2024_2025学年新教材高中物理第12章电能能量守恒定律章末综合提升学案新人教版必修第三册.docVIP

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第12章电能能量守恒定律

主题1直流电路的电路故障分析与推断

1．电路常见故障

(1)断路；(2)短路。

2．电路故障特点

(1)断路特点：某电路中发生断路时，其电流为零；假如断路出现在干路中，则发生断路的地方其两端电压等于电源电压。

(2)短路特点：电路中的某部分发生短路时，表现为有电流通过电路而该部分电路两端电压为零。

3．电路故障部位的检测和推断

(1)断路故障的检测和推断(假设只有一个断点)：用电压表与电源并联检测电路中是否有电压，若有电压时，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点。

(2)短路故障的检测和推断：用电压表与电源并联，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该段电路被短路；若电压表示数不为零，则该段电路没被短路。

【典例1】如图所示，电灯L的规格为“4V1W”，滑动变阻器R的总电阻为50Ω。当滑片P滑至某位置时，L恰好正常发光，此时电流表示数为0.45A。由于外电路发生故障，电灯L突然熄灭，此时电流表示数变为0.5A，电压表示数为10V。若导线连接完好，电路中各处接触良好。试问：

(1)发生的故障是短路还是断路？发生在何处？

(2)发生故障前，滑动变阻器接入电路的阻值为多大？

(3)电源的电动势和内电阻为多大？

[思路点拨]假如某用电器被短路，则它两端的电压为零；假如电路中某处断路(且只有一处)，则断路处电压不为零，这是解决电路故障问题的主要依据。

[解析](1)电路发生故障后，电流表读数增大，路端电压U端＝U2＝I2R2也增大，因此外电路总电压增大，在外电路某处肯定发生了断路。由于电流表有读数，R2不行能断路，电压表也有读数，滑动变阻器R也不行能断路，因此，只可能是电灯L发生断路。

(2)L断路后，外电路只有R2，因无电流流过R，所以电压表示数即路端电压，有U2＝U端＝10V，R2＝eq\f(U2,I2)＝eq\f(10,0.5)Ω＝20Ω。L未断路时恰好正常发光，由题意知UL＝4V，IL＝eq\f(P,U)＝0.25A，路端电压U′端＝U′2＝I′2R2＝0.45×20V＝9V，则此时滑动变阻器接入电路的阻值R＝eq\f(UR,IR)＝eq\f(U′端－UL,IL)＝eq\f(9－4,0.25)Ω＝20Ω。

(3)依据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可知，故障前E＝9V＋(0.45A＋0.25A)r，故障后E＝10V＋0.5A×r，联立解得电源内电阻r＝5Ω，电源电动势E＝12.5V。

[答案](1)断路电灯L处(2)20Ω(3)12.5V5Ω

主题2闭合电路中的图像问题分析与应用

闭合电路中各物理量间的变更关系大都可以用有关图像表示。只要明确各种图像中点、线、面积、斜率及截距等各物理量的含义并正确运用图像，闭合电路问题的求解就会既快捷正确又便利敏捷。闭合电路中常见的图像如下。

类型

表达式

图像

物理意义

I-R

图像

I＝eq\f(E,R＋r)

纵截距为短路电流，I随R增大而减小

U

图像

U＝eq\f(ER,R＋r)

＝eq\f(E,1＋\f(r,R))

U随R的增大而增大，但为非线性关系

U-I

图像

U＝E－Ir

纵截距为E，横截距为I短，斜率的肯定值等于r

P出-R

图像

P出＝

eq\f(E2,?R＋r?2)R

当R＝r时，电源的输出功率最大，Pmax＝eq\f(E2,4R)＝eq\f(E2,4r)；当R＞r时，电源的输出功率随R的增大而减小；当R＜r时，电源的输出功率随R的增大而增大

P出-I

图像

P出＝

EI－I2r

当I＝eq\f(E,2r)时，电源的输出功率的最大值为eq\f(E2,4r)；当I＜eq\f(E,2r)时，电源的输出功率随I的增大而增大；当I＞eq\f(E,2r)时，电源的输出功率随I的增大而减小

η-R图像

η＝eq\f(R,R＋r)＝eq\f(1,1＋\f(r,R))

电源的效率随外电路电阻的增大而增大

eq\f(1,I)-R图像

eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)·R＋eq\f(r,E)

图像的斜率表示eq\f(1,E)，纵截距为eq\f(r,E)，横截距为－r

eq\f(1,U)-eq\f(1,R)图像

eq\f(1,U)＝eq\f(r,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(1,E)

图像的纵截距为eq\f(1,E)，斜率为eq\f(r,E)，横截距为－eq\f(1,r)

【典例2】在利用电流表和电阻箱测定电源电动势和内阻的试验中，电流表的内阻很小，可视为志向电表，电路如图甲所示，连接好电路并进行如下操作：闭合开关S，调整电阻箱的阻值，并记录下每次电阻箱的阻值R及对应