2025人教版高中物理必修第三册同步练习题--专题强化练7（有解析）　闭合电路的功率及效率问题

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2025人教版高中物理必修第三册
专题强化练7　闭合电路的功率及效率问题
　　　　　 　　　　 　　　　
一、选择题
1.(多选题)(2024陕西西安黄河中学月考)如图所示,直线A、B分别为电源a、b的路端电压与电流的关系图线,直线C为电阻R两端电压与电流的关系图线,将电阻R分别接到a、b两电源上,下列说法正确的是(　　)
A.a电源的电动势大于b电源的电动势
B.a电源的内阻小于b电源的内阻
C.R接到a电源上时比接到b电源上时消耗的功率大
D.R接到b电源上时电源的输出功率比接到a电源上时电源的输出功率大
2.(2024四川宜宾第一中学期中)图甲为某电源的U-I图线,图乙为某小灯泡的U-I图线的一部分,则下列说法中正确的是(　　)
A.电源的内阻为10 Ω
B.当灯泡两端电压为2.5 V时,其电阻约为10 Ω
C.把电源和小灯泡组成闭合回路,小灯泡两端的电压约为1.3 V
D.把电源和小灯泡组成闭合回路,小灯泡的功率约为0.3 W
3.(2024陕西西安黄河中学月考)在如图所示的电路中,电源的电动势和内阻均恒定不变,闭合开关后,当滑动变阻器的滑片P向b端滑动时,下列说法正确的是(　　)
A.干路中的电流将减小
B.R1消耗的功率将减小
C.R2两端的电压将增大
D.电源的效率可能增大
4.(2024山东聊城第二中学月考)如图所示,电源电动势E=12 V,内阻r=3 Ω,R0=1 Ω,直流电动机内阻RM=1 Ω。闭合开关S,当调节滑动变阻器R1时可使图甲中电源的输出功率最大;调节R2时可使图乙中电源的输出功率最大,且此时电动机刚好正常工作。已知电动机额定输出功率P0=2 W,则R1和R2接入电路中的阻值分别为(　　)
　
A.2 Ω、2 Ω　　B.2 Ω、1.5 Ω
C.1.5 Ω、1.5 Ω　　D.1.5 Ω、2 Ω
5.(2024黑龙江哈尔滨师大附中期中)如图所示的电路中,电源电动势为E,电源内阻为r,串联的定值电阻为R2,滑动变阻器的总电阻为R1,电阻大小关系为R1=R2=r,则在滑片P从a端移动到b端的过程中,下列描述中正确的是　(　　)
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
6.(2024辽宁大连期中)如图甲所示的电路中,电源电动势E=6 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R=4 Ω,闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片,测得滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的阻值RP的关系如图乙所示。下列说法正确的是　(　　)
　
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.调整滑动变阻器接入电路的阻值,可以使电源的输出电流达到2 A
7.(2023河南平顶山阶段检测)如图所示,电源电动势为E,内阻为r,电容器的下极板接地,闭合开关S,滑动变阻器的滑片在a端,电容器内有一带电油滴恰好处于静止状态,若电流表视为理想电表,将滑动变阻器的滑片向b端移动,移动过程中,油滴没有和极板相碰,则在移动过程中(　　)
A.电容器上极板的电势一直升高
B.电阻R1消耗的电功率先减小后增大
C.油滴在运动过程中先向上运动后向下运动
D.电流表示数一直在减小
8.(多选题)(2024湖南长沙联考)如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,R1、R2为定值电阻,R1>r,R3为滑动变阻器,C为下极板接地的平行板电容器,电表均为理想电表。初始状态的S1和S2均闭合,滑片P位于中点,此时两极板之间的固定带电油滴M所受电场力恰好与重力平衡。下列说法正确的是(　　)
A.若保持S1闭合,S2断开,滑片P向下移动,则电源总功率和输出功率均减小
B.若保持S1闭合,S2断开,滑片P向上移动,则A1示数和电源效率均增大
C.若仅将上极板向下平移一小段距离,则V的示数不变,带电油滴M的电势能减小
