1、巩固层巩固层知识整合知识整合 提升层提升层能力强化能力强化 纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路和非纯电阻电路 1.对于纯电阻电路对于纯电阻电路(如白炽灯、电炉丝等构成的电路如白炽灯、电炉丝等构成的电路)，电流做功将电能全部转化为，电流做功将电能全部转化为 内能，内能，WQUItU 2 R tPt。 2对于非纯电阻电路对于非纯电阻电路(如含有电动机、电解槽等的电路如含有电动机、电解槽等的电路)，电功大于电热。在这种，电功大于电热。在这种 情况下情况下，不能用不能用 I2Rt 或或 U2 R t 来计算电功来计算电功，电功用电功用 WUIt 来计算来计算，电热用电热用 QI2Rt 计算计算。 【例
2、【例 1】如图所示，电解槽如图所示，电解槽 A 和电炉和电炉 B 并联后接到电源上，电源内阻并联后接到电源上，电源内阻 r1 ， 电炉电阻电炉电阻 R19 ，电解槽电阻电解槽电阻 r0.5 。当当 S1闭合闭合、S2断开时断开时，电炉消耗功率为电炉消耗功率为 684 W；S1、S2都闭合时电炉消耗功率为都闭合时电炉消耗功率为 475 W(电炉电阻可看作不变电炉电阻可看作不变)。试求：。试求： (1)电源的电动势；电源的电动势； (2)S1、S2都闭合时，流过电解槽的电流大小；都闭合时，流过电解槽的电流大小； (3)S1、S2都闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率。都闭合时，电解槽中电能转化成
3、化学能的功率。 解析解析(1)设设 S1闭合、闭合、S2断开时电炉功率为断开时电炉功率为 P1， 电炉中电流电炉中电流 I P1 R 684 19 A6A 电源电动势电源电动势 EI(Rr)120 V。 (2)设设 S1、S2都闭合时电炉功率为都闭合时电炉功率为 P2，电炉中电流为，电炉中电流为 I P2 R 475 19 A5A 电源路端电压为电源路端电压为 UIR519 V95 V 流经电源的电流为流经电源的电流为 I1E U r 120 95 1 A25A 流过电解槽的电流为流过电解槽的电流为 IAI1I20A。 (3)电解槽消耗的电功率电解槽消耗的电功率 PAIAU2095 W1 90
4、0 W 电解槽内热损耗功率电解槽内热损耗功率 P热 热 I2Ar2020.5 W200 W 电解槽中电能转化成化学能的功率为电解槽中电能转化成化学能的功率为 P化 化 PAP热 热 1 700 W。 答案答案(1)120 V(2)20 A(3)1 700 W 一语通关一语通关 1 电炉为纯电阻用电器，其消耗的电能全部转化为电热。电炉为纯电阻用电器，其消耗的电能全部转化为电热。 2 电解槽为非纯电阻用电器，其消耗的电能转化为电热和化学能两部分。电解槽为非纯电阻用电器，其消耗的电能转化为电热和化学能两部分。 含容电路的分析含容电路的分析 1.电容器充放电过程中电容器充放电过程中：电路中电流、电压的
5、变化可能会引起电容器的充、放电：电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。 若电容器两端电压升高若电容器两端电压升高，电容器将充电电容器将充电；若电压降低若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电容器将通过与它连接的电路放 电。电。 2电容器接入电路中，电流稳定后电容器接入电路中，电流稳定后 (1)把电容器处的电路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置把电容器处的电路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置 补上。补上。 (2)与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降压与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降
