第2章 第8节 第9节 第2课时 闭合电路中的能量转化-课后达标检测-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第三册教用Word(教科版)

　　　　 题组1　闭合电路的功率 1.(多选)如图所示，电源电动势E＝14 V，内阻r＝1 Ω，小灯泡L标有“2 V　4 W”字样，电动机的内阻rM＝1 Ω，当变阻器调到R＝1 Ω，小灯泡和电动机正常工作，则(　　) A．电动机的热功率为1 W B．电动机两端电压为8 V C．电动机的总功率为16 W D．电动机的输出功率为15 W 解析：选BC。小灯泡和电动机正常工作，可知电路电流I＝＝ A＝2 A，根据闭合电路欧姆定律可得E＝UL＋UM＋I(R＋r)，解得电动机两端电压UM＝E－UL－I(R＋r)＝8 V，电动机的总功率P电＝UMI＝16 W，电动机的热功率P热＝I2rM＝4 W，电动机的输出功率P出＝P电－P热＝12 W。 2.(多选)在如图所示的电路中，电源电动势为12 V，电源内阻为1.0 Ω，电路中电阻R0为1.5 Ω，小型直流电动机M的内阻为0.5 Ω。闭合开关S后，电动机转动，理想电流表的示数为2.0 A，则以下判断正确的是(　　) A．电动机两端的电压为7.0 V B．电动机的输出功率为14 W C．电动机的发热功率为2.0 W D．电动机的工作效率约为83.3% 解析：选AC。电动机两端的电压UM＝E－I·＝7.0 V，故A正确；电路中电流表的示数为2.0 A，所以电动机的总功率P＝UM·I＝14 W，电动机的发热功率P热＝I2·rM＝2.0 W，所以电动机的输出功率P出＝P－P热＝12 W，则电动机的工作效率η＝×100%≈85.7%，故B、D错误，C正确。 3．(2023·北京西城统考期末)如图所示的U－I图像中，直线a为一个电源的路端电压与电流的关系，直线b是电阻R两端电压与电流的关系。下列判断正确的是(　　) A．该电源的电动势为3 V B．该电源的内阻为2 Ω C．该电阻R为2 Ω D．若该电阻与电源连接成闭合电路，电源的输出功率为12 W 解析：选B。由闭合电路欧姆定律U＝E－Ir，可得a图线与纵轴交点表示电动势，图线斜率绝对值表示内阻，可得E＝6 V，r＝＝2 Ω，A错误，B正确；由电阻R两端电压与电流的关系可得R＝＝1 Ω，C错误；若该电阻与电源连接成闭合电路，a、b图线的交点即为电路的电流及电源输出电压，则电源的输出功率P＝2 V×2 A＝4 W，D错误。 题组2　电源的最大输出功率和效率 4．(多选)(2023·天津红桥区期末)在闭合电路中，下列叙述正确的是(　　) A．外接电阻增大时，电源的输出功率可能减小 B．当外电路断开时，路端电压等于电源电动势 C．当电源短路时，电路中的电流趋近于∞ D．当外电阻增大时，路端电压可能减小 解析：选AB。根据电源输出功率随外电阻变化图像可知外接电阻增大时，电源的输出功率可能减小，故A正确；路端电压表达式为U＝E－Ir，当外电路断开时，电流I变为0，则U＝E，故B正确；当电源短路时，外电阻R＝0，此时I＝，故C错误；当外电阻R增大时，由I＝，U＝E－Ir，可知电流I减小，路端电压增大，故D错误。 5.(多选)(2024·河北石家庄二十一中期中)如图所示，a、b分别表示一个电池组和一只电阻的U－I曲线。以下说法正确的是(　　) A．电池组的内阻是1 Ω B．电阻的阻值为2 Ω C．改变外电阻的阻值时，该电池组的最大输出功率为4 W D．将该电阻与该电池组组成闭合回路，电池组的输出功率是4 W 解析：选AC。电池组的内阻等于a图线斜率的绝对值，r＝＝ Ω＝1 Ω，故A正确；电阻的阻值等于b图线的斜率，R＝＝ Ω，故B错误；由题图可知电池组的电动势E＝4 V，当R外＝r时，电池组的输出功率最大，即P外m＝()2·r＝4 W，故C正确；该电阻与该电池组组成闭合回路，则两图线的交点表示将该电阻接在该电池组两端的工作状态，此时电阻两端U＝1 V，I＝3 A，电池组的输出功率P＝UI＝3 W，故D错误。 题组3　功率和效率的动态分析 6．(2024·福建宁德统考期末)智慧城市路灯系统配备相关传感设备，主要通过光敏仪器感知光的强度，并自主调节灯的亮度，实现自动化。某兴趣小组为了研究路灯的感光系统，设计了甲、乙两个电路，如图所示。RT为光敏电阻(光照越强，电阻越小)，R0与R1为定值电阻，下列说法正确的是(　　) A．环境变亮时，甲电路的灯泡亮度变亮 B．环境变亮时，甲电路的R1电功率减小 C．环境变亮时，乙电路的灯泡亮度变暗 D．环境变亮时，乙电路的R1电功率增大 解析：选D。环境变亮时，光敏电阻RT阻值变小，则甲电路的总电阻变小，总电流变大，R0以及内阻r上的电压变大，则灯泡两端电压及电流均减小，则灯泡亮度变暗；通过R1的电流变大，则R1电功率增大，A、B错误。