第三节 闭合电路电功率-2024-2025学年高二上学期物理专项训练

第三节 闭合电路电功率 需要掌握的内容 1.闭合电路欧姆定律图像。 由I=可得，U=-rI+E。图像与U轴交点为E电动势，与I轴交点为短路电流，斜率为-r。 如果与灯泡的UI图像画在一起，那么交点的含义为灯泡单独接入此电路。 2. 闭合电功率以及效率公式。 （1）总功率P总=EI,其中E为电动势，I干路电流。 （2）有用功率P有=UI，其中U路端电压，I干路电流。 （3）损耗功率P损==I2r，其中I干路电流，r为电源内阻。 （4）电源效率η=，如果电路为纯电阻电路那么还有η=。 3.有用功率P有与外电路电阻R之间的关系。 P有=UI=I2R===，由此可知当R=r时P有最大，最大值为。此时电路效率η==50%。 经典习题 单选题1．如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图像；直线B为电源b的路端电压与电流的关系图像；直线C为一个电阻R两端的电压与电流的关系图像。如果将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么（　　）    A．R接到a电源上，电源的效率较高 B．R接到b电源上，电源的输出功率较大 C．R接到a电源上，电源的输出功率较大 D．R接到b电源上，电阻的发热功率较高 单选题2．锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中．现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法不正确的是(      ) A．电能转化为化学能的功率为UI－I2r B．充电器输出的电功率为UI＋I2r C．电池产生的热功率为I2r D．充电器的充电效率为×100% 多选题3．在如图甲所示的电路中，电源电动势为3.0 V，内阻不计，L1、L2为相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，R为定值电阻，阻值为7.5 Ω.当开关S闭合后(　　) A．L1的电阻为Ω B．L1消耗的电功率为0.75 W C．L2的电阻为7.5 Ω D．L2消耗的电功率为0.075 W 单选题4．如图所示，直线A为电源的图线，直线B和C分别为电阻R1、R2的图线．现用该电源分别与R1、R2组成闭合电路甲和乙．由图像一定能确定的是(　　) A．< B．电源与R1组成回路时，电源输出功率较大 C．电源与R1组成回路时，电源内阻消耗的功率较小 D．两种情况下电源效率相同 多选题5．如图，直线A为某电源的图线，曲线B为某小灯泡的图线，用该电源和小灯泡组成闭合电路，则（　　） A．电源的电动势为3V，内阻为0.5Ω B．此时小灯泡的电阻大于1Ω C．电源的发热功率为1W D．电源的效率约为66.7% 单选题6．硅光电池具有低碳环保的优点，如图所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像，图线b是某电阻R的U-I图像。在该光照强度下将它们组成闭合回路，则硅光电池的（　　） A．电动势为5V B．内阻为5.5Ω C．输出功率为0.72W D．效率为50% 单选题7．如图（a）所示电路，R1为滑动变阻器，R2为定值电阻。从左向右移动变阻器的滑片，根据电表数据得到U-I图像如图（b）所示，则（　　） A．R1的最大功率为4W B．R2的最大功率为3W C．电源的最大输出功率为4W D．电源的输出功率先增大后减小 单选题8．图示电路中，电源电动势为、内阻为，为滑动变阻器（P为滑片，、为其两端），为光敏电阻（阻值随光照强度增强而减少），为电容器，G为灵敏电流计，、为开关。下列说法正确的是（　　）    A．闭合、断开，仅减小的光照强度，电源内部消耗的热功率增大 B．