第十二章 电能 能量守恒定律 复习与提高

A 组共有 7 道题目。第 1 题要求在正确理解题意的基础上，想清楚在关闭和打开液晶屏时锂电池电能的分配有什么不同，并进行正确计算。第 2 题则是考查能量转化过程中的效率问题。第 3 题文字量较大，但数量关系比较明确，需要学生计算对应颜色 LED 灯的工作功率及广告牌发光时的电功率。第 4 题要求正确分析 U-I 图像中表示电源的图线和负载电阻的曲线，理解它们之间的物理意义和数学意义有何异同，又有什么联系。第 5 题考查非纯电阻电路的分析和计算，有利于学生掌握这一类问题的普遍思路和解题方法，同时对能量的转化和功率的分配加深认识。第 6 题来源于生活，但是又进行了简化和科学抽象，要求通过正确的读图、审题，对电路结构和功率分配有正确的认识，并会进行简单的串、并联电路问题的计算。第 7 题综合性较强，但是又重在物理概念的形成与理解，实际上借助 U-I 图像考查闭合电路的欧姆定律。

B 组共有 5 道题目，综合性均较强。从题目具体的物理情景和考查素材来看，第 2 题是对汽车内某一简化电路引起的思考，第 3 题是考查电鳗这一淡水鱼类放电时首尾间的输出电压，都是理论联系实际、能够很好地体现“科学态度与责任”这一核心素养的题目。第 1、4、5 题难度相对较大，对学生的思维能力提出了较高的要求。第 2 题与本章第二节第 6 题相呼应，但是设问更加复杂，所思考的问题难度更大，并且对于车灯减少的功率提出了定量计算的要求。第 3 题要求能根据生活中的情境抽象出相应的物理模型，并灵活运用电池组的串并联、闭合电路欧姆定律等直流电路的基本知识和规律解决实际问题。第 4 题是对闭合电路的欧姆定律更高一级的考查，那就是稳恒电路中直流电源输出功率与负载的关系。这道题目的探究方法和结果，可以作为一种重要的结论来使用。第 5 题是一道综合性较强的实验探究类题目，要求完成测水果电池电动势和内阻的实验。通过完善表格数据、作 U-I 图像、处理数据、得出结论等环节，增强学生的科学探究能力，激发学生尝试进行实际操作的愿望和兴趣。

A组

1．一块数码相机的锂电池电动势为 3.7 V，容量为 1 000 mA·h。电池充满后，关闭液晶屏时可拍摄照片 400 张左右，打开液晶屏时可拍摄照片 150 张左右。在关闭和打开液晶屏时每拍摄一张照片消耗的电能各是多少？

参考解答：33.3 J，88.8 J

2．使用功率为 2 kW 的电加热装置把 2 kg 的水从 20 ℃ 加热到 100 ℃，用了 10 min。已知水的比热容为 4.2×10³ J/（kg·℃），那么这个装置的效率是多少？

参考解答：56%

3．LED 灯是一种半导体新型节能灯。已知某种型号的 LED 灯在一定电压范围内的工作电流是 20 mA，在不同电压下发出不同颜色的光：当两端电压为 1.8 V 时，发黄光 ；当两端电压为 1.4 V 时，发红光 ；当两端电压为 3.2 V 时，发蓝光。

（1）上述 LED 灯发黄光时消耗的电功率有多大？

（2）广告牌上 LED 灯数量为 10 000 个 /m² ，那么一块 8 m² 的 LED 广告牌发红光时，需要供给的电功率大约有多少？

参考解答：（1）3.6×10⁻² W；（2）2.24×10³ W

4．在图 12-1 所示的 U-I 图像中，直线 a 为某电源的路端电压与电流的关系，直线 b 为某电阻 R 的电压与电流的关系。现用该电源直接与电阻 R 连接成闭合电路，求此时电源的输出功率和内、外电路消耗的电功率之比。

参考解答：4.0 W．1∶2

5．如图 12-2，电源电动势为 12 V，内阻为1 Ω，电阻 R₁ 为 1 Ω，R₂ 为 6 Ω。开关闭合后，电动机恰好正常工作。已知电动机额定电压 U 为 6 V，线圈电阻 R_M 为 0.5 Ω，问：电动机正常工作时产生的机械功率是多大？

