人教版新教材必修三 12.2 电源功率效率专题（含答案）

人教版新教材必修三第十二章电源功率效率专题（含答案）
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题（本大题共10小题，共60.0分）
1. 在如图所示的图像中，直线为某一电源的路端电压与电流的关系图像，直线为某一电阻的伏安特性曲线。用该电源与电阻组成闭合电路。由图像判断错误的是( )
A. 电源的电动势为，内阻为 B. 电阻的阻值为
C. 电源的效率为 D. 电源的输出功率为
2. 在如图所示的图像中，直线为某电源的路端电压与电流的关系，直线为某电阻元件的电压与电流的关系。现用该电源直接与元件连接成闭合电路。则此时( )
A. 电源将其它能转化为电能的功率为 B. 该元件的电阻为
C. 该元件发热功率为 D. 电源外电路与内电路消耗功率之比为
3. 如图所示的图象中，直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线，直线Ⅱ为某一电阻的图像，用该电源直接与电阻连接成闭合电路，由图象可知( )
A. 电源电动势为，内阻为欧姆 B. 的阻值为欧姆
C. 消耗的功率 D. 电源消耗的总功率为
4. 如图甲所示的电路中定值电阻，电源电动势，内阻。图乙中曲线为灯泡的伏安特性曲线，直线为电源的路端电压与干路电流的关系图线，以下说法正确的是( )
A. 断开时电源的效率为 B. 闭合后电源的总功率会变小
C. 闭合后灯泡的亮度增强 D. 断开时小灯泡消耗的功率为
5. 如图所示为两电源的图象，则下列说法正确的是( )
A. 当外接相同的电阻时，两电源的输出功率可能相等
B. 当外接相同电阻时，电源的输出功率比电源大
C. 当外接相同的电阻时，两电源的效率可能相等
D. 电源的电动势和内阻均比电源大
6. 一只直流电源与一阻值为的定值电阻组成闭合回路，在如图所示的图像中，甲为电源输出电压和流过的电流的关系图线，乙为该定值电阻两端电压和电流的关系图线，下列说法正确的是( )
A. 电源电动势等于，内阻等于
B. 电源内部发热功率数值上等于矩形的面积
C. 若矩形的面积等于矩形的面积，则电源的效率为
D. 若矩形的面积等于矩形的面积，则电源的内阻等于
7. 如图所示的电路，两电表均为理想电表，电源的内阻不可忽略，。开始时滑片位于图示的位置，则在滑片向上滑动的过程中，下列选项正确的是( )
A. 电源的输出功率增大 B. 流过的电流减小 C. 两电表的示数均增大 D. 电源的总功率减小
8. 如图所示电路中，电源电动势为，电源内阻为，串联的固定电阻为，滑动变阻器的总电阻为，电阻大小关系为，则在滑动触头从端移动到端的过程中，下列描述正确的是( )
A. 电路中的总电流先增大后减小 B. 电路的路端电压先增大后减小
C. 电源的输出功率先增大后减小 D. 滑动变阻器上消耗的功率先减小后增大
9. 图甲中为定值电阻，为滑动变阻器允许通过的最大电流为，电源电压不变，内阻忽略不计。闭合开关后，移动滑片时，两端电压和通过的电流之间的关系如图乙；消耗的功率与电流的关系如图丙，则下列说法中错误的是( )
A. 电源电压为
B. 的阻值为
C. 当的功率为时，电路消耗的总功率为
D. 滑动变阻器连入阻值的范围为
10. 如图所示，一个电源在外电阻不断变化时，内、外电阻消耗的电功率随电流变化的关系分别用抛物线、表示。由该图可知( )
A. 电源的电动势为 B. 电源的内阻为
C. 电源消耗的最大功率为 D. 电源输出功率随外电阻的增大而减小
二、计算题（本大题共3小题，共40.0分）
11. 在如图所示的电路中，电源电动势，定值电阻。闭合开关后，电动机正常工作，此时电流表的示数为、电压表的示数为。已知电流表和电压表均为理想电表。求：
电源的内阻多大？
电动机正常工作时，电源的输出功率是多大？
