2020新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律2电路中的能量转化课堂检测含解析 人教版必修第三册

2020新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律2电路中的能量转化课堂检测含解析 人教版必修第三册

电路中的能量转化 ‎1.下列有关电压与电动势的说法正确的是 (　　)‎ A.电压与电动势的单位都是伏特,所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法 B.电动势是电源两极间的电压 C.电动势是静电力所做的功W与电荷量q的比值 D.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电势能本领强弱的物理量 ‎【解析】选D。电压与电动势是两个不同的概念,A错误;电动势的大小等于电路内、外电压之和,B错误;电动势是非静电力做的功与电荷量的比值,而电压则是静电力做的功与电荷量q的比值,C错误,故选D。‎ ‎2.一个闭合电路,是由电池供电的,外电路是纯电阻时,以下说法正确的 是(　　)‎ A.当外电阻增大时,路端电压增大 B.当外电阻减小时,路端电压增大 C.当外电阻减小时,电路中的电流减小 D.闭合电路中的电流跟路端电压成正比,与内外电阻之和成反比 ‎【解析】选A。根据U=E-Ir,当外电阻增大时,I减小,U增大,A正确,B错误;根据I=,C错误;闭合电路中的电流跟电动势成正比,与内外电阻之和成反比,故D错误。‎ ‎【补偿训练】‎ 在如图所示的电路中,电阻R=2.0 Ω,电源的电动势E=3.0 V,内电阻r=1.0 Ω。闭合开关S后,通过电阻R的电流为 (　　)‎ A.1.0 A　　　B.1.5 A　　　C.2.0 A　　　D.6.0 A ‎【解析】选A。根据闭合电路欧姆定律得I== A=1 A,则A正确。‎ ‎3.如图所示电路中,电源电动势E=9 V,内阻r=3 Ω,R=15 Ω,下列说法中正确的是 (　　)‎ - 5 -‎ A.当S断开时,UAC=9 V B.当S闭合时,UAC=9 V C.当S闭合时,UAB=7.5 V,UAC=9 V D.当S断开时,UAB=0,UBC=0‎ ‎【解析】选A。当S断开时,UAC与UBC为路端电压,等于电源电动势,A正确,D错误;当S闭合时,UAC=UAB=R=7.5 V,UBC=I×0=0,B、C错误。‎ ‎4.如图所示,R为电阻箱,为理想电压表,当电阻箱读数为R1=2 Ω时,电压表读数为U1=4 V;当电阻箱读数为R2=5 Ω时,电压表读数为U2=5 V。求: ‎ ‎(1)电源的电动势E和内阻r。‎ ‎(2)当电阻箱R读数为多少时,电源的输出功率最大?最大值Pm为多少?‎ ‎【解析】(1)由闭合电路欧姆定律得E=U1+r, ①‎ E=U2+r。 ②‎ 联立①②并代入数据解得E=6 V,r=1Ω。‎ ‎(2)电源的输出功率P=R, ③‎ 将③式变形为P=, ④‎ - 5 -‎ 由④式知,R=r=1 Ω时,P有最大值Pm==9 W。‎ 答案:(1)6 V　1 Ω　(2)1 Ω　9 W ‎【规律方法】功率最大值的求解方法 ‎(1)流过电源的电流最大时,电源的功率、内损耗功率均最大。‎ ‎(2)对某定值电阻来说,其电流最大时功率也最大。‎ ‎(3)电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大,若不能相等,外电阻越接近内阻,电源的输出功率越大。‎ ‎(4)对于外电路中部分不变电阻来说,可以写出其功率表达式,利用数学知识求其极值。‎ ‎【补偿训练】‎ 如图所示,A、B为两个独立电源的路端电压与其总电流I的关系图线,则下列说法中不正确的是 (　　)‎ A.路端电压都为U1时,它们的外电阻相等 B.电流都是I1时,两电源内电压相等 C.电路A的电源电动势大于电路B的电源电动势 D.A中电源的内阻大于B中电源的内阻 ‎【解析】选B。在路端电压与总电流的关系图线(U-I)中,图线在U轴上的截距表示电动势E,图线斜率的绝对值表示电源的内阻,可见EA>EB,rA>rB。图中两直线的交点坐标为(I1,U1),由R=可知,路端电压都为U1时,它们的外电阻相等。由U′=Ir可知,电流都是I1时,因r不相等,故两电源内电压不相等。所以选项A、C、D正确,B错误。故选B。‎ 情境:如图所示是某温控装置的简化电路图,工作电路由电压为220 V的电源和阻值R=88 Ω的电热丝组成;控制电路由电源(内阻不计)、电磁铁(线圈电阻R0=‎ ‎20 Ω)、开关、滑动变阻器R2(取值范围0～80 Ω)和热敏电阻R1组成;R1阻值随温度变化的关系如表所示,当控制电路电流I≥50 mA时,衔铁被吸合切断工作电路;当控制电路电流I≤40 mA时,衔铁被释放接通工作电路。‎ - 5 -‎ 温度/℃‎ ‎90‎ ‎80‎ ‎66‎ ‎60‎ ‎50‎ ‎46‎ ‎40‎ ‎36‎ ‎35‎ R1/Ω ‎10‎ ‎20‎ ‎40‎ ‎50‎ ‎70‎ ‎80‎ ‎100‎ ‎120‎ ‎130‎ 问题:‎ ‎(1)工作电路正常工作时,R在1 min内产生的热量是多少?‎ ‎(2)当温度为60 ℃,滑动变阻器R2=50 Ω时,衔铁恰好被吸合,控制电路的电源电压是多少?‎ ‎(3)若控制电路的电源电压不变,此装置可控制的温度最大范围是多少?‎ ‎【解析】(1)工作电路由电压为220 V的电源和阻值R=88 Ω的电热丝组成,则R在1 min内产生的热量为:Q=·t= ×1×60 J=3.3×104 J;‎ ‎(2)当温度为60 ℃时,由表格数据可知R1=50 Ω,已知此时滑动变阻器R2=50 Ω,则控制电路的总电阻为:R总=R1+R2+R0=50 Ω+50 Ω+20 Ω=120 Ω,此时衔铁恰好被吸合,则控制电路的电流为:I=50 mA=0.05 A,由欧姆定律可得,控制电路的电源电压为:U=IR总=0.05 A×120 Ω=6 V;‎ ‎(3)当控制电路电流I≥50 mA时,衔铁被吸合切断工作电路,由欧姆定律可得,控制电路的总电阻最大为:R大== Ω=120 Ω,滑动变阻器R2(取值范围0～80 Ω)的最大电阻为80 Ω,根据串联电阻的规律,热敏电阻R1的阻值最小(此时温度最高):R1=R大-R2-R0=120 Ω-80 Ω-20 Ω=20 Ω,由表中数据知可控制的最高温度为80 ℃;当控制电路电流I≤40 mA时,衔铁被释放接通工作电路,由欧姆定律,控制电路的总电阻最小为:R小= = Ω=150 Ω,滑动变阻器R2的最小电阻为0时,根据串联电阻的规律,热敏电阻R1的阻值最大(此时温度最低):‎ R1′=150 Ω-20 Ω=130 Ω。由表中数据知可控制的最低温度为35 ℃。‎ 答案:(1)3.3×104 J　(2)6 V　(3)35 ℃～80 ℃‎ - 5 -‎ - 5 -‎