12.2.3 电源的功率与效率 同步习题-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

12.2 闭合电路的欧姆定律　第三讲　电源的功率与效率 · 习题 高二上学期物理人教版必修第三册　第十二章 电能 能量守恒定律　12.2 闭合电路的欧姆定律　·　学生版 知识点范围　1．电源的输出电压、总功率、输出功率与效率的计算 2．电源的最大输出功率及输出条件；含电动机电路的功率计算 班级________　姓名________　学号________　得分________ 全卷共 16 题　基础过关 8 题　能力提升 8 题　满分 100 分　建议用时 60 分钟 一、基础过关题（40分） 本题组共8小题，每小题5分，共40分。会算电源的输出电压、输出功率、总功率和效率，能在图线上取数据算功率，能处理电动机正常工作的简单电路。 1．太阳能汽车利用太阳能来驱动，真正实现了零排放，有效地减少了对环境的污染。某太阳能汽车，顶部安装了太阳能电池板。若汽车上的太阳能电池板的有效面积为，它正对太阳时电池能够产生200V的电压，并对车上电动机提供10.5A的电流，太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为，则电池的输出功率为________W，将太阳能转化为电能的效率为________。 2．电源电动势，内阻，闭合开关S后，标有“8 V，12 W”的灯泡恰能正常发光，电动机正常工作，求： (1)通过电源的电流； (2)电源的输出功率。 3．在如图所示的甲、乙电路中，电源的电动势E=3V，内电阻r=1.0Ω，电阻R=2.0Ω，电动机的内阻R内=2.0Ω，求： (1)甲图中闭合开关S后，电阻R的功率； (2)乙图中闭合开关S后，电路中的电流为0.5A，电动机的输出功率； 4．在如图所示的电路中，电源电动势，内阻为，定值电阻。闭合开关后，电动机正常工作，此时电流表的示数为、电压表的示数为。已知电流表和电压表均为理想电表。求： (1)电动机正常工作时，电源的输出功率是多大？ (2)若电动机正常工作时的机械效率为80%，则电动机的内阻是多大？ 5．为响应辽宁省新能源汽车普及推广政策，省内各地停车场广泛配套小型直流充电设备。某充电桩内置散热冷却泵，其简化电路如图所示。已知电源恒定电压，保护电阻阻值。电机正常工作时，两端电压，电机线圈内阻。不计导线电阻，求： (1)电机正常工作时的电流； (2)电机正常工作时的输入功率及线圈的热功率； (3)电机正常工作时的机械输出功率及工作效率。 6．如图所示，电源的电动势E＝10V，内阻r＝1Ω，电阻R的阻值大小可调节。 (1)试求当外电路电阻R的阻值分别是1Ω、3Ω、4Ω、7Ω、9Ω时所对应的路端电压。 (2)分析上述计算结果，你发现了怎样的规律？试通过公式论证你的结论。 (3)请以电路中的电流为横轴，路端电压为纵轴，作出U－I图像，并说明图线与纵轴的交点、与横轴交点（纵坐标从0开始）、斜率的绝对值的物理意义各是什么。 7．如图所示，直线A为电源的图线，直线B和C分别为电阻和的图线，用该电源分别与、组成闭合电路时，电源的输出功率分别为、，电源的效率分别为、，则（     ） A． B． C． D． 8．白炽灯泡L的伏安特性曲线如图所示，其额定电压为30V。现将其接到电动势，内阻的电源两端。则此时（     ） A．白炽灯泡的功率为8W B．电源效率为80% C．灯泡能保持额定功率工作 D．灯泡不能保持额定功率工作 二、能力提升题（60分） 本题组共8小题，共60分。第9、10题每题5分，第11、12题每题6分，第13题8分，第14~16题每题10分。其中第9题有两个正确选项。 9．如图所示电路中，小灯泡与两个电阻的阻值均为，K2为单刀三掷开关．其中触点为悬空触点，俗称“空脚”。不考虑小灯泡电阻的变化，现闭合K1，将K2分别置于、、三处，下列说法正确的是（     ） A．置于处时，小灯泡的亮度最高 B．置于处时，电源电流最大 C．置于处时，路端电压最小 D．置于处时，电源的焦耳热功率最大 10．