若电动机正常工作时的机械效率为，则电动机的内阻是多大？
12. 如图所示，为电阻箱，为理想电压表，当电阻箱读数为时，电压表读数为当电阻箱读数为时，电压表读数为．
求电源的电动势和内阻．
当电阻箱读数为多少时，电源的输出功率最大最大值为多少
13. 如图所示，电源电动势为，内电阻为，滑动变阻器电阻的阻值范围，当滑动变阻器电阻时，当闭合后，求：
电路中路端电压为多少？
电源的输出功率为多少？
此时电源的效率是多少
当滑动变阻器电阻取多少时电源输出功率最大，最大值是多少？
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
由电源的路端电压与电流的关系图象可知，图象与纵轴的交点等于电源的电动势，其斜率大小等于电源的内阻。电阻的伏安特性曲线的斜率等于电阻。两图线的交点读出电流与电压，求出电源的输出功率和效率。
对于图线关键要根据物理规律，从数学角度来理解其物理意义。本题要抓住图线的斜率、交点的意义来理解图象的意义。
【解答】
A.根据闭合电路欧姆定律得，当时，，由读出电源的电动势，内阻等于图线的斜率大小，则，故A正确；
B.电阻，故B正确；
两图线的交点表示该电源直接与电阻相连组成闭合电路时的工作状态，由图读出电压，电流，则电源的输出功率为，电源的效率，故C错误，D正确。
本题选择错误的，故选C。
2.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了闭合电路欧姆定律。
根据图像正确读出电源的电动势和短路电流，根据图像正确读出外电路两端的电压和流过电阻的电流，是解决此类问题的出发点。
【解答】
根据闭合电路欧姆定律，结合图像可得电源电动势，内电阻；
根据图像和的交点坐标为：，，该电阻的阻值为：，电源将其它能转化为电能的功率为：，代入数据解得：，故AB错误；
C.该元件的发热功率为：，故C错误；
D.电源外电路消耗功率为：，电源内部消耗的功率为，故电源外电路与内电路消耗功率之比为，故D正确。
故选D。
3.【答案】
【解析】
【分析】
根据图象Ⅰ正确读出电源的电动势和短路电流，根据图象正确读出外电路两端的电压和流过电阻的电流，是解决此类问题的出发点。
由图象Ⅰ可知电源的电动势为，短路电流为；由图象Ⅱ可得外电路电阻为，两图象的交点坐标即为电阻和电源构成闭合回路时的外电压和干路电流。
【解答】
A.由图象Ⅰ可知，电源电动势，短路电流，电源内阻，故A错误；
B.由图象Ⅱ可知，外电阻，故B错误；
C.由两图象的交点坐标，可得电阻两端的电压为，流过电阻的电流为，电阻消耗的功率为，故C正确；
D.由两图象的交点坐标，干路电流为，电源的总功率为，故D错误。
故选C。
4.【答案】
【解析】
【分析】
断开时，图乙交点数值为灯泡实际工作的电压和电流，求解灯泡的实际功率、电源的总功率及电源的效率；闭合后，电路外电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律分析干路电流、电源总功率、灯泡的亮度变化情况。
对于图线关键要根据物理规律，从数学角度来理解其物理意义，知道图线的交点数值为灯泡实际工作的电压和电流；对于闭合电路的动态分析，通常按照“部分整体部分”的顺序进行分析。
【解答】
断开时，图乙交点数值为灯泡实际工作的电压和电流，，，实际功率，电源总功率，所以电源的效率，故A错误，D正确；
B.闭合后，电路外电阻减小，，干路电流增大，总功率增大，故 B错误；
C.闭合后，干路电流增大，增大，路端电压减小，灯泡亮度减弱，故C错误。
故选D。
5.【答案】
【解析】
【分析】
根据闭合电路欧姆定律分析两电源的电动势和内阻大小，过原点作出一条倾斜直线，该直线与两图线的交点表示两电源与同样的电阻连接时的工作状态，电源的输出功率，由交点纵坐标与横坐标乘积比较输出功率的大小。
本题考查了闭合电路的欧姆定律，根据图象得出电源的电动势和内阻，再由路端电压与负载的关系进行分析解答。
