1、章末综合提升 第十二章 电能 能量守恒定律 提升层题型探究 NO.1主题1 主题2 主题3 主题 1 直流电路的电路故障分析与判断 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；如果断路出现在干路中，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判断(1)断路故障的检测和判断(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)短路故障的检测和判断：用电压表
2、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“4 V 1 W”，滑动变阻器 R 的总电阻为 50。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 0.45 A。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 0.5 A，电压表示数为 10 V。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 如果某用电器被短路，则它两端的电压为零；如果电路中
3、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U2I2R2 也增大，因此外电路总电压增大，在外电路某处一定发生了断路。由于电流表有读数，R2 不可能断路，电压表也有读数，滑动变阻器 R 也不可能断路，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 U2U 端10 V，R2U2I2 100.5 20。L 未断路时恰好正常发光，由题意知 UL4 V，ILPU0.25 A，路端电压 U端U2I2R20.4520 V9 V，则此时滑动变阻器接入电
4、路的阻值 RURIRU端ULIL940.25 20。(3)根据闭合电路欧姆定律 EUIr可知，故障前 E9 V(0.45 A0.25 A)r，故障后 E10 V0.5 Ar，联立解得电源内电阻 r5，电源电动势 E12.5 V。答案(1)断路 电灯 L 处(2)20 (3)12.5 V 5 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化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使用图像，闭合电路问题的求解就会既快捷正确又方便灵活。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 ERr纵截距为短路电流，I随
5、 R 增大而减小U-R 图像U ERRr E1rRU 随 R 的增大而增大，但为非线性关系类型表达式图像物理意义 U-I 图像UEIr纵截距为 E，横截距为I 短，斜率的绝对值等于r 类型表达式图像物理意义 P 出-R 图像P 出 E2Rr2R当 Rr 时，电源的输出功率最大，PmaxE24RE24r；当 Rr时，电源的输出功率随 R 的增大而减小；当 Rr 时，电源的输出功率随 R 的增大而增大 类型表达式图像物理意义 P 出-I 图像P 出 EII2r当 IE2r时，电源的输出功率的最大值为E24r；当 IE2r时，电源的输出功率随 I 的增大而增大；当 IE2r时，电源的输出功率随 I
6、的增大而减小 类型表达式图像物理意义-R 图像 RRr11rR电源的效率随外电路电阻的增大而增大 1I-R 图像 1I1ERrE图像的斜率表示1E，纵截距为rE，横截距为r类型表达式图像物理意义 1U-1R图像1UrE 1R1E图像的纵截距为1E，斜率为rE，横截距为1r【典例 2】在利用电流表和电阻箱测定电源电动势和内阻的实验中，电流表的内阻很小，可视为理想电表，电路如图甲所示，连接好电路并进行如下操作：闭合开关 S，调节电阻箱的阻值，并记录下每次电阻箱的阻值 R 及对应的电流表 A 的示数 I。甲 乙(1)实验中，若某同学通过测量获得两组数据：当电流表读数为I1 时，电阻箱读数为 R1；当
7、电流表读数为 I2 时，电阻箱读数为 R2。利用所测得的 I1、I2、R1、R2 可求出 E_，r_。(2)若另一同学测得 10 组 I、R 的数据，并作出了如图乙中 a 所示的图像。则根据图像可求出电源电动势 E_V，内电阻 r_。(3)已知某电阻元件 R的1I-R 图像如图乙中 b 所示，若用该实验的电源给此元件供电，此元件的热功率为_W。解析 本题考查了安阻法测电源电动势和内阻的原理，识别图像是解题关键。(1)由闭合电路欧姆定律，得 EI1(R1r)，EI2(R2r)。由以上两式得 EI1I2R1R2I2I1，rI1R1I2R2I2I1。(2)由闭合电路欧姆定律，有 EIRIr，则1I1
8、ER1Er。由此可知1Ek，而图线 a 的斜率 k12 V1，故 E2.0 V，图线a 的纵截距rE1.0 A1，故 r2.0。(3)由1I-R 图像可知，R与该电源连接时，两图线交点处为 R6，1I4.0 A1，因此 R消耗的功率 PI2R1426 W0.375 W。答案(1)R1R2I2I1 I1I2 I1R1I2R2I2I1(2)2.0 2.0(3)0.375 主题 3 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(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。(2)精确性原则：在
9、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13以上时，读数较准确，能接近满刻度更好。(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的最大电流，若用“限流式”一般选阻值适当大一点的，但不是越大越好，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，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“分压式”，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移动距离成正比例改变，调节起来比较方便。2选用器材的一般步骤(1)先找出实验中
10、必须应用的器材；(2)画出实验电路图；(3)估算待测电路中 I 和 U 的最大值；(4)考虑能否使电表指针偏转满刻度的13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。【典例 3】小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值 R 随温度 t 的变化关系。已知该金属电阻在常温下的阻值约 10，阻值 R随温度 t 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 S，先将开关 K 与 1 端闭合，调节金属电阻的温度，分别记下温度 t1，t2，和电流表的相应示数 I1，I2，。然后将开关 K 与 2 端闭合，调节电阻箱使电流表的示数再次为 I1，I2，分别记
11、下电阻箱相应的示数 R1，R2，。(1)有以下两种电流表，实验电路中应选用_。A量程 0100 mA，内阻约 2 B量程 00.6 A，内阻可忽略(2)实验过程中，要将电阻箱的阻值由 9.9 调节至 10.0，需旋 转 图 中 电 阻 箱 的 旋 钮“a”“b”“c”，正 确 的 操 作 顺 序 是_。将旋钮 a 由“0”旋转至“1”将旋钮 b 由“9”旋转至“0”将旋钮 c 由“9”旋转至“0”(3)实验记录的温度 t 和阻值 R 的数据如表所示。温度 t/20.040.060.080.0100.0 阻值 R/9.610.411.112.112.8 请根据表中数据，作出 R-t 图线。由图线求得阻值 R 随温度 t 的变化关系为 R_。解析(1)电路中的最大电流为 Im ERr1.510 A0.15 A B 表指针偏转太小，所以选用 A 表。(2)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 R0.04t8.8 (0.04t8.6 0.04t9.0 均可)。答案(1)A(2)(或)(3)见解析图 0.04t8.8(0.04t8.60.04t9.0 均可)选择仪表时安全性、准确性原则应同时考虑，如本题(1)问中，不能只由 Im0.15 A100 mA 得出 B 选项。谢谢观看 THANK YOU!
