周测8　电路中的能量　闭合电路的欧姆定律（原卷版 解析版）高中物理人教版（2019）必修第三册

周测8　电路中的能量　闭合电路的欧姆定律
(时间：60分钟　满分：100分)
一、单项选择题：本题共7小题，每小题5分，共35分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1.(2025·抚州市高二阶段练习)遥控器中的干电池的电动势为1.5 V，用它给某小灯泡供电时，电流为0.25 A，在某次接通开关的10 s时间内，下列说法正确的是(　　)
A.干电池在10 s内将3.75 J的化学能转化为电能
B.该干电池内阻越大，输出功率越小
C.干电池把化学能转化为电能的本领比电动势为2 V的蓄电池强
D.电路中每通过10 C的电荷量，电源把45 J的化学能转化为电能
2.(2025·沧州市高二期中)如图所示的电路中，电压表、电流表均视为理想电表，电源的电动势E=160 V，内阻r=2 Ω，提升重物的直流电动机电阻RM=0.6 Ω，定值电阻R=8 Ω，电压表的读数为110 V，则(　　)
A.电流表的示数为183 A
B.电动机的输入电功率为1 100 W
C.电动机的机械功率为550 W
D.电动机工作1 h所产生的热量为5.4×104 J
3.在如图所示的电路中，开关闭合后，由于电阻元件发生短路或断路故障，电压表和电流表的读数都增大，则肯定出现了下列哪种故障(　　)
A.R1短路 B.R2短路
C.R3短路 D.R1断路
4.(2025·哈尔滨市高二阶段练习)两只额定电压均为U的灯泡A和B，额定功率分别为PA、PB，PA5.(2024·河南实验中学高二期中)如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的关系图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的U-I曲线。如果把该小灯泡先后分别与电源1和电源2单独连接，则下列说法不正确的是(　　)
A.电源1和电源2的内阻之比是11∶7
B.电源1和电源2的电动势之比是1∶1
C.在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1∶2
D.在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是1∶2
6.(2025·海南省高二阶段练习)如图甲为手控可调节亮度的台灯，其内部电路可简化为如图乙所示的电路图。通过调节图乙所示电位器R0接入电路的阻值，即可调节电源的输出功率。若电源电动势E=10 V，内阻r=2 Ω，灯泡电阻RL=8 Ω(固定不变)，调节电位器R0即可改变台灯亮度，电位器R0接入电路中的阻值可在0~30 Ω之间调节，则(　　)
A.电源的最大输出功率为8 W
B.灯泡L消耗的最大功率为2.5 W
C.电位器R0的最大功率为8 W
D.当R0=10 Ω时，电源效率最大
7.(2024·重庆市第八中学高二开学考)如图，电源电动势E=3 V，内阻r=1 Ω，电阻箱初始电阻值R1=3 Ω，定值电阻R2=1 Ω，R3=2 Ω，电容器电容C=6 μF。当开关S闭合时，电容器内的带电微粒恰好处于静止状态。则(　　)
A.R1变大，带电微粒将向下加速运动
B.R1变大，R1上的功率可能增大
C.电容器两极板距离增大时，电流表的电流方向从a到b
D.开关S由闭合到断开，通过电流表的电荷量为9×10-6 C
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8.(2025·杭州市高二期末)如图甲所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r，则时间t内(　　)
A.充电宝输出的电功为UIt
B.充电宝产生的热功率为I2r
C.手机电池产生的焦耳热为t
D.手机电池储存的化学能为UIt-I2rt
9.(2024·宣城市高二期末)在如图所示电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电流表A、电压表V1、V2、V3的示数分别用I、U1、U2和U3表示，电流表A、电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示，则下列判断正确的是(　　)
