2024教科版高中物理必修第三册同步练习（有解析）--专题强化练7　闭合电路的功率及效率问题

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2024教科版高中物理必修第三册同步
专题强化练7　闭合电路的功率及效率问题
1.(2022山东师范大学附中月考)将三个阻值均为R的定值电阻分别与电动势相同且内阻分别为r1、r2、r3的电源A、B、C连接,电阻之间的关系为R=r1>r2>r3,则下列说法正确的是 (　　)
A.电源A的内阻消耗功率最大
B.电源C的内阻消耗功率最大
C.电源A的输出功率最大
D.电源C的输出功率最小
2.(2022重庆巴蜀中学阶段检测)在纯电阻电路中,当用一个固定的电源(设E、r是定值)向变化的外电阻供电时,电源的输出功率P随外电阻R变化的规律如图所示。则下列判断正确的是 (　　)
A.当R=r时,电源有最大的输出功率
B.当R=r时,电源的效率η=50%
C.电源的总功率P'随外电阻R的增大而增大
D.电源的效率η随外电阻R的增大而增大
3.(2022四川凉山宁南中学阶段检测)如图所示,已知电源电动势为6 V,内阻为1 Ω,保护电阻R0=0.5 Ω,则当电阻箱R消耗的电功率最大时,这个电阻箱R的读数和电阻R0消耗的电功率为 (　　)
A.1.5 Ω,2 W　　　　B.1.5 Ω,6 W
C.1 Ω,2.88 W　　　　D.1 Ω,5.96 W
4.(2022四川崇州怀远中学期末)如图所示,图线AB是某电源的路端电压与通过的电流的关系图线,OM是固定电阻R两端的电压与通过的电流的关系图像,由图可知 (　　)
A.该电源的电动势为6 V,内阻是2 Ω
B.固定电阻R的阻值为1 Ω
C.该电源的最大输出功率为8 W
D.当该电源只向电阻R供电时,其效率约为66.7%
5.(2022四川雅安期末)如图所示,直线A、B分别为电源a、b的路端电压与干路电流关系的图像,直线C为一电阻R两端的电压与通过的电流的关系图像。若将这个电阻R分别接到电源a、b上,下列说法正确的是 (　　)
A.电源b的内阻较大
B.R接到a电源上时,电源的效率较高
C.R接到a电源上时,电源内阻消耗的功率较大
D.R接到b电源上时,电源的输出功率较大
6.(2022四川简阳阳安中学阶段检测)如图所示,R1为定值电阻,R2为可变电阻,E为电源电动势,r为电源内阻,且r>R1。以下说法正确的是 (　　)
A.当R2+R1=r时,R2获得最大功率
B.当R1+r=R2时,R2获得最大功率
C.当R2=0时,R1获得最大功率
D.当R2由0逐渐变大时,电源的输出功率变大
7.(2022重庆沙坪坝八中月考)某同学将一直流电源的总功率、输出功率和电源内部的发热功率随电流I变化的图线画在同一坐标系内,如图所示,根据图线可知 (　　)
A.反映电源内部的发热功率变化的图线是c
B.电源电动势为8 V
C.电源内阻为1 Ω
D.当电流为0.5 A时,外电路的电阻为6 Ω
8.(2022河南信阳中学月考)如图甲所示的电路,其中电源电动势E=6 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R=4 Ω,已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值RP的关系如图乙所示。下列说法中正确的是 (　　)
甲
乙
A.图乙中滑动变阻器的最大功率P2=2 W
B.图乙中R1=6 Ω,R2=12 Ω
C.滑动变阻器消耗的功率P最大时,定值电阻R消耗的功率也最大
D.调整滑动变阻器的阻值,可以使电源的输出电流达到2 A
9.(2022山东烟台招远二中月考)在如图所示的电路中,电压表和电流表均为理想电表,R2、R3均为定值电阻,且R2=216 Ω,R3阻值未知,R1是一滑动变阻器。闭合开关,当滑动变阻器滑片在最左端a时,电压表和电流表示数分别为8 V、0.1 A;当滑片在最右端b时,电压表和电流表示数分别为4 V、0.5 A。求:
(1)电源的电动势和内阻;
(2)定值电阻R3的阻值和滑动变阻器的最大阻值;
(3)电源的最大输出功率。
答案与分层梯度式解析
专题强化练7　闭合电路的功率及效率问题
1.A 2.ABD 3.A 4.D 5.C 6.BC 7.AD 8.B