6、压 的作用，但电容器两端可能出现电势差。的作用，但电容器两端可能出现电势差。 (3)如果电容器与电源并联，且电路中有电流通过，则电容器两端的电压不是电源如果电容器与电源并联，且电路中有电流通过，则电容器两端的电压不是电源 电动势电动势 E，而是路端电压，而是路端电压 U。 【例【例 2】在如图所示的电路中，电源电动势在如图所示的电路中，电源电动势 E3.0 V，内电阻，内电阻 r1.0 ；电；电阻阻 R110 ，R210 ，R330 ，R435 ；电容器的电容电容器的电容 C100 F，电容器原来不电容器原来不 带电。求接通开关带电。求接通开关 S 后流过后流过 R4的总电荷量。的总电荷量。
7、解析解析由电阻的串并联公式得闭合电路的总电阻由电阻的串并联公式得闭合电路的总电阻 R 总总 R1 R2R3 R1R2R3 r 由欧姆定律得通过电源的电流由欧姆定律得通过电源的电流 I E R总 总 电源的路端电压电源的路端电压 UEIr R3两端的电压两端的电压 U R3 R2R3U 通过通过 R4的总电荷量就是电容量的电荷量的总电荷量就是电容量的电荷量 QCU 由以上各式并代入数据解得由以上各式并代入数据解得 Q2.010 4 C。 答案答案2.010 4 C 一语通关一语通关 如果变化前后极板带电的电性相同如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过每根引线的电荷量等于始那么通过每根引线的电荷
8、量等于始、末状态电末状态电 容器带电荷量之差容器带电荷量之差；如果变化前后极板带电的电性改变如果变化前后极板带电的电性改变，那么通过每根引线的电荷量等那么通过每根引线的电荷量等 于始、末状态电容器带电荷量之和。于始、末状态电容器带电荷量之和。 实验中的仪器、仪表的选择实验中的仪器、仪表的选择 1.实验中的仪器、仪表的选择原则：实验中的仪器、仪表的选择原则： (1)安全性原则：选用电源、电流表、电压表时，要根据实验的要求，根据器材的安全性原则：选用电源、电流表、电压表时，要根据实验的要求，根据器材的 参数，考虑所测电流，电压的最大值不能超出仪表的量程，以确保不损坏仪器。参数，考虑所测电流，电压的
9、最大值不能超出仪表的量程，以确保不损坏仪器。 (2)精确性原则：在实验电路中测量电流、电压时，电流表、电压表指针的偏角不精确性原则：在实验电路中测量电流、电压时，电流表、电压表指针的偏角不 能过小，以减小误差，电流表、电压表的读数为满刻度的能过小，以减小误差，电流表、电压表的读数为满刻度的1 3以上时，读数较准确，能接 以上时，读数较准确，能接 近满刻度更好。近满刻度更好。 (3)方便性原则：选用滑动变阻器时，先要确保电路中电流不超过变阻器允许通过方便性原则：选用滑动变阻器时，先要确保电路中电流不超过变阻器允许通过 的最大电流的最大电流，若用若用“限流式限流式”一般选阻值适当大一点的一般选阻值
10、适当大一点的，但不是越大越好但不是越大越好，因阻值太大因阻值太大 时，在实验中，可能只用到其阻值较小的一部分，滑动触头只能在很短的距离内移动时，在实验中，可能只用到其阻值较小的一部分，滑动触头只能在很短的距离内移动， 使用起来很不方便，一般是选变阻器总阻值与用电器的阻值比较接近的；若用使用起来很不方便，一般是选变阻器总阻值与用电器的阻值比较接近的；若用“分压分压 式式”，应选择总阻值适当小一些的滑动变阻器应选择总阻值适当小一些的滑动变阻器，这样可使分出的电压大致上随滑动触头这样可使分出的电压大致上随滑动触头 移动距离成正比例改变，调节起来比较方便。移动距离成正比例改变，调节起来比较方便。 2选
11、用器材的一般步骤：选用器材的一般步骤： (1)先找出实验中必须应用的器材；先找出实验中必须应用的器材； (2)画出实验电路图；画出实验电路图； (3)估算待测电路中估算待测电路中 I 和和 U 的最大值；的最大值； (4)考虑能否使电表指针偏转满刻度的考虑能否使电表指针偏转满刻度的1 3以上； 以上； (5)选择合适量程的电压表、电流表，合适的滑动变阻器和电源。选择合适量程的电压表、电流表，合适的滑动变阻器和电源。 【例【例 3】小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值 R 随温度随温度 t 的变化关系的变化关系。已已 知该金属电阻在常温下的阻值约知该金属电