A.I变大，U3变小
B.不变，不变
C.当R2=R1+r时，电源输出功率最大
D.电源的效率增大
10.(2024·四川遂宁市射洪中学高二月考)某同学将一直流电源的总功率PE、电源内部的发热功率Pr和输出功率PR随电流I变化的关系图线画在了同一坐标系中，如图中的a、b、c所示。以下判断正确的是(　　)
A.在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点，这三点的纵坐标一定满足关系PA=PB+PC
B.b、c图线的交点与a、b图线的交点的横坐标之比一定为1∶2，纵坐标之比一定为1∶4
C.电源的最大输出功率Pm=9 W
D.电源的电动势E=3 V，内电阻r=1 Ω
三、非选择题：本题共3小题，共47分。
11.(14分)(2025·十堰市高二阶段练习)如图所示，电源电动势E=10 V，内阻r=1 Ω，闭合开关S后，标有“8 V 12 W”的灯泡恰能正常发光，电动机M绕线的电阻R0=1 Ω，求：
(1)(5分)电源的输出功率P出；
(2)(5分)10 s内电动机产生的热量Q；
(3)(4分)电动机的机械功率。
12.(15分)(2024·广东肇庆市第一中学高二期中)如图所示，甲图中滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙中的AC、BC两直线所示。不考虑电表对电路的影响。
(1)(2分)电压表V1、V2的示数随电流表示数的变化图像应分别为U-I图像中的哪一条直线？
(2)(8分)定值电阻R0、滑动变阻器的最大电阻R分别为多少？
(3)(5分)求出电源的电动势和内阻。
13.(18分)如图所示，电源内阻r=1 Ω，R1=2 Ω，R2=6 Ω，灯L上标有“3 V　1.5 W”的字样，当滑动变阻器R3的滑片P移到最右端a时，理想电流表示数为1 A，灯L恰能正常发光。
(1)(4分)求电源的电动势；
(2)(4分)求当P移到最左端b时，电流表的示数；
(3)(10分)当滑动变阻器的Pb段电阻为多大时，滑动变阻器R3上消耗的功率最大？最大值为多大？
周测8　电路中的能量　闭合电路的欧姆定律
(时间：60分钟　满分：100分)
一、单项选择题：本题共7小题，每小题5分，共35分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1.(2025·抚州市高二阶段练习)遥控器中的干电池的电动势为1.5 V，用它给某小灯泡供电时，电流为0.25 A，在某次接通开关的10 s时间内，下列说法正确的是(　　)
A.干电池在10 s内将3.75 J的化学能转化为电能
B.该干电池内阻越大，输出功率越小
C.干电池把化学能转化为电能的本领比电动势为2 V的蓄电池强
D.电路中每通过10 C的电荷量，电源把45 J的化学能转化为电能
答案　A
解析　干电池在10 s内化学能转化为电能的大小为W=UIt=1.5×0.25×10 J=3.75 J，故A正确；当该干电池外接的电阻与干电池的内阻大小相等时，干电池的输出功率最大，所以该干电池内阻越大，输出功率可能越大，故B错误；由于电动势是将其他形式的能转化为电能的本领，而干电池的电动势是1.5 V，故它把化学能转化为电能的本领比电动势为2 V的蓄电池弱，故C错误；电路中每通过10 C的电荷量，电源的化学能转化为电能的大小为W=Eq=1.5×10 J=15 J，故D错误。
2.(2025·沧州市高二期中)如图所示的电路中，电压表、电流表均视为理想电表，电源的电动势E=160 V，内阻r=2 Ω，提升重物的直流电动机电阻RM=0.6 Ω，定值电阻R=8 Ω，电压表的读数为110 V，则(　　)
A.电流表的示数为183 A
B.电动机的输入电功率为1 100 W
C.电动机的机械功率为550 W
D.电动机工作1 h所产生的热量为5.4×104 J
答案　D
解析　根据闭合电路欧姆定律可得E=I(R+r)+UM，解得电路电流为I==5 A，即电流表的示数为5 A，故A错误；电动机的输入电功率为P入=UMI=110×5 W=550 W，故B错误；电动机的机械功率为P机=P入-I2RM=550 W-52×0.6 W=535 W，故C错误；电动机工作1 h所产生的热量为Q=I2RMt=5.4×104 J，故D正确。