1.A　根据闭合电路的欧姆定律有E=Ir+IR,则电源内阻消耗的功率为P=I2r=,则当r=R时,P最大,则知电源A的内阻消耗的功率最大,选项A正确,B错误;电源的输出功率P出=I2R,由于电源C的内阻最小,所以接电源C时电路中电流最大,电源的输出功率最大,选项C、D错误。
2.ABD　由题图可知,当R=r时,电源有最大的输出功率,此时电源的效率η1=×100%=50%,
故A、B正确;电源的总功率为P'=,所以P'随外电阻R的增大而减小,故C错误;电源的效率η=×100%,所以η随外电阻R的增大而增大,故D正确。
3.A　将保护电阻R0等效为电源内阻,则电阻箱R消耗的电功率最大时,电阻箱阻值为R=R0+r=1.5 Ω,电路中的电流为I==2 A,电阻R0消耗的电功率为P=I2R0=2 W,故A正确。
知识拓展　功率的最值问题
(1)定值电阻的功率:P定=I2R
R为定值电阻,P定只与电流有关,当R外最大时,I最小,P定最小;当R外最小时,I最大,P定最大。
(2)电源的输出功率:当R外=r时,P出最大,P出m=。
(3)变化电阻的功率的最大值
利用等效思想,把除变化电阻之外的定值电阻等效成电源的内阻r',则变化电阻的功率即等效以后的电源的输出功率,即当R变=r'时,P变有最大值。
4.D　由图线AB可知,电源的电动势E=6 V,短路电流为I短=6 A,则电源内阻r==1 Ω,故A错误;根据OM图线可得R= Ω=2 Ω,故B错误;当外电路电阻等于内阻时,电源的输出功率最大,所以该电源的最大输出功率为Pmax==9 W,故C错误;当该电源只向电阻R供电时,根据图像交点的纵坐标可得此时电源的输出电压为4 V,则该电源的效率η=×100%≈66.7%,故D正确。
5.C　
解题导引　解此题的关键是利用图像获取以下信息
根据电源的U-I图线的斜率的绝对值等于电源的内阻,可知电源a的内阻较大,A错误;电源的效率η=,因电源a的内阻较大,则R接到a电源上时,电源的效率较低,B错误;电阻的U-I图线与电源的U-I图线交点的坐标表示电阻与该电源连接时的电流和电压,根据P内=I2r可知,R接到a电源上时,电源内阻消耗的功率较大,C正确;根据P=IU可知,R接到a电源上时,电源的输出功率较大,D错误。
6.BC　把R1看作电源内阻的一部分,当R1+r=R2时,R2获得最大功率,故B正确,A错误;根据P=I2R1可知,当R2=0时,电路中总电流最大,所以此时R1获得最大功率,故C正确;外电阻从零逐渐增大,电源的输出功率先增大再减小,当外电阻等于电源的内阻时,电源的输出功率最大,由于r>R1,当R2由0逐渐变大时,电源的输出功率先变大后变小,故D错误。
7.AD　电源内部的发热功率Pr=I2r,Pr-I图线是抛物线,且开口向上,则反映Pr变化的图线是c,选项A正确;电源的总功率PE=EI,则图线a为PE-I图线,斜率等于电源电动势E,则有E= V=4 V,选项B错误;图中I=2 A时,Pr=8 W=(2 A)2r,得到r=2 Ω,选项C错误;当电流为0.5 A时,根据闭合电路欧姆定律得I=,解得R=6 Ω,选项D正确。
8.B　把定值电阻等效到电源内部,结合图乙可知,当RP=R1=R+r=6 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率P2==1.5 W,选项A错误;滑动变阻器接入电路的阻值为3 Ω、R2时消耗的功率相等,有R2,解得R2=12 Ω,选项B正确;当回路中电流最大时,即RP=0时定值电阻R消耗的功率最大,选项C错误;当RP=0时,电路中电流最大,最大值为Im= A=1 A,则调整滑动变阻器的阻值,不可能使电源的输出电流达到2 A,选项D错误。
9.答案　(1)9 V　10 Ω　(2)8 Ω　108 Ω
(3)2.025 W
解析　(1)由闭合电路欧姆定律可知Ua=E-Iar
Ub=E-Ibr
联立解得E=9 V,r=10 Ω
(2)当滑动变阻器滑片滑到最右端时,满足
R3==8 Ω
当滑动变阻器滑片滑到最左端时,满足Ua=IaR3+U并
=Ia,联立解得R1max=108 Ω
(3)外电阻的范围为80 Ω≥R外≥8 Ω,而内阻r=10 Ω,当R外=r=10 Ω时,电源的输出功率最大,P出max==2.025 W
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