闭合、断开且，仅将P从缓慢滑向，电源的输出功率减小 C．闭合、接a，电路稳定后，的上极板带正电 D．闭合、接b，仅缓慢减小的光照强度，G表中有从上到下的电流 多选题9．如图所示，电源由几个相同的干电池组成。合上开关S，变阻器的滑片从A端滑到B端的过程中，电路中的一些物理量的变化，如图甲、乙、丙所示，图甲为电压表示数与电流表示数关系，图乙为干电池输出功率跟电压表示数关系，图丙为干电池输出电能的效率η与变阻器接入电路电阻大小的关系，不计电表、导线对电路的影响，则（　　） A．串联电池的总电阻为2 Ω B．串联的干电池节数为6节 C．变阻器的总电阻为8 Ω D．乙图上b点的横坐标为3 单选题10．如图所示为某闭合电路电源的输出功率随电流变化的图像，由此图像可以判断（　　） A．电源的输出功率最大时， 电源效率为 100% B．电源的内阻为3Ω C．输出功率最大时，外电路的总电阻一定为4Ω D．电源的电动势为12V 单选题11．2021年2月24日，我国以“一箭三星方式成功将遥感三十一号03组卫星送入预定轨道发射任务取得圆满成功卫星两翼的太阳电池板把太阳能转化为电能供卫星使用。如图所示，图线a是太阳能电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像（电池内阻不是常量），图线b是某电阻R的U-I图像在该光照强度下将它们组成闭合回路时，则（　　） A．电源的电动势为E=5V B．电阻两端的电压为U=3V C．电阻的电流为I=0.4A D．硅光电池的内阻为3Ω 单选题12．电动势为E，内阻为r的电源与固定电阻R0、可变电阻R串联，如图所示，设R0=r，Rab=2r，当变阻器的滑片自a端向b端滑动时，下列各物理量中随之减小的是（　　） A．电源的输出功率 B．变阻器消耗的功率 C．固定电阻R0上消耗的功率 D．电池内电阻上消耗的功率 单选题13．如图甲所示的电路，其中电源电动势，内阻，定值电阻，已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值的关系如图乙所示。则下列说法中正确的是（　　） A．图乙中滑动变阻器的最大功率 B．图乙中， C．滑动变阻器消耗功率P最大时，定值电阻R也消耗功率最大 D．调整滑动变阻器的阻值，可以使电源的输出电流达到 多选题14．在如图甲所示的电路中，电源的U－I图象如图乙中的图线a所示，定值电阻R0的U－I图象如图乙中的图线b所示，滑动变阻器Rx的总电阻为1Ω，下列说法正确的是（　　） A．定值电阻R0的阻值为4Ω B．电源的内阻为0.5Ω C．当Rx＝0时电源输出的功率最大 D．在Rx＝0.25Ω时电源输出的功率最大 单选题15．在生活中经常用电池作直流电源，探究电源的功率和内阻消耗功率如何随电流变化是一个重要课题。如图所示，直线OMQ为某一直流电源的总功率P总随电流I变化的图线，抛物线ONQ为该直流电源内部的热功率Pr随电流I变化的图线，M、N两点对应的横坐标均为2 A。随着外电路电阻的增大（　　） A．电源输出功率一直增大 B．电源输出功率一直减小 C．电源内阻消耗的功率一直增大 D．MN表示的功率为4 W 16．如图所示，电源电动势，电源内阻，电阻，，，电容器的电容，。电路中均断开，当合上，求该过程通过的电量。    17．如图所示，电源电动势E＝27 V，内阻r＝2 Ω，固定电阻R2＝4 Ω，R1为光敏电阻．C为平行板电容器，其电容C＝3pF，虚线到两极板距离相等，极板长L＝0.2 m，间距d＝1.0×10－2m．P为一圆盘，由形状相同透光率不同的二个扇形a、b构成，它可绕AA′轴转动．当细光束通过扇形a、b照射光敏电阻R1时，R1的阻值分别为12 Ω、3 Ω.有带电量为q＝－1.0×10－4C微粒沿图中虚线以速度v0＝10 m/s连续射入C的电场中．假设照在R1上的光强发生变化时R1阻值立即有相应的改变．