2024版高中同步新教材必修第三册（人教版）物理 第十二章 电能 能量守恒定律 专题强化练6闭合电路的功率及效率问题

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专题强化练6　闭合电路的功率及效率问题45分钟一、选择题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江苏盐城响水中学调研)电源的效率定义为外电路消耗的功率与电源的总功率之比。如图所示,直线A、B和C分别是电源a、电源b和电阻R的U-I图线。将这个电阻R分别接到a、b两电源上,那么              (　　)A.R接到电源a上,电路中的电流较小B.R接到电源b上,电源的输出功率较大C.R接到电源a上,电源的输出功率较大,电源效率较高D.电源a、b电动势一样大,b内阻较小3.(2023河北邢台南和区第一中学期中)如图所示,直线OC为电源A的总功率随电流I变化的图线,抛物线ODC为该电源内部热功率随电流I变化的图线。若该电源与电阻B串联后,电路中的电流为0.8 A,则下列说法正确的是　              (　　)A.电阻B的阻值为10 ΩB.电源A的内阻为1.6 ΩC.电源A与电阻B串联后,路端电压为6.4 VD.电源A与电阻B串联后,电源A内部热功率为1.6 W4.(2022山东学情联考)如图所示,R=3 Ω,R0为最大阻值是5 Ω的滑动变阻器,E为电源电动势,电源内阻r=1 Ω,下列说法正确的是              (　　)A.R0=4 Ω时,电源的输出功率最大B.R0=4 Ω时,R0消耗的功率最大C.R0=0时,电源的效率最高D.R0=5 Ω时,电源的输出功率最小5.(2023辽宁鞍山高中协作体联考)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 ΩC.1.5 Ω、1.5 Ω　　　 D.1.5 Ω、2 Ω6.(2023重庆凤鸣山中学月考)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,闭合开关S时,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。则下列说法中正确的是              (　　)　A.图乙中滑动变阻器的最大功率P2=2 WB.图乙中R1=6 Ω,R2=12 ΩC.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.调整滑动变阻器的滑片从最右端到最左端,电源的效率先增大后减小7.(2023江苏无锡第一中学期中)如图所示,电表均为理想电表,两灯泡的电阻均为2r,r为电源内阻的大小,闭合开关S,此时两灯泡正常发光。将滑动变阻器滑片向下滑动,电压表V1、V2示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2,电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则(　　)A.灯泡L1变亮,灯泡L2变暗B.V1、V2的示数增大C.电源的输出功率增大,效率增大D.的两倍8.(2023山东滨州期中)如图所示的电路中,电源电动势E=6 V、内阻r=3 Ω,定值电阻R1=8 Ω、R2=1 Ω,滑动变阻器R3的调节范围为0~10 Ω,闭合开关S,在滑片从最右端滑至最左端的过程中,下列说法正确的是　              (　　)A.R2消耗的最大功率为4.5 WB.当R3=8 Ω时R1消耗的功率最大C.随R3的增大,电源的效率逐渐增大D.电源的最大输出功率为3 W二、非选择题9.(2022山东青岛月考)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6　闭合电路的功率及效率问题1.A2.C3.C4.BD5.B6.B7.D8.CD1.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C电源的内阻最小,因此电路中电流最大,电源的输出功率最大,选项C、D错误。易错警示　生搬硬套结论出错　　当R=r时,电源的输出功率最大,为Pm=,其成立的前提条件是外电路电阻R是变化的,而本题中电源内阻、外电路电阻均是定值,解题时要根据闭合电路欧姆定律、电源输出功率、电阻消耗功率的计算方法,结合数学知识灵活求解。2.C　当电源与电阻直接相连时,电源和电阻的U-I图线交点表示电阻的工作状态,其横坐标表示电路中的电流,故R接到电源a上,电路中的电流较大,选项A错误。由P=UI可知,电源和电阻的U-I图线交点横、纵坐标乘积即电源的输出功率,由图可知R接到电源a上,电源的输出功率较大;电源的效率可表示为η=×100%,由图可知,两电源的电动势相等,当R接到电源a上时,路端电压U较大,电源效率较高,选项B错误,C正确。电源U-I图线斜率的绝对值表示内阻,b内阻较大,选项D错误。3.C　电源的总功率为P=EI,当I=4 A时P=32 W,则电源的电动势为E= V=8 V,由题图看出,当I=4 A时,外电路短路,电源内部热功率等于电源的总功率,则有P=I2r=32 W,解得r= Ω=2 Ω,B错误;若该电源与电阻B串联后,电路中的电流为0.8 A,根据闭合电路欧姆定律可得I'=,解得电阻B的阻值为R= Ω-2 Ω=8 Ω,路端电压为U=I'R=0.8×8 V=6.4 V,电源A内部热功率为Pr=I'2r=0.82×2 W=1.28 W,A、D错误,C正确。图形剖析　4.BD　当外电阻等于电源内阻时,电源的输出功率最大,由于R>r,所以R0=0时,电源的输出功率最大,外电阻与电源内阻相差越大,电源的输出功率越小,当R0=5 Ω时,电源的输出功率最小,A错误,D正确;将R等效到电源内部,R0消耗的功率等于等效电源的输出功率,当R0=R+r=4 Ω时,等效电源的输出功率最大,即R0消耗的功率最大,B正确;电源的效率η=,当R0=5 Ω时,外电阻最大,路端电压最大,电源的效率最高,C错误。5.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= V=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。6.B　把定值电阻等效到电源内部,结合题图乙可知,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;电源的效率η=×100%,调整滑动变阻器的滑片从最右端滑到最左端的过程中,RP变大,则R外变大,电源的效率一直变大,D错误。知识拓展　功率的最值问题(1)定值电阻的功率:P定=I2RR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.D　分析电路结构可知,外电路为L1、L2和滑动变阻器串联,V1测L1两端的电压,V2测路端电压。将滑片向下滑动,电路中的总电阻增大,总电流减小,故两灯泡逐渐变暗,A错误。因总电流减小,故L1两端的电压减小,所以V1的示数减小,根据闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,可知路端电压增大,即V2的示数增大,B错误。由题意可知,外电阻大于内电阻,将滑片向下滑动,外电阻增大,与内电阻差值变大,电源的输出功率减小;电源的效率为η=×100%,可知效率增大,C错误。电压表V2的测量值为路端电压,根据闭合电路欧姆定律E=U内+U外可得,V2示数的变化量为ΔU2=ΔU内,所以=r,根据部分电路欧姆定律得U1=I=I·2r,所以=2r,D正确。8.CD　定值电阻R2消耗的功率为P2=I2R2,当电路中电流最大时R2消耗的功率最大,可知当滑片位于最右端时,电路中电流最大,最大电流为Im==1.5 A,故R2消耗的最大功率为P2m=R2=2.25 W,A错误;定值电阻R1消耗的功率为P1=,可知当R1两端电压最大时R1消耗的功率最大,而当滑片位于最左端时,R1两端电压最大,此时R3=10 Ω,B错误;设外电路总电阻为R外,电源的效率为η=,而R外=+R2,当滑片从最右端滑至最左端时,R3逐渐增大,R外逐渐增大,电源的效率逐渐增大,C正确;当外电路的总电阻等于内阻时,电源的输出功率最大,即R外=r,故电源的最大输出功率为P出m=r=3 W,D正确。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 VE=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