如图所示，电阻R的阻值为，电流表为理想电表，两个电池组电动势均为15 V、内阻均为，电路接通后电阻R产生的内能可以被全部利用，而电池组内阻产生的内能无法被利用，则下列说法正确的是（     ） A．若d、e分别与a、c连接，则电流表的示数为3 A B．若d、e分别与a、c连接，则整个电路的效率为50% C．若d、e分别与a、b连接，则电流表的示数为1.5 A D．若d、e分别与a、b连接，则整个电路的效率为75% 11．如图是电动起重机的电路示意图。电源电动势为，内阻为 ，电动机内阻 ，闭合开关后，标有“，”的灯泡正常发光，求： (1)通过灯泡的电流； (2)电动机的输出功率； (3)若用定值电阻替换电动机，使定值电阻功率最大（设灯泡电阻不变），求其最大功率。 12．如图所示，电池组的电动势，内电阻，电阻，，小电动机M的内电阻。当小电动机M稳定转动时，电流表A的读数为2 A，求： (1)小电动机M两端电压； (2)电动机输出的机械功率。 13．如图甲所示为某品牌的共享电动自行车。某兴趣小组同学对共享电动自行车的工作原理产生了浓厚的兴趣，现将其电源、车灯、电动机构成的电路简化为图乙所示。查阅资料得知该电动车的电源电动势E=40V，内阻r=1，电动机的内阻为RM=0.8，车灯电阻R=24（不变），电流表内阻忽略不计。当S1、S2都接通时，电流表示数为I=4A，此时电动机正常工作。 (1)当S1、S2都接通时，求车灯的两端电压U1，此时车灯电流I1 ； (2)求此时电源的输出功率； (3)求此时电动机的输出功率。 14．如图中，R1=2Ω，R2= R3＝6Ω，滑动变阻器全值电阻为R4= 6Ω，电源内电阻r=1.0Ω。当滑键P移至A端时，电压表读数为5 V。求： (1)电源的电动势； (2)滑键P在A端时电源的输出功率； (3)滑键P在B端时电源的效率。 15．随着科技的发展，机器人不再局限于工厂，开始进入我们的日常生活。图1为某公司的配送机器人，机器人自身的质量，机器人行进过程中所受的阻力大小恒为其总重力大小的。图2为其内部简化的电路图，定值电阻、电源提供的恒定电压，电动机的内阻，电动机提供的牵引力与电流的关系满足（为常数但未知）。某次，机器人载着的货物以的速度匀速前行（此时电路中的电流小于），重力加速度取，不计其他能量损耗。求： (1)这次行驶过程中的牵引力大小及电流； (2)本次运输过程中，电动机的效率； 16．如图甲所示，电动势为、内阻为的电源与的定值电阻、滑动变阻器、开关组成串联回路，已知滑动变阻器消耗的功率与其接入电路的有效阻值的关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．电源的电动势，内阻 B．图乙中 C．滑动变阻器的滑片从右到左移动时，上消耗的功率先增大后减小 D．调整滑动变阻器的阻值，可以得到该电源的最大输出功率为 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.2 闭合电路的欧姆定律　第三讲　电源的功率与效率 · 习题 高二上学期物理人教版必修第三册　第十二章 电能 能量守恒定律　12.2 闭合电路的欧姆定律　·　解析版 知识点范围　1．电源的输出电压、总功率、输出功率与效率的计算 2．电源的最大输出功率及输出条件；含电动机电路的功率计算 班级________　姓名________　学号________　得分________ 全卷共 16 题　基础过关 8 题　能力提升 8 题　满分 100 分　建议用时 60 分钟 一、基础过关题（40分） 本题组共8小题，每小题5分，共40分。会算电源的输出电压、输出功率、总功率和效率，能在图线上取数据算功率，能处理电动机正常工作的简单电路。 1．太阳能汽车利用太阳能来驱动，真正实现了零排放，有效地减少了对环境的污染。某太阳能汽车，顶部安装了太阳能电池板。若汽车上的太阳能电池板的有效面积为，它正对太阳时电池能够产生200V的电压，并对车上电动机提供10.5A的电流，太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为，则电池的输出功率为________W，将太阳能转化为电能的效率为________。 