重力加速度为g＝10 m/s2. (1)求细光束通过a照射到R1上时，电容器所带的电量； (2)细光束通过a照射到R1上时，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，求细光束通过b照射到R1上时带电微粒能否从C的电场中射出． 18．如图所示的电路中，电路消耗的总功率为40 W，电阻R1为4 ；R2为6 ，电源的内阻r为0.6 ，电源的效率为94，求： （1）a、b两点间的电压 （2）电源的电动势 19．如图所示的电路中，电表均为理想电表，R1=1Ω，R2=5Ω，电容器的电容C=100μF，变阻器R3最大阻值为10Ω，闭合开关S电路稳定后：当R3的阻值为1Ω时，电压表的示数为3V；当R3的阻值为7Ω时，电流表的示数为1A，求： （1）电源电动势和内阻； （2）调节变阻器R3的阻值，当R3消耗的功率最大时，求电容器上容纳的电量。 20．如图所示，电源电动势，内阻，滑动变阻器的最大阻值，定值电阻，。开关S闭合电路稳定后，求： （1）滑动变阻器滑片滑到最右端时，电压表的示数； （2）滑动变阻器接入电路中的电阻为多大时电源有最大输出功率，并求出最大输出功率； 答案 第三节 1．C 【详解】A．由题图可判断出电源a的内阻大，在纯电阻电路中，电源效率为 内阻越大，效率越低，故R接在a电源上电源的效率较低，A错误； BCD．当电阻R与电源组成闭合电路时，电阻R的U­I图像与电源的U­I图像的交点表示工作状态，交点的纵坐标表示电压，横坐标表示电流，两者乘积表示电源的输出功率，由图看出，R接到a电源上，电压与电流的乘积较大，电源的输出功率较大，电阻的发热功率较高，BD错误，C正确。 故选C。 2．B 【详解】ABC．由可知充电器输出的电功率为，根据热功率公式可得电池产生的热功率为，电能转化为化学能和热能，根据能量守恒定律有电能转化为化学能的功率为：，故A、C正确，B错误； D．充电器的充电效率为，故D正确； 3．BC 【分析】电源内阻不计，路端电压等于电动势不变．灯泡是非线性元件，根据L1、L2的电压，由伏安特性曲线可读出电流，由R算出它们的电阻． 【详解】A项：电源电动势为3.0V，内阻不计，路端电压为3V．L1和两端的电压为3V，由图可知，此时的电流为0.25A，所以电阻值：，故A错误； B项：由伏安特性曲线可以读出L1和两端的电压为3V，由图可知，此时的电流为0.25A，L1消耗的电功率为：P=UI=3.0×0.25=0.75W，故B正确； C项：在乙图上做出电阻R的伏安特性曲线如图， 由于R与L2串联，所以二者的电流值是相等的，由图可以读出，此时二者的电压都是1.5V时，二者电压的和等于3.0V，此时的电流值是0.2A．所以，故C正确； D项：L2消耗的电功率为：P′=U′•I′=1.5×0.2=0.3W，故D错误． 故应选：BC． 【点睛】在分析电阻的I-U与U-I图线问题时，关键是搞清图象斜率的物理意义，也就是说是还是K=R．对于线性元件，R=，但对于非线性元件，R． 4．C 【详解】A项：U-I图象中图线的斜率表示电阻大小，由图象可知 ，B直线的斜率大于C图线，所以R1>R2，故A错误； B项：当外电阻与电源内阻相等或越接近时，电源的输出功率越大，由于不知道电源内阻与两电阻的大小关系，所以无法判断哪种情况下的电源输出功率较大，故B错误； C项：由于R1>R2，所以电源与R1组成回路时电流较小，由公式可知，电源与R1组成回路时，电源内阻消耗的功率较小，故C正确； D项：电源效率，所以外电阻越大，电源效率越大，故D错误． 故应选：C． 5．AD 【详解】A．直线A的纵截距表示电源电动势，斜率的绝对值表示电源内阻，根据图像可得 故A正确； B．电源的图线与小灯泡的图线的交点为小灯泡接在电源两端的工作电压，此时小灯泡的工作电压为2V，工作电流为2A，所以小灯泡的电阻为 故B错误； C．