高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊能量守恒定律學(xué)案設(shè)計

這是一份高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊能量守恒定律學(xué)案設(shè)計，共4頁。
一、閉合電路的功率
例1 如圖所示，電路中電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，滑動變阻器阻值為R，閉合開關(guān)S。
(1)當(dāng)滿足什么條件時，電源的輸出功率P出最大？P出最大值為多少？
(2)當(dāng)電源的輸出功率最大時，電源的效率η也是最大嗎？為什么？
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拓展1 如圖所示，電路中E＝4 V，r＝2 Ω，定值電阻R0＝0.5 Ω，滑動變阻器阻值R的調(diào)節(jié)范圍為0～10 Ω，當(dāng)滑片從最右端滑至最左端過程中。
(1)當(dāng)R＝________，定值電阻R0消耗的功率最大；
(2)當(dāng)R＝________，電源的輸出功率P出最大，最大輸出功率Pm為________。
(3)當(dāng)R＝________，滑動變阻器消耗的功率PR最大，滑動變阻器消耗的最大功率Pm′為________。
拓展2 若拓展1中定值電阻R0＝4 Ω，其他條件不變，當(dāng)滑動變阻器的滑片從最右端滑至最左端過程中，當(dāng)R＝________，電源的輸出功率最大，最大輸出功率Pm為______(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。
功率最大值的求解方法
1．對定值電阻來說，通過其電流最大時功率也最大。
2．電源的輸出功率在外電阻等于內(nèi)阻時最大，若不能相等，外電阻越接近內(nèi)阻，電源的輸出功率越大。
3.如圖，求解滑動變阻器阻值R2消耗的最大功率時，可把定值電阻R1等效為電源內(nèi)阻的一部分，則R2＝R1＋r時，滑動變阻器上消耗的功率最大。
二、兩種U－I圖像的對比
如圖所示，甲圖中定值電阻的阻值為R0，滑動變阻器的阻值為R，滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端的過程中，兩電壓表的讀數(shù)隨電流表讀數(shù)的變化情況如圖乙中的a、b兩直線所示。(電表均為理想電表)
(1)電壓表V1、V2的示數(shù)隨電流表示數(shù)的變化圖像應(yīng)分別為U－I圖像中的哪一條直線？
(2)a、b直線的斜率分別表示什么？
(3)R取何值時，a、b直線相交？
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1．定值電阻的U－I圖像與電源U－I圖像的區(qū)別
2.定值電阻的U－I圖像與電源U－I圖像的交點(diǎn)坐標(biāo)的意義：
如圖所示，電源和定值電阻的U－I圖線在同一個坐標(biāo)系中，兩條圖線的交點(diǎn)(1 A,3 V)的含義是：當(dāng)圖線A所示的外接電阻與圖線B所示的電源連接后，流過電阻的電流是1 A，電阻兩端的電壓為3 V；同時電源的輸出電流是1 A，路端電壓為3 V。電源的輸出功率P＝UI＝3 W，其大小等于圖中兩條虛線與坐標(biāo)軸所圍的面積的數(shù)值。
例2 (多選)(2023·寶雞市高二期末)如圖所示，直線Ⅰ、Ⅱ分別是電源1與電源2的路端電壓隨輸出電流的變化而變化的特性圖線，曲線Ⅲ是一個小燈泡的U－I圖像。曲線Ⅲ與直線Ⅰ、Ⅱ交點(diǎn)的坐標(biāo)分別為P(5 A,3.5 V)、Q(6 A,5 V)。如果把該小燈泡分別與電源1、電源2連接，則下列說法正確的是( )
A．電源1與電源2的內(nèi)阻之比是3∶2
B．電源1與電源2的電動勢之比是1∶1
C．在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡的電阻之比是21∶25
D．在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡消耗的功率之比是7∶10
拓展 電源1與電源2分別與小燈泡連接時，電源的效率哪個較高？
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1.(多選)(2023·新疆烏魯木齊八一中學(xué)高二期末)某同學(xué)將一直流電源的總功率PE、輸出功率PR和電源內(nèi)部的發(fā)熱功率Pr隨電流I變化的圖線畫在了同一坐標(biāo)系上，如圖中的a、b、c所示，下列判斷正確的是( )
A．直線a表示電源的PE－I圖線
B．曲線c表示電源的PR－I圖線
C．電源的電動勢E＝4 V，內(nèi)阻r＝2 Ω
D．電源的最大輸出功率Pmax＝2 W
2．(多選)(2023·宣城市高二期末)如圖甲所示電路中，定值電阻R0與滑動變阻器R串聯(lián)在電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源兩端，所有電表均為理想電表，當(dāng)變阻器的滑片從一端滑到另一端的過程中兩電壓表的讀數(shù)隨電流表讀數(shù)的變化情況如乙圖中的AC、BC兩直線所示，根據(jù)圖上的已知信息，判斷下列說法中正確的是( )
A．滑動變阻器R的最大阻值是8 Ω
B．電源的電動勢E＝8 V，內(nèi)阻r＝0.5 Ω
C．當(dāng)滑動變阻器R＝1 Ω時，定值電阻R0上消耗的電功率最大
D．在電流表示數(shù)逐漸減小的過程中，電源的效率逐漸增大項(xiàng)目
定值電阻的U－I圖像
電源的U－I圖像
圖像的形狀
關(guān)系式
U＝IR
U＝E－Ir
圖像的物理意義
表示導(dǎo)體的性質(zhì)，U與I成正比的前提是電阻R保持不變
表示電源的性質(zhì)，電源的電動勢和內(nèi)阻保持不變，外電路電阻R變化，才有U和I的變化
圖像斜率的物理意義
等于定值電阻R的阻值
絕對值等于電源內(nèi)阻r