【答案】 2100 29.2% 【详解】[1]电池的输出功率为 [2]太阳光照射到地面上的电池板辐射功率为 所以太阳能转化为电能的效率为 2．电源电动势，内阻，闭合开关S后，标有“8 V，12 W”的灯泡恰能正常发光，电动机正常工作，求： (1)通过电源的电流； (2)电源的输出功率。 【答案】(1)2 A (2)16 W 【详解】（1）灯泡恰能正常发光，则电源外电压等于灯泡电压，根据 解得通过电源的电流 （2）电源的输出功率 3．在如图所示的甲、乙电路中，电源的电动势E=3V，内电阻r=1.0Ω，电阻R=2.0Ω，电动机的内阻R内=2.0Ω，求： (1)甲图中闭合开关S后，电阻R的功率； (2)乙图中闭合开关S后，电路中的电流为0.5A，电动机的输出功率； 【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律有 电阻两端电压为 所以电阻的功率为 （2）根据闭合电路欧姆定律可得电动机两端的电压为 电动机消耗的电功率为 电动机的热功率为 电动机的输出功率为 4．在如图所示的电路中，电源电动势，内阻为，定值电阻。闭合开关后，电动机正常工作，此时电流表的示数为、电压表的示数为。已知电流表和电压表均为理想电表。求： (1)电动机正常工作时，电源的输出功率是多大？ (2)若电动机正常工作时的机械效率为80%，则电动机的内阻是多大？ 【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律 代入数据解得 电动机正常工作时，电源的输出功率是 代入数据解得 （2）设电动机的内阻，则有： 代入数据解得 5．为响应辽宁省新能源汽车普及推广政策，省内各地停车场广泛配套小型直流充电设备。某充电桩内置散热冷却泵，其简化电路如图所示。已知电源恒定电压，保护电阻阻值。电机正常工作时，两端电压，电机线圈内阻。不计导线电阻，求： (1)电机正常工作时的电流； (2)电机正常工作时的输入功率及线圈的热功率； (3)电机正常工作时的机械输出功率及工作效率。 【答案】(1) (2)， (3)， 【详解】（1）串联电路总电压等于各元件分压之和，定值电阻两端电压 定值电阻为纯电阻，由欧姆定律得电流 解得 （2）电机的输入功率为电路对电机做功的总功率，则 解得 由焦耳定律得电机线圈的热功率 解得 （3）电机的机械输出功率 解得 电机工作效率 解得 6．如图所示，电源的电动势E＝10V，内阻r＝1Ω，电阻R的阻值大小可调节。 (1)试求当外电路电阻R的阻值分别是1Ω、3Ω、4Ω、7Ω、9Ω时所对应的路端电压。 (2)分析上述计算结果，你发现了怎样的规律？试通过公式论证你的结论。 (3)请以电路中的电流为横轴，路端电压为纵轴，作出U－I图像，并说明图线与纵轴的交点、与横轴交点（纵坐标从0开始）、斜率的绝对值的物理意义各是什么。 【答案】(1)，，，， (2)随着增大，路端电压增大，由，可知，内电压降随增大而减小。 (3)作出的图像如下。 图线与纵轴的交点表示电源电动势，与横轴的交点表示短路电流，斜率绝对值表示电源内阻 【详解】（1）闭合开关后，电源放电，由闭合电路欧姆定律得，由外电路欧姆定律得 联立得路端电压 当时，代入上式得 当时，代入上式得 当时，代入上式得 当时，代入上式得 当时，代入上式得 （2）由第（1）问的推导，在，不变时，路端电压可写为 随着增大，增大，内电压降减小，因此路端电压逐渐增大并趋近于电动势 （3）由闭合电路欧姆定律得，所以图像为一条斜率为负的直线。 令，得，故图线与纵轴的交点表示电源电动势。 令，解得 故图线与横轴的交点表示短路电流。 图线斜率为 故斜率绝对值表示电源内阻。根据上述两个截距作图，所得直线如答案图所示。 7．如图所示，直线A为电源的图线，直线B和C分别为电阻和的图线，用该电源分别与、组成闭合电路时，电源的输出功率分别为、，电源的效率分别为、，则（     ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．由直线B可知 由直线C可知 则，故A错误； B．电源和电阻组成闭合回路时，在图像中，两图线的交点坐标就是电路的工作电压和电流，则， 所以，故B正确； CD．