电源的发热功率 故C错误； D．电源的效率为 故D正确。 故选AD。 6．B 【详解】A．由图可知，硅光电池的电动势为3.6V，故A错误； B．根据闭合电路欧姆定律可得 故B正确； C．由题意可知P=UI输出功率为a、b两条图线交点之积，由P=UI可得 P=UI=2.5V×0.2A=0.5W 故C错误； D．由题意可知，硅光电池的总功率为 由上述分析可知，电池的效率为 故D错误。 故选B。 7．B 【详解】根据欧姆定律可知 所以图（b）中斜率为正的图线反映R2的伏安特性。 设电源电动势为E，内阻为r。根据闭合电路欧姆定律有 所以 所以图（b）中斜率为负的两条图线中，斜率绝对值较大的图线反映了V1表示数随I的变化，则 斜率绝对值较小的图线反映了V3表示数随I的变化，则 ， A．R1的输出功率为 根据数学知识可知当时，P1有最大值为 故A错误； B．当电路中电流最大时，R2的功率最大，此时R1接入电路的阻值为零，所以 故B正确； CD．电源的输出功率为 从左向右移动变阻器的滑片，R1增大，根据数学知识可知当时，P随R1的增大而减小，当R1=0时，P有最大值为 故CD错误。 故选B。 8．D 【详解】A．闭合、断开，仅减小的光照强度，光敏电阻的阻值增大，电路总阻值增大，根据闭合电路欧姆定律可知，电路电流减小，根据可知，电源内部消耗的热功率减小，A错误； B．根据电源的输出功率 可知当外电阻等于内阻时，电源的输出功率最大，闭合、断开且，仅将P从缓慢滑向，滑动变阻器接入电路阻值减小，电路外电阻减小，即外电阻与内阻越来越接近，故电源的输出功率增大，B错误； C．闭合、接a，电容器与滑动变阻器并联，电路稳定后，由电路图可知的上极板带负电，C错误； D．闭合、接b，电容器与光敏电阻并联，的上极板带正电，仅缓慢减小的光照强度，阻值变大，电路电流减小，根据闭合电路欧姆定律可得 可知光敏电阻两端电压增大，即电容器电压增大，电容器电荷量增大，可知G表中有从上到下的电流，D正确。 故选D。 9．ACD 【详解】AB．通过图甲可知短路电流为3 A，即 当外电路的阻值和内阻相等时，输出功率最大，此时 解得 ， 由于每节干电池的电压为1.5 V，故电源由四节干电池组成。A正确，B错误； C．电源的效率 故滑动变阻器阻值全部接入电路时，电源的效率最高。 解得，C正确； D．由于电动势为6 V，而b点对应的外电路阻值和内阻相等，所以 故乙图上b点的横坐标为3，D正确。 故选ACD。 10．D 【详解】A．若外电路是纯电阻电路，则电源输出功率 可知当时，电源输出功率最大，最大输出功率为 此时电源效率为 故A错误； BD．由图可知 当输出功率为零时，外电路短路 解得 ， 故B错误，D正确； C．电源的内阻为，由于不能明确外电路是否为纯电阻电路，故无法求得输出功率最大时，外电路的总电阻大小，故C错误。 故选D。 11．B 【详解】A．由闭合电路欧姆定律得 当I=0时，E=U，由图线a与纵轴的交点读出电源的电动势为 E=4V 选项A错误； BC．根据两图线交点处的状态可知，电阻两端的电压为 U=3V 电流为 I=0.2A 选项B正确，C错误； D．则硅光电池的内阻为 r==5Ω 选项D错误。 故选B。 12．B 【详解】A．当外电阻等于电源的内阻时，电源的输出功率最大，滑动片自a端向b端滑动时，变阻器接入电路的电阻减小，由于R0=r，Rab=2r，则得知，电源的输出功率增大，故A不符合题意； B．将R0看成电源的内阻，则有R0＋r=2r，而Rab=2r，利用推论可知，变阻器消耗的功率减小，故B符合题意； CD．滑动片自a端向b端滑动时，变阻器接入电路的电阻减小，电路中电流增大，固定电阻R0上和电源的内阻上消耗功率增大，故C、D均不符合题意。 故选B。 13．B 【详解】A．由闭合电路欧姆定律的推论可知，当电源外电阻R等于内阻r时，输出功率最大，最大值为 把定值电阻看成电源内阻，由图乙可知，当 滑动变阻器消耗的功率最大，最大功率为 A错误； B．