3.在如图所示的电路中，开关闭合后，由于电阻元件发生短路或断路故障，电压表和电流表的读数都增大，则肯定出现了下列哪种故障(　　)
A.R1短路 B.R2短路
C.R3短路 D.R1断路
答案　A
解析　若R1短路，接入电路的电阻减小，根据串反并同，电压表和电流表的读数都增大，A正确；
若R2短路，接入电路的电阻减小，根据串反并同，电压表读数增大，电流表的读数减小为0，B错误；
若R3短路，接入电路的电阻减小，根据串反并同，电压表读数减小为0，电流表的读数增大，C错误；
若R1断路，接入电路的电阻增大，根据串反并同，电压表读数减小，电流表的读数减小为0，D错误。
4.(2025·哈尔滨市高二阶段练习)两只额定电压均为U的灯泡A和B，额定功率分别为PA、PB，PA答案　C
解析　A项图中，使它们接到2U电源上，若A能正常发光，则A两端电压为U，则B两端电压小于U，不能正常发光，故A错误；额定电压均为U的灯泡A和B，额定功率PARB，B项图中，把灯泡B与电阻并联，会使并联部分的电阻更小，所以B的电压小于U，不能正常发光，故B错误；C项图中，把A、B并联之后与电阻串联接入电路，当电阻的阻值与A、B并联的总的电阻相等时，A、B就可以正常发光，此时电路消耗的总的功率的大小为P=2(PA+PB)，D项图中，把灯泡A与电阻并联，可以使并联部分的电阻减小，可能使B与并联部分的电阻相同，所以A、B能同时正常发光，并且电路消耗的功率与B灯泡的功率相同，所以总功率的大小为2PB，故C正确，D错误。
5.(2024·河南实验中学高二期中)如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的关系图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的U-I曲线。如果把该小灯泡先后分别与电源1和电源2单独连接，则下列说法不正确的是(　　)
A.电源1和电源2的内阻之比是11∶7
B.电源1和电源2的电动势之比是1∶1
C.在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1∶2
D.在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是1∶2
答案　D
解析　电源的U-I图线斜率的绝对值等于电源内阻，两电源的内阻之比等于Ⅰ与Ⅱ图线的斜率的绝对值之比，可得rⅠ∶rⅡ=∶=11∶7，A正确；
两电源的电动势等于Ⅰ、Ⅱ两图线在纵轴上的截距，由题图可知两电源的电动势均为10 V，B正确；
由小灯泡的U-I图线与电源的U-I图线的交点坐标可知，小灯泡接在电源1上时消耗的功率为PⅠL=3×5 W=15 W，
接在电源2上时灯泡消耗的功率为PⅡL=5×6 W=30 W，
所以可得小灯泡消耗的功率之比是1∶2，C正确；
两种连接状态下小灯泡的阻值分别为RⅠL= Ω、RⅡL= Ω，
RⅠL∶RⅡL=18∶25，D错误。
6.(2025·海南省高二阶段练习)如图甲为手控可调节亮度的台灯，其内部电路可简化为如图乙所示的电路图。通过调节图乙所示电位器R0接入电路的阻值，即可调节电源的输出功率。若电源电动势E=10 V，内阻r=2 Ω，灯泡电阻RL=8 Ω(固定不变)，调节电位器R0即可改变台灯亮度，电位器R0接入电路中的阻值可在0~30 Ω之间调节，则(　　)
A.电源的最大输出功率为8 W
B.灯泡L消耗的最大功率为2.5 W
C.电位器R0的最大功率为8 W
D.当R0=10 Ω时，电源效率最大
答案　A
解析　电源的输出功率为P出=I2R外=R外=，可知当外电阻等于内阻时，电源的输出功率最大；由于灯泡电阻大于电源内阻，所以当电位器接入电路中的阻值为零时，电源的输出功率最大，则最大功率为Pmax=I2RL，I=，联立解得Pmax=8 W，故A正确；由题可知，当电位器接入电路中的阻值为零时，电路中的电流最大，灯泡消耗的功率也最大，最大功率为PL=()2RL=8 W，故B错误；根据题意，把灯泡电阻等效为电源内阻的一部分，可知当电位器接入电路中的阻值为R0=RL+r，电位器的功率最大，则有I0=，最大功率为P0=EI0-(RL+r)=2.5 W，故C错误；根据效率的计算公式有η==，可知外电阻越大时，效率越高，则当R0=30 Ω时，电源效率最大，故D错误。