电源的图线的纵截距表示电源的电动势，则 电源的效率， 所以，故CD错误。 故选B。 8．白炽灯泡L的伏安特性曲线如图所示，其额定电压为30V。现将其接到电动势，内阻的电源两端。则此时（     ） A．白炽灯泡的功率为8W B．电源效率为80% C．灯泡能保持额定功率工作 D．灯泡不能保持额定功率工作 【答案】C 【详解】A．题图为灯泡的图像，横坐标表示灯泡两端的电压，纵坐标表示通过灯泡的电流。由图可读出，端电压为时，电流为。对本题闭合电路，由闭合电路欧姆定律有，在上述状态下有 该点满足闭合电路关系，故灯泡实际端电压为，电流为。由电功率公式，得到灯泡的实际功率，故A错误； B．电源的输出功率等于灯泡的实际功率，电源总功率为。电源效率为输出功率与总功率之比，因此，故B错误； CD．灯泡的实际端电压等于额定电压，所以灯泡能保持额定功率工作，故C正确，D错误。 故选C。 二、能力提升题（60分） 本题组共8小题，共60分。第9、10题每题5分，第11、12题每题6分，第13题8分，第14~16题每题10分。其中第9题有两个正确选项。 9．如图所示电路中，小灯泡与两个电阻的阻值均为，K2为单刀三掷开关．其中触点为悬空触点，俗称“空脚”。不考虑小灯泡电阻的变化，现闭合K1，将K2分别置于、、三处，下列说法正确的是（     ） A．置于处时，小灯泡的亮度最高 B．置于处时，电源电流最大 C．置于处时，路端电压最小 D．置于处时，电源的焦耳热功率最大 【答案】AC 【详解】A．置于a处时，小灯泡与内阻r串联，流过小灯泡的电流最大，所以最亮，故A正确； BC．置于c处时，外电阻最小，电源电流最大，内电压最大，路端电压最小，故B错误，C正确； D．置于c处时，外电阻最小，电源电流最大，电源的焦耳热功率最大，故D错误。 故选AC。 10．如图所示，电阻R的阻值为，电流表为理想电表，两个电池组电动势均为15 V、内阻均为，电路接通后电阻R产生的内能可以被全部利用，而电池组内阻产生的内能无法被利用，则下列说法正确的是（     ） A．若d、e分别与a、c连接，则电流表的示数为3 A B．若d、e分别与a、c连接，则整个电路的效率为50% C．若d、e分别与a、b连接，则电流表的示数为1.5 A D．若d、e分别与a、b连接，则整个电路的效率为75% 【答案】B 【详解】A．若d、e分别与a、c连接，两个电池组串联接入电路，总电动势 总内阻 电流表示数为，故A错误； B．此时整个电路的效率为，故B正确； C．若d、e分别与a、b连接，只有a、b之间的一个电池组接入电路，b、c之间的电池组处于断路中，电流表示数为，故C错误； D．此时整个电路的效率为，故D错误。 故选B。 11．如图是电动起重机的电路示意图。电源电动势为，内阻为 ，电动机内阻 ，闭合开关后，标有“，”的灯泡正常发光，求： (1)通过灯泡的电流； (2)电动机的输出功率； (3)若用定值电阻替换电动机，使定值电阻功率最大（设灯泡电阻不变），求其最大功率。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）灯泡正常发光，由公式可得，通过灯泡的电流为 （2）由图可知，电动机与灯泡串联，则电动机两端电压为 电动机输入功率为 电动机发热功率为 电动机输出功率为 （3）灯泡电阻不变，则灯泡电阻为 用定值电阻替换电动机后，外电路为纯电阻电路。将电源内阻和灯泡电阻等效为新的电源内阻，则的电阻等于新电源内阻时，的功率最大，此时的阻值为 电路电流为 的最大功率为 12．如图所示，电池组的电动势，内电阻，电阻，，小电动机M的内电阻。当小电动机M稳定转动时，电流表A的读数为2 A，求： (1)小电动机M两端电压； (2)电动机输出的机械功率。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）由图可知，与电动机并联，并联部分与串联，电流表测干路电流，根据闭合回路欧姆定律可得，外电路总电压为 两端电压为 小电动机M两端电压为 （2）通过的电流为 则通过电动机的电流为 电动机的发热功率为 电动机的总功率为 电动机输出的机械功率为 13．如图甲所示为某品牌的共享电动自行车。