参考解答：10 W

6．如图 12-3，照明电路的电压为 220 V，并联了 20 盏电阻 R 都是 807 Ω（正常发光时的电阻）的电灯，两条输电线的电阻 r 都是 1.0 Ω。只开 10 盏灯时，整个电路消耗的电功率、输电线上损失的电压和损失的电功率各是多大？20盏灯都打开时，情况又怎样？

参考解答：585 W，5.3 V，14.2 W；1141.8 W，10.4 V，53.9 W

7．在图 12-4 甲的电路中，R₁ 是可变电阻，R₂ 是定值电阻，电源内阻不计。实验时调节 R₁ 的阻值，得到各组电压表和电流表数据，用这些数据在坐标纸上描点、拟合，作出的 U-I 图像如图 12-4 乙中 AB 所示。

（1）图 12-4 乙中 a、b、AB 的斜率各等于多少？

（2）结合图 12-4 甲，说明 a、b、AB 的斜率各表示什么物理量。

参考解答：（1）20 Ω，3.3 Ω，− 5.0 Ω

（2）a、b 的斜率分别表示可调电阻 R₁ 的阻值为 20 Ω、3.3 Ω，AB 的斜率的绝对值表示电阻 R₂ 的阻值为5.0 Ω。

B 组

1．在图 12-5 所示的并联电路中，保持通过干路的电流 I 不变，增大 R₁ 的阻值。

（1）R₁ 和 R₂ 两端的电压 U 怎样变化？增大还是减小？

（2）通过R₁ 和R₂ 的电流I₁ 和I₂ 各怎样变化？增大还是减小？

（3）并联电路上消耗的总功率怎样变化？增大还是减小？

参考解答：（1）增大；（2）I₁ 减小，I₂ 增大；（3）增大

2．小明坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的电动机启动时，汽车的车灯会瞬时变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图 12-6 所示，已知汽车电源电动势为 12.5 V，内阻为 0.05 Ω。车灯接通电动机未起动时，电流表示数为 10 A ；电动机启动的瞬间，电流表示数达到 60 A。问 ：电动机启动时，车灯的功率减少了多少？

参考解答：44.8 W

3．电鳗是一种放电能力很强的淡水鱼类，它能借助分布在身体两侧肌肉内的起电斑产生电流。某电鳗体中的起电斑并排成 140 行，每行串有 5 000 个起电斑，沿着身体延伸分布。已知每个起电斑的内阻为 0.25 Ω，并能产生 0.15 V 的电动势。该起电斑阵列一端在电鳗的头部而另一端接近其尾部，与电鳗周围的水形成回路。假设回路中水的等效电阻为800 Ω，请计算 ：电鳗放电时，其首尾间的输出电压是多少？

提示：电鳗的诸多起电斑构成了一个串、并联电池组。已知 n 个相同电池并联时，电池组的电动势等于一个支路的电动势，内阻等于一个支路内阻的 n 分之一。

参考解答：741.72 V

4．如图 12-7，电源的电动势不变，内阻 r 为 2 Ω，定值电阻 R₁ 为 0.5 Ω，滑动变阻器 R₂ 的最大阻值为 5 Ω，求：

（1）当滑动变阻器的阻值为多大时，电阻 R₁ 消耗的功率最大？

（2）当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器 R₂ 消耗的功率最大？

（3）当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？

参考解答：（1）0；（2）2.5 Ω；（3）1.5 Ω

5．某实验小组用电阻箱和电压表（内阻可视为无穷大）按图 12.3-3 的电路测定一个水果电池的电动势和内阻。闭合开关 S 后，调节电阻箱得到各组实验数据如下表。

表 电阻箱的电阻、电压及电流

（1）由电阻箱的电阻和电阻箱两端的电压，计算通过电阻箱的电流，把每组电流的数据填在表中的空格处。

（2）根据表中电压和电流的数据，在图12-8 中描点，作出 U-I 图像。

（3）根据 U-I 图像，计算水果电池的电动势和内阻。

参考解答：（1）如下表所示。

（2）U-I 图像如图所示。

（3）E = 0.85 V， r = 8.5×10² Ω

发布时间：2022/8/10 14:26:42  阅读次数：1611