12、阻在常温下的阻值约 10 ，阻值，阻值 R 随温度随温度 t 的升高而增大。实验电路如图的升高而增大。实验电路如图 所示，控温箱用以调节金属电阻的温度。实验时闭合开关所示，控温箱用以调节金属电阻的温度。实验时闭合开关 S，先将开关，先将开关 K 与与 1 端闭合端闭合， 调节金属电阻的温度调节金属电阻的温度，分别记下温度分别记下温度 t1、t2、和电流表的相应示数和电流表的相应示数 I1、I2、。然后将然后将 开关开关 K 与与 2 端闭合端闭合，调节电阻箱使电流表的示数再次为调节电阻箱使电流表的示数再次为 I1、I2、，分别记下电阻箱相分别记下电阻箱相 应的示数应的示数 R1、R2、。 (1
13、)有以下两种电流表，实验电路中应选用有以下两种电流表，实验电路中应选用_。 A量程量程 0100 mA，内阻约，内阻约 2 B量程量程 00.6A，内阻可忽略，内阻可忽略 (2)实验过程中实验过程中，要将电阻箱的阻值由要将电阻箱的阻值由 9.9 调节至调节至 10.0 ，需旋转图中电阻箱的旋需旋转图中电阻箱的旋 钮钮“a”“”“b”“”“c”，正确的操作顺序是，正确的操作顺序是_。 将旋钮将旋钮 a 由由“0”旋转至旋转至“1” 将旋钮将旋钮 b 由由“9”旋转至旋转至“0” 将旋钮将旋钮 c 由由“9”旋转至旋转至“0” (3)实验记录的温度实验记录的温度 t 和阻值和阻值 R 的数据如表所
14、示。的数据如表所示。 温度温度 t/20.040.060.080.0100.0 阻值阻值 R/9.610.411.112.112.8 请根据表中数据，作出请根据表中数据，作出 Rt 图线。图线。 由图线求得阻值由图线求得阻值 R 随温度随温度 t 的变化关系为的变化关系为 R_。 解析解析(1)电路中的最大电流为电路中的最大电流为 Im E Rr 1.5 10 A0.15 A B 表指针偏转太小，所以选用表指针偏转太小，所以选用 A 表。表。 (2)电阻箱的调节要从大到小，确保电路安全。电阻箱的调节要从大到小，确保电路安全。 (3)描点连线画出图线，从图线得到描点连线画出图线，从图线得到 R0
15、.04t8.8 (0.04t8.6 0.04t9.0 均可均可) 答案答案(1)A(2)(或或) (3)见解析图见解析图0.04t8.8(0.04t8.60.04t9.0 均可均可) 一语通关一语通关 选择仪表时安全性选择仪表时安全性、准确性原则应同时考虑准确性原则应同时考虑，如本题如本题 1 问中问中，不能只由不能只由 Im0.15 A 100 mA 得出得出 B 选项。选项。 培养层培养层素养升华素养升华 电动机效率的测定电动机效率的测定 如图甲为电动机的连接电路如图甲为电动机的连接电路， 分别用电压传感器和电流传感器测得电动机的输入电分别用电压传感器和电流传感器测得电动机的输入电 压和输
16、入电流与时间的关系图像分别如图丙压和输入电流与时间的关系图像分别如图丙、图丁所示图丁所示，当重物匀速上升时用位移传感当重物匀速上升时用位移传感 器测得重物上升的位移与时间的关系图线如图乙所示器测得重物上升的位移与时间的关系图线如图乙所示， 电动机提升的重物的质量为电动机提升的重物的质量为 91.2 g，不计一切摩擦，不计一切摩擦，g 取取 10 m/s2。 甲甲乙乙 丙丙丁丁 设问探究设问探究 1该电源的电动势与内阻该电源的电动势与内阻是多少？是多少？ 2该电动机在图乙所示时间内的效率该电动机在图乙所示时间内的效率是多少？是多少？ 3该电动机的内阻该电动机的内阻是多少？是多少？(保留保留两两位
17、有效数字位有效数字) 提示：提示：1.电动机与电源构成闭合电路电动机与电源构成闭合电路 初始启动时初始启动时 U12.8 V，I10.32A，EU1I1r 电动机稳定工作时电动机稳定工作时 U23.0 V，I20.16A，EU2I2r 联立解得联立解得 E3.2 V，r1.25 。 2电动机的输入功率为电动机的输入功率为 P入 入 U2I2 由题图乙可知重物匀速上升时的速度为由题图乙可知重物匀速上升时的速度为 vh t 电动机的输出功率为电动机的输出功率为 P出 出 mgv 电动机的效率为电动机的效率为P 出出 P入 入 100% 联立解得联立解得95%。 3设电动机的内阻为设电动机的内阻为