【解答】
过原点作出一条倾斜直线，该直线与两图线的交点表示两电源与同样的电阻连接时的工作状态，则由得，与号线的交点的坐标乘积大于与号线坐标的乘积，说明不论外接多大的相同电阻，电源的输出功率总比电源的输出功率大，故AB错误；
C.根据效率的公式可知，当外接同样的电阻时，由于内阻不等，电源的效率不可能相等，C错误；
D.在图象中，该图线与纵轴坐标的交点表示电动势，图线的斜率的绝对值表示内阻大小，则由图可知电源的电动势和内阻均比电源的大，故D正确。
故选D。
6.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了闭合电路欧姆定律和电源的功率、效率问题；根据图象正确读出电源的电动势和短路电流，根据图象正确读出外电路两端的电压和流过电阻的电流，是解决此类问题的关键。
图象乙的斜率等于电阻；图象甲的纵轴截距等于电源的电动势，斜率的大小等于电源的内电阻；根据电源内功率的公式内；根据输出功率除以总功率等于电源的效率求电源效率；结合矩形的面积和矩形的面积的含义得到电源的内阻与电阻的关系。
【解答】
A.由图可知，电源电动势数值等于，内阻等于电源图线的斜率绝对值，，故A错误；
B.电源内部发热功率，其数值等于矩形的面积，故B错误；
若矩形的面积等于矩形的面积，说明电源此时的输出功率等于发热功率，即，，当电源内阻，此时电源的输出功率最大，再根据，得，故C正确，D错误。
故选C。
7.【答案】
【解析】
【分析】
由电路图看出：与并联后与串联，电压表测路端电压。
由滑片的移动可知滑动变阻器接入电阻的变化，则由闭合电路欧姆定律可得出电路中电流的变化及路端电压的变化，再分析局部电路可得出电流表中示数的变化，再进一步分析总功率的变化。
该题考查了闭合电路欧姆定律的相关知识，对于电路的动态分析问题，要牢记以下三个结论：路端电压随着外电阻的增大而增加；电源的效率随着外电阻的增大而增大；外电阻由零逐渐增大，电源的输出功率先变大后变小。
【解答】
当滑动变阻器的滑片向上滑动时，外电路电阻减小，总电流增大，路端电压减小，电压表测得的是路端电压，因此电压表示数减小；由于总电流增大，所以两端电压增大，并联部分电压减小，流过电阻的电流减小，电流表测得的是流过的电流，电流表示数减小，流过滑动变阻器的电流增大，故BC错误；
A.当外电阻等于内阻时，电源的输出功率增大，已知，随着的减小，则电源的输出功率增大，故A正确；
D.电源的总功率，由于总电流增大，所以电源的总功率增大，故D错误。
故选A。
8.【答案】
【解析】
【分析】
滑动变阻器的左右两个部分并联后与电阻串联接到电源中，分析在滑动触头从端滑到端过程中，电阻的变化情况，根据闭合电路欧姆定律判断电流的变化情况，当外电路电阻等于内阻时，电源的输出功率最大。
本题关键判断出滑动变阻器滑片从最右端中间左端总电阻变化情况和电源的输出功率与外电阻的关系，能巧妙运用等效思维分析变阻器功率的变化。
【解答】
A.当滑动变阻器从移动时，左右两个部分并联电路总电阻先增大后减小，根据闭合电路欧姆定律可知电路中的总电流是先减小后增大，故A错误；
B.电源的内电压，因为电流先减小后增大，所以内电压先减小后增大，电路的路端电压先增大后减小，故B正确；
C.当的时候电源的输出功率最大，可知当滑片在端或者端时，外电路总电阻，此时电源的输出功率最大，所以输出功率是先减小后增大的，故C错误；
D.将看成电源的内阻，等效电源的内阻为，变阻器为外电路，显然外电阻始终小于内电阻，外电阻先增大后减小，上消耗的功率先增大后减小外电阻越接近内阻，功率越大，故D错误。
故选B。
9.【答案】
【解析】
【分析】
由电路图可知，两电阻串联接入电路，两点间电压是滑动变阻器两端电压。
当开关断开时，电路中的电流为，两端电压即为电源的电压，由图乙读出电源的电压；