7.(2024·重庆市第八中学高二开学考)如图，电源电动势E=3 V，内阻r=1 Ω，电阻箱初始电阻值R1=3 Ω，定值电阻R2=1 Ω，R3=2 Ω，电容器电容C=6 μF。当开关S闭合时，电容器内的带电微粒恰好处于静止状态。则(　　)
A.R1变大，带电微粒将向下加速运动
B.R1变大，R1上的功率可能增大
C.电容器两极板距离增大时，电流表的电流方向从a到b
D.开关S由闭合到断开，通过电流表的电荷量为9×10-6 C
答案　C
解析　R1变大，总电阻增大，电路总电流减小，内电压减小，路端电压增大，R3两端电压增大，电容器内电场强度增大，带电微粒受到的静电力大于重力，带电微粒将向上加速运动，故A错误；
电路的外电阻为R外==1.5 Ω>r，
R1变大，电路的外电阻增大，电源输出功率减小，通过R2、R3的电流增大，R2、R3的功率增大，则R1上的功率一定减小，故B错误；
根据C=，电容器两极板距离增大时，电容减小，电容器两极板电势差不变，根据Q=CU，
可知电容器带电量减少，电容器放电，电流表的电流方向从a到b，故C正确；
开关S闭合时，干路电流为I干===1.2 A，
路端电压为U=E-I干r=1.8 V，
电阻R3两端的电压为U3=R3=1.2 V，
开关S断开时，电阻R3两端的电压为U3'=R3=1.5 V，
开关S由闭合到断开，通过电流表的电荷量为ΔQ=C(U3'-U3)=1.8×10-6 C，故D错误。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8.(2025·杭州市高二期末)如图甲所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r，则时间t内(　　)
A.充电宝输出的电功为UIt
B.充电宝产生的热功率为I2r
C.手机电池产生的焦耳热为t
D.手机电池储存的化学能为UIt-I2rt
答案　AD
解析　充电宝的输出电压为U，输出电流为I，时间t内充电宝输出的电功为W=Pt=UIt，故A正确；充电宝内的电流也是I，但其内阻未知，故无法判断充电宝产生的热功率，故B错误；手机电池是非纯电阻电路，故不能用t计算手机电池产生的焦耳热，手机电池产生的焦耳热应为I2rt，故C错误；充电宝输出的电能一部分转化为手机电池储存的化学能，一部分转化为手机电池产生的焦耳热，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为E=UIt-I2rt，故D正确。
9.(2024·宣城市高二期末)在如图所示电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电流表A、电压表V1、V2、V3的示数分别用I、U1、U2和U3表示，电流表A、电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示，则下列判断正确的是(　　)
A.I变大，U3变小
B.不变，不变
C.当R2=R1+r时，电源输出功率最大
D.电源的效率增大
答案　BD
解析　当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，R2阻值变大，总电阻变大，总电流减小，则I减小，路端电压变大，则U3变大，选项A错误；
因为=R1，不变，因U2=E-I(R1+r)，
则=R1+r，不变，选项B正确；
当外电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大，此时r=R1+R2，选项C错误；
电源的效率η==×100%，
可知外电阻变大，则电源效率增大，选项D正确。
10.(2024·四川遂宁市射洪中学高二月考)某同学将一直流电源的总功率PE、电源内部的发热功率Pr和输出功率PR随电流I变化的关系图线画在了同一坐标系中，如图中的a、b、c所示。以下判断正确的是(　　)
A.在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点，这三点的纵坐标一定满足关系PA=PB+PC
