2025粤教版高中物理必修第三册同步练习题--专题强化练５ 闭合电路中的功率、效率问题

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2025粤教版高中物理必修第三册
专题强化练5　闭合电路中的功率、效率问题
1.(2022广东深圳月考)如图所示,电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻R0、滑动变阻器R串联,已知R0=r,滑动变阻器的最大阻值是2r。当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时,下列说法中正确的是(　　)
A.滑动变阻器两端的电压变大
B.电源的输出功率先变大后变小
C.滑动变阻器消耗的功率变小
D.定值电阻R0上消耗的功率先变大后变小
2.(2021甘肃天水期中)如图所示,U-I图线上,a、b、c各点分别表示该电路中一个确定的工作状态,b点时α=β,则关于a、b、c三点,下列说法中正确的是(　　)
A.在c点时,电源有最大输出功率
B.在b点时,电源的总功率最大
C.从a到b时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将增大
D.从b到c时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将减小
3.(2021黑龙江鹤岗一中期中)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源的发热功率Pr随电流变化的图线画在了同一坐标系中,如图中的a、b、c所示。下列判断正确的是(　　)
A.直线a表示电源的输出功率
B.曲线b表示电源的输出功率
C.电源的最大输出功率Pm=2.25 W
D.电源的电动势E=9 V,内电阻r=1 Ω
4.(2021湖南长郡中学月考)如图甲所示,电阻R1的阻值为0.25R0,灯泡L的电阻值恒为1.5R0,R2是热敏电阻,其阻值随温度变化的关系如图乙所示。已知电流表为理想电表,电源的内阻r=R0。则下列说法中正确的是(　　)
甲
乙
A.当温度升高时,电流表的示数减小,R1两端的电压减小
B.当温度降低时,灯泡L的亮度变暗
C.在0~60 ℃范围内,当温度为0 ℃时,灯泡L和R2的总功率最大
D.在0~60 ℃范围内,当温度为60 ℃时,电源的输出功率最大
5.(2021天津月考)(多选)在如图所示的电路中,电阻箱的阻值为R2,定值电阻、电源的内阻分别为R1、r。则下列说法正确的是(　　)
A.如果R2=R1+r,则电阻箱消耗的功率最大
B.如果R2=R1+r,则定值电阻消耗的功率最大
C.当电阻箱的阻值调为零时,定值电阻消耗的功率最大
D.当电阻箱的阻值调为零时,电源的输出功率最大
6.(2022海南华中师大月考)(多选)在如图所示的电路中,滑动变阻器的滑片向b端移动时(　　)
A.电压表V的读数增大,电流表A的读数减小
B.电压表V和电流表A的读数都增大
C.电源的输出功率一定增大
D.电阻R2的功率一定增大
7.(2021山东新高考联盟联考)(多选)2020年7月31日,习近平总书记向世界宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通,标志着北斗“三步走”发展战略圆满完成,北斗迈进全球服务新时代。人造地球卫星用太阳能电池板供电,展开的太阳能电池板在有光照时,可以将光能转化为电能。取一片太阳能电池板作为电源,其路端电压与干路电流的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.该电池板的电动势为3.0 V
B.随着外电路电阻增大,其内阻逐渐增大
C.外电路电阻为1 kΩ时,电源输出功率约为4 W
D.外电路电阻为1 kΩ时,电源效率约为66.7%
8.(2021河南天一期中联考)如图所示将电源、电阻箱、理想电压表和理想电流表组成电路,改变电阻箱的阻值,记录电阻箱的阻值R、电压表的示数U和电流表的示数I。当电阻箱阻值为2 Ω和8 Ω时,U和I乘积相等,且均为2 W。求:
(1)电源电动势E和内阻r;
(2)电阻箱阻值分别为2 Ω和8 Ω时,电源的效率之比。
答案全解全析
1.C　当滑动变阻器滑片P由a端向b端滑动时,电路中的总电阻变小,总电流变大,内阻r和定值电阻R0分得的电压变大,滑动变阻器分得的电压变小,故A错误;当外电阻等于内电阻时,电源的输出功率最大,由题意可知,R外≥r,当滑片P由a端向b端滑动时,外电路总电阻从3r减小到r,由于整个过程中,外电阻一直大于电源内阻,随着外电阻阻值的减小,电源的输出功率不断增大,故B错误;把R0与电源组成的整体看成等效电源,电源内电阻变为2r,滑动变阻器消耗的功率可看成电源的输出功率,外电阻从2r减到0的过程中,输出功率减小,故C正确;当滑片P由a端向b端滑动时,电路中总电阻变小,总电流变大,R0不变,根据P=I2R0知,定值电阻R0上消耗的功率变大,故D错误。