D.若仅将下极板向下平移一小段距离,则M的电势能增大,流过A2的电流方向为a→b
二、非选择题
9.(2024山东济宁实验中学月考)在图甲的电路中,R1是可变电阻,R2=3 Ω,是定值电阻,电源内阻不可忽略。实验时调节R1的阻值,得到多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图像如图乙中AB所示。
(1)电源的电动势和内阻各是多少
(2)电流为0.1 A时电源的效率为多大
(3)实验过程中R2的最大功率是多少 R1此时电阻为多少
　
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.AC 2.C 3.B 4.B 5.B 6.B 7.B 8.AC
1.AC　根据闭合电路欧姆定律有U=E-Ir,可知电源的U-I图像的纵轴截距表示电源电动势,斜率的绝对值表示内阻,则Ea>Eb,ra>rb,故A正确,B错误;电阻的U-I图线与电源的U-I图线的交点横纵坐标的乘积表示电阻接到电源两端时消耗的功率,即电源的输出功率,由图可知R接到电源b上时,电阻R消耗的功率即电源的输出功率较小,故C正确,D错误。
2.C　电源的U-I图线的纵轴截距表示电动势,图线斜率的绝对值表示内阻,根据题图甲可知电源的电动势为E=4.0 V,内阻为r= Ω=7.5 Ω,A错误;根据题图乙可知当小灯泡两端的电压为2.5 V时,电流约为0.5 A,可得小灯泡的电阻约为R==5 Ω,B错误;把电源和小灯泡组成闭合回路,在题图乙中作该电源对应的U-I图像,两U-I曲线的交点即组成闭合回路后小灯泡的电压、电流,如图所示,根据图像读数U≈1.3 V,I≈0.36 A,所以小灯泡的功率约为P=UI=1.3×0.36 W=0.47 W,C正确,D错误。
3.B　当滑动变阻器的滑片P向b端滑动时,接入电路的电阻值减小,则电路的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律I=可知,干路中的电流将增大,A错误;干路中的电流增大,由U=E-Ir可知,路端电压减小,即R1、R2两端的电压减小,由P=可知,R1消耗的功率将减小,故B正确,C错误;电源的效率η=×100%,路端电压减小,则电源的效率减小,故D错误。
4.B　题图甲中电路为纯电阻电路,当外电阻与电源内阻相等时,电源的输出功率最大,则R1接入电路的阻值为R1=r-R0=3 Ω-1 Ω=2 Ω;题图乙中电路是非纯电阻电路,则电源的输出功率为P=UI=I(E-Ir),将E、r的数值代入上式,可得P=I(12-3I)=-3I2+12I=-3(I-2)2+12,当I=2 A时,输出功率最大,此时电动机的输出功率为P0=2 W,电动机的发热功率为P热=I2RM=4 W,则电动机的输入功率为P入=P0+P热=2 W+4 W=6 W,则电动机两端电压为UM==3 V,则R2两端的电压为U2=E-Ir-UM=3 V,则R2接入电路的阻值为R2= Ω=1.5 Ω,B正确。
5.B　由题给电路图可知,滑片两侧的电阻为并联关系,且P滑到a、b中间时并联电阻最大,所以滑片P从a端移动到b端的过程中,电路的总电阻先增大后减小,总电流先减小后增大,A错误;由于外电路总电阻先增大后减小,故路端电压先增大后减小,B正确;当外电路总电阻R外=r时,电源的输出功率最大,设R1两部分的并联阻值为R1',因为R1'+R2先增大后减小且一直大于r,故电源的输出功率先减小后增大,如图1所示,故C错误;把定值电阻R2与电源等效为一个新电源,则新电源的电动势仍为E,内阻为R2+r,因为R1'先增大后减小且一直小于R2+r,故滑动变阻器R1上消耗的功率(新电源的输出功率)先增大后减小,如图2所示,故D错误。
关键点拨
　　在分析滑动变阻器的功率变化情况时,关键是利用等效电源法把除变化电阻R变之外的其他定值电阻和电源等效成一个“新电源”——电动势E'、内阻r',则变化电阻的功率即为“新电源”的输出功率,当R变=r'时,P变有最大值。若R变不能取到r'值,则当R变越接近r'时,P变越大。