滑动变阻器的阻值为时与阻值为时消耗的功率相等，有 解得 B正确； C．当回路中电流最大时，即时定值电阻R消耗的功率最大，C错误； D．当滑动变阻器的阻值为0时，电路中电流最大，最大值为 则调整滑动变阻器的阻值，不可能使电源的输出电流达到，D错误。 故选B。 14．BD 【详解】A．由定值电阻R0的U-I图象知其阻值 故A错误； B．由电源的U-I图象知电源的电动势E=3V，内阻 r==0.5Ω 故B正确； CD．当 Rx+R0=r 即 Rx=0.25Ω 时，电源输出的功率最大，故C错误D正确。 故选BD。 15．D 【详解】AB．Q点表示电源的总功率全部转化为热功率，即Q点表示外电路短路，外电阻为零，电源的总功率 P=EI 可知电源的电动势E=6 V。在Q点，I=3 A、U=E=6 V，根据欧姆定律可知内阻r=2 Ω。根据电源内外电阻相等时输出功率最大知，当外电路电阻r=2 Ω时电源输出功率最大，则电源输出功率先增大后减小，A、B两项错误； C．电源内阻为定值电阻，其功率随外电路电阻增大而减小，C项错误； D．MN段对应电流I0=2 A，此段表示功率 P0=EI0-r=4 W D项正确。 故选D。 16． 【详解】电路中均断开，当合上，R3相对于导线，则电路中电阻R1、R2串联，电容器C1的电压等于电阻R2的电压，即为 电容器C2的电压等于路端电压，为 根据 Q=CU 得电容器C1的电量 Q1=C1U1=4×10-6×4C=1.6×10-5C 电容器C2的电量 Q2=C2U=1×10-6×10C=1.0×10-5C 电容器C1右侧与电容器C2下侧都带负电，电流都通过电阻R3，因此通过R3的电量为 17．（1）（2）带电粒子能从C的电场中射出 【分析】由闭合电路欧姆定律求出电路中电流，再由欧姆定律求出电容器的电压，即可由Q=CU求其电量；细光束通过a照射到R1上时，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，电场力与重力二力平衡．细光束通过b照射到R1上时，根据牛顿第二定律求粒子的加速度，由类平抛运动分位移规律分析微粒能否从C的电场中射出． 【详解】（1）由闭合电路欧姆定律，得 又电容器板间电压，得UC=6V 设电容器的电量为Q，则Q=CUC解得 （2）细光束通过a照射时，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，则有 解得 细光束通过b照射时，同理可得 由牛顿第二定律，得解得 微粒做类平抛运动，得， 解得，所以带电粒子能从C的电场中射出． 【点睛】本题考查了带电粒子在匀强电场中的运动，解题的关键是明确带电粒子的受力情况，判断其运动情况，对于类平抛运动，要掌握分运动的规律并能熟练运用． 18．（1）4.8 V  （2）20 V 【详解】(1)电源的效率为94％，则电源内部消耗的功率为 解得 则a、b两点间的电压为 再由 解得 19．（1）E=9V，r=1Ω；（2）4.5×10﹣4C 【详解】（1）闭合开关S电路稳定后，电容器所在支路断路，由题意可知，当R3=1Ω时 根据闭合电路欧姆定律有 当R3=7Ω时 联立解得 E=9V r=1Ω （2）根据题意可知，R3的功率为 9I﹣2I2 当时，P3取最大值，因为 解得 R3=2Ω 电容器两端的电压为 通过电容器的电量为： Q=CU=4.5×10-4C 20．（1）10V；（2）；12.25W；（3）9×10-5C 【详解】（1）滑动变阻器滑片滑到最右端时，先并联后与串联，并联的总电阻为    根据闭合电路欧姆定律可得干路的电流为 电压表的示数为 （2）当外电阻等于内电阻时，电源的输出功率最大，则有 可得     又 解得 所以当滑动变阻器阻值为时，电源的输出功率最大。最大输出功率为 学科网（北京）股份有限公司 $$