18、r0 电动机稳定工作时，根据焦耳定律得电动机稳定工作时，根据焦耳定律得 PI22r0 PP入 入 P出 出 联立解得联立解得 r00.94 。 深度思考深度思考 1智能扫地机器人是一种智能家用电器，能自动在房间内完成地板清洁工作，如智能扫地机器人是一种智能家用电器，能自动在房间内完成地板清洁工作，如 今已慢慢普及今已慢慢普及，成为现代家庭的常用家电用品成为现代家庭的常用家电用品。如图为某款智能扫地机器人如图为某款智能扫地机器人，其参数见其参数见 下表，工作时将电池内部化学能转化为电能的效率下表，工作时将电池内部化学能转化为电能的效率60%。下列说法正确的是。下列说法正确的是() 产品名称产品名
19、称xxx 扫地机器人扫地机器人尘盒容量尘盒容量0.3 L 清扫路线清扫路线自由式自由式液晶显示液晶显示有有 电池容量电池容量5 000 mAh充电器输出充电器输出24 V/1 000 mA 噪声噪声60 dB额定功率额定功率40 W 行走速度行走速度20 cm/s工作电压工作电压24 V A该扫地机器人的电池从完全没电到充满电所需时间约为该扫地机器人的电池从完全没电到充满电所需时间约为 8.3 h B该扫地机器人最多能储存的能量为该扫地机器人最多能储存的能量为 4.32105J C该扫地机器人充满电后能工作该扫地机器人充满电后能工作 5h D该扫地机器人充满电后能工作该扫地机器人充满电后能工作
20、 4 h B由题表可知由题表可知，电池的容量是电池的容量是 5 000 mAh，所带的电所带的电荷量荷量为为 q5 00010 3A3 600 s 1.8104C，充电器输出电流为，充电器输出电流为 I1 000 mA1 A，所以充电的时间为，所以充电的时间为 tq I 1.8 104 1 s5 h，故，故 A错误 ；错误 ； 最多能储存的能量为最多能储存的能量为 WqU1.810424 J4.32105J，故，故 B 正确；额定功率为正确；额定功率为 40 W，所以工作的时间，所以工作的时间 t1W P 4.32 105 40 60% s1.8 h，故，故 C、D 错误。错误。 2在如图所示
21、的电路中在如图所示的电路中，电源电动势为电源电动势为 E、 、内电阻为内电阻为 r，C 为电容器为电容器，R0为定值电为定值电 阻，阻，R 为滑动变阻器。开关闭合后，灯能正常发光，当滑动变阻器的滑片向右移动时为滑动变阻器。开关闭合后，灯能正常发光，当滑动变阻器的滑片向右移动时， 下列判断正确的是下列判断正确的是() A路端电压变小路端电压变小 B灯泡灯泡 L 将变亮将变亮 C电容器电容器 C 的电量将减小的电量将减小 D电容器电容器 C 的电量将增大的电量将增大 D当滑动变阻器的滑片向右移动时当滑动变阻器的滑片向右移动时，变阻器电阻增大变阻器电阻增大，外电阻增大外电阻增大，电路中电流电路中电流
22、 减小，路端电压增大，故减小，路端电压增大，故 A 错误；电路中电流减小，灯错误；电路中电流减小，灯 L 变暗，故变暗，故 B 错误；电容器的错误；电容器的 电压等于路端电压电压等于路端电压，可见其电压是增大的可见其电压是增大的，则由则由 QCU 知知， 电容器电容器 C 的电荷量将增大的电荷量将增大， 故故 C 错误，错误，D 正确。正确。 素养点评素养点评 含有电动机的考题含有电动机的考题， 常结合实际的物理情常结合实际的物理情境境， 考查学生分析问题考查学生分析问题， 解决问题的能力解决问题的能力。 分析时应注意以下三点：分析时应注意以下三点： (1)电动机工作时，因有焦耳热产生，工作效率不可能达到电动机工作时，因有焦耳热产生，工作效率不可能达到 100%。 (2)流过电动机的电流大小不可应用闭合电路欧姆定律直接求解。流过电动机的电流大小不可应用闭合电路欧姆定律直接求解。 (3)电动机工作稳定时，其输入功率和输出功率均恒定不变。电动机工作稳定时，其输入功率和输出功率均恒定不变。