B.b、c图线的交点与a、b图线的交点的横坐标之比一定为1∶2，纵坐标之比一定为1∶4
C.电源的最大输出功率Pm=9 W
D.电源的电动势E=3 V，内电阻r=1 Ω
答案　ABD
解析　根据能量守恒，电源总功率应该等于电源内部的发热功率和电源输出功率之和，即当电流相等时对应的三点的纵坐标一定满足关系PA=PB+PC，故A正确；
b、c图线的交点表示电源内部发热功率与电源输出功率相等，根据P=I2R，可知电源内部发热功率与电源输出功率相等，电流相等，则电源内阻等于外电阻，此时电流为I1==，a、b图线的交点表示电源内部发热功率等于电源总功率，外电阻为零，此时电流为I2=，则电流之比，即两交点横坐标之比为=，根据PE=EI，代入a图线数据可知电动势E=3 V，短路电流为3 A，则r==1 Ω，电源输出功率为PR=I2R=R=，可知当R=r时电源输出功率最大，此时对应数据即为b、c图线的交点，则电源最大输出功率Pm== W，又因为a、b图线的交点纵坐标为9 W，可知b、c图线的交点与a、b图线的交点的纵坐标之比为1∶4，故B、D正确，C错误。
三、非选择题：本题共3小题，共47分。
11.(14分)(2025·十堰市高二阶段练习)如图所示，电源电动势E=10 V，内阻r=1 Ω，闭合开关S后，标有“8 V 12 W”的灯泡恰能正常发光，电动机M绕线的电阻R0=1 Ω，求：
(1)(5分)电源的输出功率P出；
(2)(5分)10 s内电动机产生的热量Q；
(3)(4分)电动机的机械功率。
答案　(1)16 W　(2)2.5 J　(3)3.75 W
解析　(1)由题意知，并联部分电压为U=8 V
内电压应为U内=E-U=2 V
总电流I==2 A
电源的输出功率P出=UI=16 W
(2)流过灯泡的电流I1==1.5 A
则流过电动机的电流I2=I- I1=0.5 A
电动机10 s内产生的热量Q=R0t=2.5 J
(3)电动机的总功率P'=UI2=4 W
电动机的机械功率P机=P'-R0=3.75 W。
12.(15分)(2024·广东肇庆市第一中学高二期中)如图所示，甲图中滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙中的AC、BC两直线所示。不考虑电表对电路的影响。
(1)(2分)电压表V1、V2的示数随电流表示数的变化图像应分别为U-I图像中的哪一条直线？
(2)(8分)定值电阻R0、滑动变阻器的最大电阻R分别为多少？
(3)(5分)求出电源的电动势和内阻。
答案　(1)AC　BC　(2)3 Ω　12 Ω　(3)8 V　1 Ω
解析　(1)当滑动变阻器的滑片向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路中电流增大，定值电阻R0的电压增大，路端电压减小，由题图分析可得V1对应AC、V2对应BC。
(2)由题意得R0== Ω=3 Ω
当滑动变阻器取最大值时，电流最小Imin=0.5 A，而UR=U2-U1=7.5 V-1.5 V=6 V
所以Rmax== Ω=12 Ω
(3)因为U2=E-Ir，则内阻r=||= Ω=1 Ω
所以E=U2+Iminr=7.5 V+0.5×1 V=8 V。
13.(18分)如图所示，电源内阻r=1 Ω，R1=2 Ω，R2=6 Ω，灯L上标有“3 V　1.5 W”的字样，当滑动变阻器R3的滑片P移到最右端a时，理想电流表示数为1 A，灯L恰能正常发光。
(1)(4分)求电源的电动势；
(2)(4分)求当P移到最左端b时，电流表的示数；
(3)(10分)当滑动变阻器的Pb段电阻为多大时，滑动变阻器R3上消耗的功率最大？最大值为多大？
答案　(1)6 V　(2)2 A　(3)2 Ω　2 W
解析　(1)滑动变阻器的滑片P移到最右端a时，电源的电动势E=UL+IR1+Ir=6 V
(2)当P移到最左端b时，由闭合电路欧姆定律得I1==2 A
(3)设滑动变阻器的Pb段电阻为R'，R'与RL并联的等效电阻为R3L=，且RL=
由闭合电路欧姆定律得
I2=，又U3=I2R3L
所以P3== W= W
当R'=，即R'=2 Ω时，滑动变阻器R3上消耗的功率最大，且最大值为2 W。