某兴趣小组同学对共享电动自行车的工作原理产生了浓厚的兴趣，现将其电源、车灯、电动机构成的电路简化为图乙所示。查阅资料得知该电动车的电源电动势E=40V，内阻r=1，电动机的内阻为RM=0.8，车灯电阻R=24（不变），电流表内阻忽略不计。当S1、S2都接通时，电流表示数为I=4A，此时电动机正常工作。 (1)当S1、S2都接通时，求车灯的两端电压U1，此时车灯电流I1 ； (2)求此时电源的输出功率； (3)求此时电动机的输出功率。 【答案】(1)； (2) (3) 【详解】（1）开关和都接通时，车灯与电动机并联，电流表测量干路电流。车灯两端电压等于电源路端电压，由闭合电路欧姆定律得，代入数据得 车灯为纯电阻元件，由欧姆定律得，代入数据得 （2）电源的输出功率等于供给外电路的电功率，由电功率公式得，代入第（1）问求得的路端电压，得 （3）设通过电动机的电流为。由并联电路的电流关系得，所以 电动机两端电压同样为。根据电功率公式和焦耳定律，电动机的输入功率和线圈发热功率分别为和 电动机正常工作，输入的电能转化为机械能和内能，由能量守恒，机械输出功率为 代入数据得 14．如图中，R1=2Ω，R2= R3＝6Ω，滑动变阻器全值电阻为R4= 6Ω，电源内电阻r=1.0Ω。当滑键P移至A端时，电压表读数为5 V。求： (1)电源的电动势； (2)滑键P在A端时电源的输出功率； (3)滑键P在B端时电源的效率。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）由电路图可知，电压表并联在电源两端，测的是路端电压。当滑键移至端时，的两端均与、之间的节点相连而被短路，其中无电流；滑动变阻器以全阻值接入电路，与并联后再与串联构成外电路。并联部分电阻 外电路总电阻 电压表读数即路端电压，由部分电路欧姆定律得干路电流 再由闭合电路欧姆定律得 （2）滑键在端时，路端电压，干路电流，电源的输出功率等于外电路消耗的电功率，由 得 （3）当滑键移至端时，滑片经导线把与之间的节点直接连到端所在的干线上，故被短路；同时与变阻器、间电阻串联后首尾接于同一节点，其中无电流，外电路只剩。由闭合电路欧姆定律得干路电流 路端电压 电源效率 15．随着科技的发展，机器人不再局限于工厂，开始进入我们的日常生活。图1为某公司的配送机器人，机器人自身的质量，机器人行进过程中所受的阻力大小恒为其总重力大小的。图2为其内部简化的电路图，定值电阻、电源提供的恒定电压，电动机的内阻，电动机提供的牵引力与电流的关系满足（为常数但未知）。某次，机器人载着的货物以的速度匀速前行（此时电路中的电流小于），重力加速度取，不计其他能量损耗。求： (1)这次行驶过程中的牵引力大小及电流； (2)本次运输过程中，电动机的效率； 【答案】(1)， (2) 【详解】（1）机器人和所载货物的总质量为 机器人以的速度匀速前进，牵引力与阻力平衡，故 对机器人的电动机电路，根据能量守恒定律，电源提供的电功率等于电阻发热功率与牵引力机械功率之和，故 代入已知量得 整理得 解得， 由题意知电路中的电流小于，故这次行驶的电流为。 （2）电动机两端电压为 电动机消耗的总电功率为 电动机输出的机械功率为 电动机的效率为 16．如图甲所示，电动势为、内阻为的电源与的定值电阻、滑动变阻器、开关组成串联回路，已知滑动变阻器消耗的功率与其接入电路的有效阻值的关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．电源的电动势，内阻 B．图乙中 C．滑动变阻器的滑片从右到左移动时，上消耗的功率先增大后减小 D．调整滑动变阻器的阻值，可以得到该电源的最大输出功率为 【答案】B 【详解】A．滑动变阻器消耗的功率为 由图乙知，当 滑动变阻器消耗的功率最大，则有 最大功率为 解得，故A错误； B．滑动变阻器的阻值为与阻值为时消耗的功率相等，则有 代入数据解得，故B正确； C．当滑动变阻器向左移动时，电路中电流减小，所以上消耗的功率减小，故C错误； D．当外电路电阻与内阻相等时，电源的输出功率最大；本题中定值电阻的阻值大于内阻的阻值，故滑动变阻器的阻值为0时，电源的输出功率最大，最大功率为，故D错误。 故选B。 学科网（北京）股份有限公司 $