2.D　在b点时α=β,所以直线Ob的斜率大小与直线ac的斜率大小相等,此时电源的输出功率最大,选项A错误;电源的总功率为P=EI,因此在电路中电流最大的时候,电源的功率最大,a、b、c三点中,在a点时电流最大,所以此时的总功率最大,选项B错误;在b点时,电源的输出功率最大,在a点时电源的总功率最大,因此从a到b时,β角增大,电源的总功率减小,输出功率增大,从b到c时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将减小,选项C错误,D正确。
3.C　闭合电路中,电源电动势E和内电阻r不变,外电阻的变化引起电路中的电流I变化,电源消耗的总功率PE=IE,E一定时,PE与I成正比,故直线a表示电源的总功率与电流的关系,且a图线的斜率大小为电源电动势,E=3 V,选项A、D错误;电源内电阻消耗的功率Pr=I2r,r一定时,Pr与I2成正比,所以曲线b表示电源内电阻消耗的功率与电流的关系,当I=3 A时,Pr=I2r=9 W,则r=1 Ω,外电阻消耗的功率PR=I2R=IE-I2r,故曲线c表示外电阻消耗的功率与电流的关系,选项B错误;图线b、c的交点也是抛物线c的顶点,该处纵坐标表示外电阻消耗功率的最大值,此时R=r,PR=Pr,PR===2.25 W,选项C正确。
4.C　当温度升高时,R2的阻值减小,总电阻减小,总电流增大,R1两端电压增大,选项A错误;当温度降低时,R2的阻值增大,总电阻增大,总电流减小,电流表的示数减小,路端电压增大,R1两端电压减小,灯泡L两端电压变大,灯泡L变亮,选项B错误;温度为20 ℃时,R2=1.5R0,此时外电路的总电阻为R0,等于电源的内阻,所以电源的输出功率最大,选项D错误;将R1看作等效电源内阻,则r'=1.25R0,而L和R2的并联电阻总小于r',故0 ℃时其并联阻值最大,灯泡L和R2的总功率最大,选项C正确。
5.AC　在讨论电阻箱的功率时,可将原电路等效为外电阻R2与电动势为E、内阻为R1+r的电源(等效电源)连成的闭合电路,当外电阻等于等效电源的内电阻时,电阻箱消耗的功率最大,即R2=R1+r时,电阻箱的功率最大,选项A正确;由P=I2R1可知,因R2=0时,电路中的电流最大,R1获得的功率最大,故选项C正确,B错误;在讨论电源的输出功率时,R1+R2为外电阻,内阻r恒定,当外电阻等于内电阻时,电源的输出功率最大,由于题目没有给出R1和r的具体数值,所以当R2=0时,电源的输出功率并不一定最大,选项D错误。
6.AD　滑动变阻器的滑片向b端移动时,R1连入电路的阻值增大,电路中总电阻增大,干路电流减小,由闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir,路端电压增大,电压表V的读数增大,由欧姆定律可知,流过R2的电流增大,则流过R1的电流减小,电流表A的读数减小,A正确,B错误;由P=可知,电阻R2的功率一定增大,D正确;电源的输出功率随外电阻的变化如图所示,由于不知道内外电阻具体的阻值关系,故无法确定电源的输出功率是否增大,C错误。
7.AD　当电流为0时,路端电压在数值上等于电动势,由图像可知,电动势为3.0 V,选项A正确;电源的U-I图像的斜率绝对值即电源内阻大小,随着外电路电阻增大,电流减小,由图像可知,其内阻逐渐减小,选项B错误;在图像上作出电阻R=1 kΩ的U-I图像,两个图线交点的电压、电流值即电阻与电源连接后电阻两端的电压和流过电阻的电流,如图所示,交点对应的电流和电压分别为2.0 mA和2.0 V,故此时电源的输出功率为P=UI=2.0×2.0×10-3 W=4×10-3 W,电源效率约为η====66.7%,选项C错误,D正确。
8.答案　(1)6 V　4 Ω　(2)
解析　(1)当电阻箱阻值为2 Ω时,由闭合电路欧姆定律得
I1=
电源的输出功率为P1=R1
化简得P1=
当电阻箱阻值为8 Ω时,同理得电源的输出功率为
P2=
由题意可知P1=P2=2 W
联立解得r=4 Ω,E=6 V
(2)当电阻箱阻值为2 Ω时,电源的总功率为P总1=EI1=6 W
当电阻箱阻值为8 Ω时,电源的总功率为P总2=EI2=3 W
两种情况下电源的效率之比为==
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