12.2.1 闭合电路欧姆定律的应用——电源的功率和效率 同步练习-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

**基本信息** 聚焦闭合电路欧姆定律应用，通过基础巩固与综合应用分层设计，构建从公式直接应用到实际情境分析的知识巩固路径，培养物理观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础练习|电动势、内阻计算|2题，直接应用欧姆定律公式，夯实电路基本量求解能力| |提升应用|电源功率、效率及输出功率与电阻关系|8题（4典例+4变式），结合图像分析（如P-R关系图）、动态电路及新能源汽车等实际情境，深化科学推理与模型建构|

12.2.1 闭合电路欧姆定律的应用 — 电源的功率和效率 一、基础练习 1、如图所示的电路中，当开关S接a点时，标有“5 V　2.5 W”的小灯泡L正常发光，当开关S接b点时，通过电阻R的电流为1 A，此时电阻R两端的电压为4 V.求：(1)电阻R的阻值；(2)电源的电动势和内阻. （1）4Ω （2） 6V，2Ω 2、如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6 V和0.4 A．当S断开时，它们的示数各改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势和内阻．2V，1Ω 二、电源的功率和效率 1、电源的功率 （1）电源的功率（电源的总功率）:P总=IE （2）电源的输出功率:P出=IU＝I2R （3）电源内部消耗的功率:P r=I2r = P总 -P出 2、电源的效率: η= ×100% = ×100% = ×100% 3.电源的输出功率 纯电阻电路：P出＝I2R＝＝。 ①当R＝r时，电源的输出功率最大，为Pm＝。 ②当R＞r时，随着R的增大输出功率越来越小；当R＜r时，随着R的增大输出功率越来越大。 P出与R的关系如图所示。 ③ r2=R1×R2 典例分析 【例1】如图甲所示，电动势为E，内阻为r的电源与R=6Ω的定值电阻、滑动变阻器Rp、开关S组成闭合回路。已知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。下述说法中正确的是（　　） A．图乙中Rx=15Ω B．电源的电动势E=10V，内阻r=4Ω 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Rp的阻值，可以使电源的输出电流达到1.25A 解: A： 由r2=R1×Rx Rx=20Ω 所以A错 B：把R等效为电源内阻，则r’=R+r ,当r’=RP时RP也消耗功率最大。即6+r=10,r=4Ω 等效电源Pm＝ 2.5= E=10v B正确 C根据PR=I2R,可知当I最大时，当RP=0时，电路电流最大，此时定值电阻R也消耗功率最大，C错 D 根据闭合电路欧姆定律I= ,1.25= ,RP= -2Ω， D错 【例2】如图所示的闭合电路中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U、电流表的示数I、干电池的输出功率P都会发生变化。以下四幅图中能正确反映P-U、P-I关系的是( ) A. B. C. D. 解：AB、设电源的电动势为E，内阻为r，则干电池的输出功率P=EI-I2r，知P-I图象是开口向下的抛物线，故AB错误； CD、干电池的输出功率P=UI=U = - ，则P-U图象是开口向下的抛物线，故C错误，D正确。 **【例3】工程师对某款新能源汽车的直流蓄电池进行性能测试，测试过程中系统输出的 - 图像如图，其中P为蓄电池的输出功率，I为总电流，下列说法正确的是( ) A该蓄电池的内阻为0.2Ω B.该蓄电池的电动势为24V C.该蓄电池的最大输出功率为72w D.该蓄电池的短路电流为12A 解：A.B蓄电池的输出功率为P=EI-I2r，变形得 = -r，结合图像可得 其斜率表示电动势E=12 ，截距表示电源内阻r=0.5Ω，，故A项错误，B项错误 C 由P=EI-I2r= - ( I-)2r + ，可知当I==12A时，有最大输出功率，最大输出功率为Pm= =72w， 故C项正确 D.该蓄电池的短路电流为I短= =24A，故D项错误。 ( r )【变式1】已知如图，E =6V，r =4Ω，R1=2Ω，R2的变化范围是0－10Ω。求： （1）电源的最大输出功率；(2)R1上消耗的最大功率； (3)R2上消耗的最大功率。 ① 2.25W；② 2W；③ 1.5W 【变式2】如图所示的电路中，R为定值电阻，闭合开关S1，灯泡A正常发光．再闭合开关S2 A.灯泡 A亮度不变 B.电池两端电压不变 C.电池输出功率可能不变 D.