环境变亮时，光敏电阻RT阻值变小，则乙电路的总电阻变小，总电流变大，则R1以及灯泡L上的电流都变大，则灯泡亮度变亮，R1电功率增大，C错误，D正确。 7．(多选)(2024·山东潍坊期中)如图所示的电路中，电源电动势为E、内阻为r，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，电容器的电容为C，闭合开关S, 滑片P向下滑动的过程中(　　) A．电流表A1示数增大 B．电流表A2示数减小 C．电容器的带电荷量减小 D．电源内阻消耗的电功率减小 解析：选AC。闭合开关S，当滑片P向下滑动时，R2阻值变小，总电阻变小，总电流变大，电流表A1的示数变大，根据P＝I2r可知，电源内阻消耗的电功率变大，又有内电压变大，所以路端电压变小，则通过R1的电流变小，根据I2＝I1－IR1，则电流表A2的示数变大，而电容器两端电压变小，所以带电荷量减小，故A、C正确，B、D错误。 8.(多选)(2023·福建泉州月考)如图所示，电源电动势为E，内电阻为r，C为电容器，R0为定值电阻，电表均为理想电表，R为滑动变阻器，闭合开关后灯泡正常发光，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，下列判断正确的是(　　) A．电压表、电流表示数均变大，灯泡L将变暗 B．定值电阻R0中将有从右向左的电流 C．电压表示数改变量与电流表示数改变量之比不变 D．电源输出功率一定变小 解析：选BC。电路稳定时，与电容器串联的电路没有电流，R0两端的电压为零，当滑动变阻器的滑片向右移动时，变阻器接入电路电阻减小，外电阻减小，电路中总电流增大，则灯L将变亮，电流表示数增大，电源的内电压增大，则路端电压减小，电压表读数减小，A错误；而电容器的电压等于路端电压，所以电容器的电压减小，由Q＝CU分析可知其电荷量将减小，电容器放电，则定值电阻R0中将有从右向左的电流出现，B正确；根据闭合电路欧姆定律知 U＝E－Ir，得＝r，可得电压表示数改变量与电流表示数改变量之比保持不变，C正确；因不清楚外电路电阻与电源内阻的大小关系，则不能确定电源输出功率的变化，D错误。 9.(多选)(2024·河北张家口联考)直线a表示某电源路端电压与电流的关系图像，直线1和2分别为两定值电阻R1和R2的U－I图像。由图像可知(　　) A．R1的阻值大于R2的阻值 B．电源电动势为4.0 V，内阻为2 Ω C．电源只接入R2时，电源的输出功率为3 W D．电源只接入R1时，电源的输出功率为2 W 解析：选BD。电阻U－I图像的斜率表示电阻阻值，所以有R2＝ Ω＝6 Ω，R1＝ Ω＝2 Ω，故A错误；由闭合电路欧姆定律有U＝E－Ir，所以电源路端电压与电流的关系图像斜率的绝对值表示内阻大小，纵轴截距表示电动势大小，即E＝4.0 V，r＝ Ω＝2 Ω，故B正确；电源只接入R2时，电源的输出功率P＝()2R2＝ W，故C错误；电源只接入R1时，电源的输出功率P＝()2R1＝2 W，故D正确。 10．图甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝9 Ω，R3为滑动变阻器。当其滑片P从最左端滑至最右端时，测得电源的路端电压随干路电流变化图线如图乙所示。求： (1)定值电阻R2的阻值； (2)电源的内阻； (3)电源输出的功率最大时，R3接入电路的阻值。 解析：(1)当P滑到R3的最右端时，电路参数对应题图乙中的B点，此时等效于R2直接接在电源两端，则R2＝＝0.5 Ω。 (2)电源U－I图线的斜率的绝对值表示内阻，即r＝＝2 Ω。 (3)设电路外电阻为R，电源电动势为E，则电源的输出功率P＝I2R＝＝，根据数学知识可知当R＝r时，P最大，则此时＋R2＝r 解得R3＝1.8 Ω。 答案：(1)0.5 Ω　(2)2 Ω　(3)1.8 Ω 11.如图所示的电路中，电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.5 Ω，电动机的电阻R0＝1.0 Ω，定值电阻R1＝1.5 Ω。电动机正常工作时，理想电压表的示数U1＝3.0 V。求： (1)电源总功率； (2)电源的输出功率； (3)电动机消耗的电功率，以及将电能转化为机械能的功率。 解析：(1)已知电压表的示数U1＝3.0 V和定值电阻R1＝1.5 Ω，根据欧姆定律可求出电路中的电流 I＝＝2.0 A 电源的总功率P总＝EI＝20 W。 (2)电源的输出功率P出＝EI－I2r＝18 W。 (3)根据闭合电路的欧姆定律，可得电动机两端的电压 U2＝E－U1－Ir＝6 V 电动机消耗的电功率P电＝U2I＝12 W 电动机将电能转化为机械能的功率，就是电动机的输出功率P机＝U2I－I2R0＝8 W。 答案：(1)20 W　(2)18 W　(3)12 W　8 W 学科网（北京）股份有限公司 $