由图丙可知当的功率为时电路中的电流，由图乙可知两端的电压，根据串联电路的电压特点求出两端的电压，根据欧姆定律求出的阻值，根据求出电路消耗的总功率；
由图乙可知，两端最大和最小电压对应的电流，根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的最大和最小值，进一步得出滑动变阻器连入阻值的范围。
本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的灵活应用，关键是根据图象读出电压和对应的电流值、电功率和对应的电流值。
【解答】由电路图可知，两电阻串联接入电路，两点间的电压也是滑动变阻器两端的电压。
A.当开关断开时，电路中的电流为，此时两端电压即为电源的电压，由图乙可知，电源的电压，故A正确；
B.由图丙可知，当的功率为时，电路中的电流，
由图乙可知，此时，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，两端的电压：
，
由可得，的阻值：
，故B正确；
C.此时电路消耗的总功率：，故C正确；
D.由图乙所示图象可知：时，时，
则滑动变阻器接入电路中的最大电阻和最小电阻分别为：
，
，
则滑动变阻器接入电路的阻值范围是，故D错误。
本题选择错误的，故选：。
10.【答案】
【解析】
【分析】
当电路的内电阻和外电阻相等时，电源的输出功率最大，根据图象可以求得电源的最大输出功率和电源的内阻的大小，由闭合电路欧姆定律求出电源的电动势。
本题考查学生的读图的能力，并且要知道当电路的内电阻和外电阻相等时，电路的输出的功率最大这个结论．
【解答】
、根据可知，当输出功率最大时，，，所以，由于，所以电源的电动势为，故AB错误；
C、当电源被短路时，电源消耗的功率，故C正确。
D.电源的内阻和外电阻相等时，电源的输出功率最大，所以随外电阻的增大，电源输出功率先增大后减小，故D错误。
故选C。
11.【答案】解：根据闭合电路欧姆定律有

代入数据解得：
电动机正常工作时，电源的输出功率是

设电动机的内阻为，则有
解得：
答：电源的内阻为；
电动机正常工作时，电源的输出功率是；
若电动机正常工作时的机械效率为，则电动机的内阻是．
【解析】根据闭合电路欧姆定律 ，解得电源内阻；
电动机正常工作时，电源的输出功率；
根据机械效率计算公式，解得电动机内阻。
本题考查欧姆定律的应用，解题关键掌握电动机为非纯电阻电路，不能直接使用欧姆定律解题。
12.【答案】解：由闭合电路欧姆定律：
联立上式并代入数据解得：
电源电动势为，内阻为；
电源的输出功率：
将上式变形为：
由上式可知时有最大值为；
故的最大输出功率为。
【解析】由两次电压表及电阻箱的读数，列出闭合电路欧姆定律联立可求得电动势和内阻；
由功率表达式可知，当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，由数学知识可求得最大值。
本题考查闭合电路的欧姆定律及功率输出的最大值问题，最大输出功率要以做为结论直接应用，但是还要注意明确推导过程。
13.【答案】解：根据闭合电路欧姆定律，电流：，
根据欧姆定律，电路中路端电压：；
电源的输出功率为：；
电源的总功率为：，
电源的效率为：；
当滑动变阻器的电阻为时，电源的输出功率最大，
，。
答：电路中路端电压为；
电源的输出功率为；
此时电源的效率是多少；
当滑动变阻器电阻取时电源输出功率最大，最大值是。
【解析】本题考查闭合电路欧姆定律及功率问题，本题关键是结合闭合电路欧姆定律列式求解电流，会根据欧姆定律求解内电压与外电压，知道电路中的能量转化情况，应用功率公式解答。
根据闭合电路欧姆定律列式求解电流；根据求解路端电压；根据求解电源的输出功率；根据求解求解电源的总功率。
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