6.B　当电路外电阻等于内阻r时,电源的输出功率最大,最大值为Pm=,把定值电阻看成电源内阻的一部分,由题图乙可知,当RP=R1=R+r=6 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率为P2==1.5 W,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×3 Ω=R2,解得R2=12 Ω,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,C错误;当滑动变阻器接入电路的阻值为0时,电路中电流最大,最大值为Im= A=1 A,则调整滑动变阻器接入电路的阻值,不可能使电源的输出电流达到2 A,D错误。
方法技巧　功率的最值问题
　　(1)定值电阻的功率:P定=I2R
　　R为定值电阻的阻值,即R不变,则P定只与电流有关系,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:对于一个内阻r不变的电源,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、电源内阻r等效成“新电源”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,当R变=r'时,P变有最大值。
7.B　滑动变阻器的滑片在a端时,滑动变阻器被短路,当滑片向b端移动时,滑片左、右两部分并联接入电路,阻值逐渐增大,当滑片滑到中间位置时,并联的阻值达到最大值,滑片继续向b端滑动时,并联的阻值开始减小,直到滑至b端时滑动变阻器又被短路,接入电阻又为零,故电路总电阻先增大后减小,最后恢复到初始值,电路总电流I总先减小后增大,最后恢复到初始值。电阻R1消耗的电功率为P1=R1,故电阻R1消耗的电功率先减小后增大,B正确;电容器两极板间的电压为U=E-U内-U1=E-I总(R1+r),因此电容器两极板间的电压先增大后减小,由于下极板电势为零,故上极板的电势先升高后降低,A错误;由于电容器两极板间的电压先增大后减小,最后减小到初始值,因此油滴受到的电场力先增大后减小,最后减小到初始值,油滴一直向上运动,运动方向未改变,C错误;电流表所测电流即为流过并联电路右侧支路的电流Ib,刚开始时滑动变阻器左侧支路的电流Ia为电路总电流,Ib为零,随着滑片向右移动,Ia逐渐减小,Ib逐渐增大,滑片到达最右端时,Ia为零,Ib为电路总电流,D错误。
8.AC　若保持S1闭合,将S2断开,滑片P向下移动,滑动变阻器接入电路的电阻增大,通过电源的电流减小,电源的总功率P=EI,可知电源总功率减小;因为R1>r,根据电源的输出功率与外电路电阻的关系可知,当外电路的总电阻大于电源内阻且逐渐增大时,电源的输出功率减小,故A正确。若保持S1闭合,将S2断开,滑片P向上移动,滑动变阻器接入电路的电阻减小,回路中总电阻减小,回路中电流增大,即A1示数增加;电源的效率为η=×100%,滑动变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,电源效率减小,故B错误。若仅将上极板向下平移一小段距离,电路结构不变,电压表V的示数始终等于滑动变阻器两端电压,保持不变;根据电场强度与电势差的关系E=可知,电容器内电场强度增大,油滴与下极板之间的电势差增大,下极板接地,电势为零,所以油滴所在处的电势升高,由于初始时油滴处于平衡状态,受到向上的电场力,所以油滴带负电,根据电势能与电势的关系可知带负电油滴的电势能减小,故C正确。若将下极板向下平移一小段距离,电容器两极板的距离增大,电容器两极板之间的电势差不变,电容器内的电场强度减小,油滴与上极板之间的电势差减小,油滴与下极板之间的电势差增大,油滴所在处的电势升高,M的电势能减小;该过程中,电容C减小,Q减小,电容器放电,流过A2的电流方向为b→a,故D错误。
9.答案　(1)2.5 V　2 Ω　(2)92%　(3)0.75 W　0
解析　(1)根据图甲可得E=U+I(R2+r)
故U=E-I(R2+r)
得U-I图像的斜率绝对值|k|=R2+r= Ω=5 Ω
又R2=3 Ω,故r=2 Ω
代入I=0.1 A,U=2 V,有2 V=E-5×0.1 V
E=2.5 V
(2)电源的效率为η=×100%
故η=×100%=92%
(3)根据,将r、R2的数值代入可得
知R1=0时,可得×3 W=0.75 W
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