电池的效率可能不变 解：AB、再闭合开关S2的过程中，电路中并联的灯泡增多，则电路中的总电阻减小， 则电路中的总电流增大，内电压增大，根据U=E- Ir可知，电池两端电压U减小，根据欧姆定律可知定值电阻R两端电压增大，因此灯泡A两端电压减小，故灯泡A亮度变暗，故AB错误 C；电源的输出功率与外电阻的变化关系图像为 再闭合开关S2，外电路的电阻变小，由于电源内阻大小不知，故电池输出功率可能不变，故C正确； D、由于路端电压U减小，根据η= ×100%,可知电源效率减小，故D错误。 【变式3】右图中图线①表示某电池组的输出电压一电流关系，图线②表示其输出功率一电流关系．该电池组的内阻为＿＿＿Ω．当电池组的输出功率为120W时，电池组的输出电压是＿＿＿＿V． 5 Ω 30v 【例4】如图所示，M为一线圈电阻r=0.4Ω的电动机，R=24Ω，电源电动势E=40v当S断开时，电流表的示数I1=1.6A，当开关S闭合时，电流表的示数I2=4.0A求： (1)电源内阻； (2)开关S闭合时电动机发热消耗的功率和转化为机械能的功率； (3)开关S闭合时电源的输出功率和电动机的机械效率． 解：（1）根据闭合电路的欧姆定律I1= ；代入数据解得r0= - R = 1Ω； （2）开关S闭合后路端电压U=E-I2r0=36V, 流过R的电流为IR= =1.5A 流过电动机的电流为I=I2-IR=2.5A 电动机发热消耗的功率为PQ=I2r=2.52×0.4=2.5w 电动机转化为机械能的功率P机=UI-PQ=87.5w； (3)开关S闭合时电源输出功率为P=UI2=144w 电动机的机械效率η= ×100% = =97.2% 【变式】如图甲所示为一款新型送餐机器人，内部电路如图乙所示，直流电动机线圈电阻为，电源的电动势为，内阻为。开关闭合，直流电动机正常工作时，理想电流表示数为，下列说法正确的是（　　） A．电动机两端的电压为 B．电动机的电功率为 C．电动机的机械功率为 D．电源的效率为 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.2.1 闭合电路欧姆定律的应用 — 电源的功率和效率 一、基础练习 1、如图所示的电路中，当开关S接a点时，标有“5 V　2.5 W”的小灯泡L正常发光，当开关S接b点时，通过电阻R的电流为1 A，此时电阻R两端的电压为4 V.求：(1)电阻R的阻值；(2)电源的电动势和内阻. 2、如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6 V和0.4 A．当S断开时，它们的示数各改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势和内阻． 二、电源的功率和效率 1、电源的功率 （1）电源的功率（电源的总功率）:P总=IE （2）电源的输出功率:P出=IU＝I2R （3）电源内部消耗的功率:P r=I2r = P总 -P出 2、电源的效率: η= ×100% = ×100% = ×100% 3.电源的输出功率 纯电阻电路：P出＝I2R＝＝。 ①当R＝r时，电源的输出功率最大，为Pm＝。 ②当R＞r时，随着R的增大输出功率越来越小；当R＜r时，随着R的增大输出功率越来越大。 P出与R的关系如图所示。 ③ r2=R1×R2 典例分析 【例1】如图甲所示，电动势为E，内阻为r的电源与R=6Ω的定值电阻、滑动变阻器Rp、开关S组成闭合回路。已知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。下述说法中正确的是（　　） A．图乙中Rx=15Ω B．电源的电动势E=10V，内阻r=4Ω 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Rp的阻值，可以使电源的输出电流达到1.25A 【例2】如图所示的闭合电路中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U、电流表的示数I、干电池的输出功率P都会发生变化。以下四幅图中能正确反映P-U、P-I关系的是( ) A. B. C. D. **【例3】工程师对某款新能源汽车的直流蓄电池进行性能测试，测试过程中系统输出的 - 图像如图，其中P为蓄电池的输出功率，I为总电流，下列说法正确的是( ) A该蓄电池的内阻为0.2Ω B.该蓄电池的电动势为24V C.该蓄电池的最大输出功率为72w D.该蓄电池的短路电流为12A ( r )【变式1】已知如图，E =6V，r =4Ω，R1=2Ω，R2的变化范围是0－10Ω。求： （1）电源的最大输出功率；(2)R1上消耗的最大功率； (3)R2上消耗的最大功率。 【变式2】如图所示的电路中，R为定值电阻，闭合开关S1，灯泡A正常发光．再闭合开关S2 A.灯泡 A亮度不变 B.电池两端电压不变 C.电池输出功率可能不变 D.电池的效率可能不变 【变式3】右图中图线①表示某电池组的输出电压一电流关系，图线②表示其输出功率一电流关系．该电池组的内阻为＿＿＿Ω．当电池组的输出功率为120W时，电池组的输出电压是＿＿＿＿V． 