內(nèi)電路的一部分，則當(dāng)R＝R1＋r＝3Ω時(shí)，R消耗的功率最大，其最大值為三、含容電路的分析與計(jì)算1.電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，此支路相當(dāng)于斷路，因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓。2.電路的電流、電壓變化時(shí)，將會(huì)引起電容器的充(放)電。如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電；如果電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電。3.根據(jù)公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求電荷量及其變化量。4.分析和計(jì)算含有電容器的直流電路時(shí)，注意把握以下幾個(gè)方面(1)電路穩(wěn)定時(shí)電容器在電路中就相當(dāng)于一個(gè)阻值無限大的元件，在電容器處電路看成是斷路，畫等效電路時(shí)，可以先把它去掉。(2)若要求電容器所帶電荷量時(shí)，可在相應(yīng)的位置補(bǔ)上，求出電容器兩端的電壓，根據(jù)Q＝CU計(jì)算。(3)電路穩(wěn)定時(shí)電容器所在支路斷路，與電容器串聯(lián)的電阻兩端無電壓，該電阻相當(dāng)于導(dǎo)線。(4)當(dāng)電容器與電阻并聯(lián)后接入電路時(shí)，電容器兩端的電壓與并聯(lián)電阻兩端的電壓相等。(5)電路中的電流、電壓變化時(shí)，將會(huì)引起電容器的充、放電，有ΔQ＝CΔU。[例4]如圖所示的電路中，已知電容C1＝C2，電阻R1＝R2，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，當(dāng)開關(guān)S由閉合狀態(tài)斷開時(shí)，下列說法中正確的是(

)A.電容器C1的電荷量增多，電容器C2的電荷量減少B.電容器C1的電荷量減少，電容器C2的電荷量增多C.電容器C1、C2的電荷量都增多D.電容器C1、C2的電荷量都減少解析開關(guān)S閉合時(shí)，電容器C1兩端電壓與R2兩端電壓相等，C2兩端電壓與R1兩端電壓相等；開關(guān)S斷開時(shí)，電路斷路，電容器C1、C2兩端電壓均等于電源電動(dòng)勢(shì)E，由Q＝CU知，電容器C1、C2的電荷量均增多，C正確，A、B、D錯(cuò)誤。答案C[例5]如圖所示，E＝10V，r＝1Ω，R1＝R3＝5Ω，R2＝4Ω，C＝100μF。當(dāng)S斷開時(shí)，電容器中帶電粒子恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)。求：(1)S閉合后，帶電粒子加速度的大小和方向；(2)S閉合后流過R3的總電荷量。設(shè)帶電粒子加速度為a，(2)S閉合后，流過R3的總電荷量等于電容器上電荷的增加量，所以ΔQ＝C(UC′－UC)＝4×10－4C。答案(1)g方向豎直向上(2)4×10－4C[針對(duì)訓(xùn)練4]在如圖所示的電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向下移動(dòng)時(shí)，關(guān)于電燈L的亮度及電容器C所帶電荷量Q的變化判斷正確的是(

)A.L變暗，Q增大 B.L變暗，Q減小C.L變亮，Q增大 D.L變亮，Q減小解析當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向下移動(dòng)時(shí)，變阻器接入電路的電阻減小，外電路總電阻減小，由閉合電路的歐姆定律知，干路電流增大，電源的內(nèi)電壓增大，則路端電壓減小，燈L變暗。電容器極板間電壓等于變阻器兩端的電壓。由上得知，路端電壓減小，則通過L燈的電流減小，而干路電流增大，則通過R1的電流增大，R1兩端電壓也增大，則滑動(dòng)變阻器兩端的電壓減小，電容器所帶電荷量Q減小，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。答案B[針對(duì)訓(xùn)練5]如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E＝10V，內(nèi)阻可忽略，R1＝4Ω，R2＝6Ω，C＝30μF，求：(1)S閉合后，穩(wěn)定時(shí)通過R1的電流；(2)S原來閉合，然后斷開，這個(gè)過程中流過R1的總電荷量。解析(1)S閉合后，電路穩(wěn)定時(shí)，R1、R2串聯(lián)，(2)S閉合時(shí)，電容器兩端電壓UC＝U2＝IR2＝6V，儲(chǔ)存的電荷量Q＝CUC。S斷開至達(dá)到穩(wěn)定后電路中電流為零，此時(shí)UC′＝E，儲(chǔ)存的電荷量Q′＝CUC′。電容器上的電荷量增加了ΔQ＝Q′－Q＝CUC′－CUC＝1.2×10－4C。電容器上電荷量的增加是在S斷開以后才發(fā)生的，這只有通過R1這條電路實(shí)現(xiàn)，所以流過R1的電荷量就是電容器帶電荷量的增加量。答案(1)1A

(2)1.2×10－4C第6節(jié)超重和失重

超重定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?____物體所受重力的現(xiàn)象產(chǎn)生條件：物體具有

的加速度失重定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?____物體所受重力的現(xiàn)象產(chǎn)生條件：物體具有

的加速度完全失重定義：物體對(duì)支持物(或懸掛物)完全沒有作用力產(chǎn)生條件：物體的加速度a＝g大于向上小于向下受力圖運(yùn)動(dòng)情況視重(F)與重力關(guān)系加速度特征狀態(tài)自由落體運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)、沿圓軌道運(yùn)行的衛(wèi)星F＝0a＝g完全失重向下加速，向上減速F＝m(g－a)<mg(a<g)向下失重向上加速，向下減速F＝m(g＋a)>mg向上超重靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)F＝mga＝0平衡位移關(guān)系速度關(guān)系加速度關(guān)系滑塊和滑板向相反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們的相對(duì)滑行距離等于它