【例4】如图所示，M为一线圈电阻r=0.4Ω的电动机，R=24Ω，电源电动势E=40v当S断开时，电流表的示数I1=1.6A，当开关S闭合时，电流表的示数I2=4.0A求： (1)电源内阻； (2)开关S闭合时电动机发热消耗的功率和转化为机械能的功率； (3)开关S闭合时电源的输出功率和电动机的机械效率． 【变式】如图甲所示为一款新型送餐机器人，内部电路如图乙所示，直流电动机线圈电阻为，电源的电动势为，内阻为。开关闭合，直流电动机正常工作时，理想电流表示数为，下列说法正确的是（　　） A．电动机两端的电压为 B．电动机的电功率为 C．电动机的机械功率为 D．电源的效率为 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $12.2.1闭合电路欧姆定律的应用一电源的功率和效率 一、基础练习 1、如图所示的电路中，当开关S接a点时，标有“5V2.5w”的小灯泡L正常发光，当开关S接b点时，通过 电阻R的电流为1A,此时电阻R两端的电压为4V.求：(1)电阻R的阻值；(2)电源的电动势和内阻. a。 2、如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表（均为理想电表）的示数各为1.6V和0.4A.当S断开时，它 们的示数各改变0.1V和0.1A,求电源的电动势和内阻. R E R2 二、电源的功率和效率 1、电源的功率 (1)电源的功率（电源的总功率）：P=IE (2)电源的输出功率：P出=IU=IR (3)电源内部消耗的功率：P=Ir=P总-P出 2、电源的效率： P鱼X100%=VX100%=R年X100% 卫总 E R外+r 3.电源的输出功率 纯电阻电路：P4=R= E'R E (R+r)(R-r) +4r R ①当R=r时，电源的输出功率最大，为R=4 ②当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小；当R<r时，随着R的增大输出功率越来越大。 P出与R的关系如图所示。 个P出 P ③r2=R1XR R R 1 典例分析 【例1】如图甲所示，电动势为E,内阻为r的电源与R=62的定值电阻、滑动变阻器R2、开关S组成闭合回路。 已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值R的关系如图乙所示。下述说法中正确的是() A.图乙中Rx=152 ↑P/W 2.5 B.电源的电动势E=10V,内阻r=4Q 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 05 10 D.调整滑动变阻器R的阻值，可以使电源的输出电流达到1.25A R: R/ 【例2】如图所示的闭合电路中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U、电流表的示数I、干电池的输出 功率P都会发生变化。以下四幅图中能正确反映P-U、P-I关系的是() B. D *【例3】工程师对某款新能源汽车的直流蓄电池进行性能测试，测试过程中系统输出 的-图像如图，其中p 为蓄电池的输出功率，I为总电流，下列说法正确的是() A该蓄电池的内阻为0.22 B.该蓄电池的电动势为24V wA网 C.该蓄电池的最大输出功率为72w D.该蓄电池的短路电流为12A 0 /1 -0.5 24 2 【变式1】已知如图，E=6V,r=42,R=2Q,R的变化范围是0-102。求： (1)电源的最大输出功率；(2)R上消耗的最大功率；(3)R上消耗的最大功率。 R2 【变式2】如图所示的电路中，R为定值电阻，闭合开关S1,灯泡A正常发光.再闭合开关S2 A.灯泡A亮度不变 B.电池两端电压不变C.电池输出功率可能不变 D.电池的效率可能不变 S2 A☒B⑧ S 【变式3】右图中图线①表示某电池组的输出电压一电流关系，图线②表示其输出功率一电流关系，该电池组的内 阻为 2.当电池组的输出功率为120w时，电池组的输出电压是V. 心 ① 120 45 00 40 8 35 0 30 20 0 0 23 电流(A) 【例4】如图所示，M为一线圈电阻=0.4Q的电动机，R=242,电源电动势E-40v当S断开时，电流表的示数I1=1.6A, 当开关S闭合时，电流表的示数I=4.0A求： (1)电源内阻： (2)开关S闭合时电动机发热消耗的功率和转化为机械能的功率： R A (3)开关S闭合时电源的输出功率和电动机的机械效率. 【变式】如图甲所示为一款新型送餐机器人，内部电路如图乙所示，直流电动机线圈电阻为R,电源的电动势为E, 内阻为”。开关S闭合，直流电动机正常工作时，理想电流表示数为I,下列说法正确的是() A.电动机两端的电压为R B.电动机的电功率为EI-I2R C.电动机的机械功率为EI-I2(R+） M D.电源的效率为(R+r）100% A E 4