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專題2.5 閉合電路的功率及效率問(wèn)題
1．電功、電功率、焦耳定律和熱功率
內(nèi)容
表達(dá)式
電功
電路中電場(chǎng)力移動(dòng)電荷做的功
W＝qU＝UIt
電功率
單位時(shí)間內(nèi)電流做的功，表示電流做功的快慢
P＝＝UI
焦耳
定律
電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比
Q＝I2Rt
熱功率
單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量
P＝＝I2R
2．電源的總功率
(1)任意電路：P總＝EI＝U外I＋U內(nèi)I＝P出＋P內(nèi)．
(2)純電阻電路：P總＝I2(R＋r)＝.
3．電源內(nèi)部消耗的功率：P內(nèi)＝I2r＝U內(nèi)I＝P總－P出．
4．電源的輸出功率
(1)任意電路：P出＝UI＝EI－I2r＝P總－P內(nèi)．
(2)純電阻電路：P出＝I2R＝＝。
(3)輸出功率隨R的變化關(guān)系
①當(dāng)R＝r時(shí)，電源的輸出功率最大為Pm＝.
②當(dāng)R>r時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來(lái)越?。?
③當(dāng)R
E2，它們分別向同一電阻R供電，電阻R消耗的電功率相同。比較供電時(shí)電池1和2內(nèi)部消耗的電功率P1和P2及電池的效率η1和η2的大小，則有( )
A．P1>P2，η1>η2 B．P1>P2，η1<η2
C．P1η2 D．P1E2，則r1>r2，所以P1>P2，而η＝＝，所以η與E成反比，故η1<η2，故B正確。
3.如圖所示，電阻R和電動(dòng)機(jī)串聯(lián)接到電路中，已知電阻R跟電動(dòng)機(jī)線圈的電阻相等，開關(guān)閉合后，電動(dòng)機(jī)正常工作，設(shè)電阻R和電動(dòng)機(jī)兩端的電壓分別為U1和U2；經(jīng)過(guò)時(shí)間t，電流通過(guò)電阻R做功為W1，產(chǎn)生的熱量為Q1；電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)做功為W2，產(chǎn)生的熱量為Q2，則有( )
A．U1＝U2，Q1U2，Q1＝Q2
【答案】B
4. 將一電源與一電阻箱連接成閉合回路,測(cè)得電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線如圖所示,由此可知( )
A.電源最大輸出功率可能大于45 W
B.電源內(nèi)阻一定等于5 Ω
C.電源電動(dòng)勢(shì)為45 V
D.電阻箱所消耗功率P最大時(shí),電源效率大于50%
【答案】B
【解析】由電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線可知,電阻箱所消耗功率P最大為45 W,所以電源最大輸出功率為45 W,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由電源輸出功率最大的條件可知,電源輸出功率最大時(shí),外電路電阻等于電源內(nèi)阻,所以電源內(nèi)阻一定等于5 Ω,選項(xiàng)B正確;由電阻箱所消耗功率P最大值為45 W可知,此時(shí)電阻箱讀數(shù)為R=5 Ω,電流I==3 A,電源電動(dòng)勢(shì)E=I(R+r)=30 V,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電阻箱所消耗功率P最大時(shí),電源效率為50%,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
5．如圖所示的電路中，兩平行金屬板之間的帶電液滴處于靜止?fàn)顟B(tài)，電流表和電壓表均為理想電表，由于某種原因燈泡L的燈絲突然燒斷，某余用電器均不會(huì)損壞，則下列說(shuō)法正確的是( )
A．電流表、電壓表的讀數(shù)均變小
B．電源內(nèi)阻消耗的功率變大
C．液滴將向上運(yùn)動(dòng)
D．電源的輸出功率變大
【答案】C
6．如圖甲所示，R為電阻箱，為理想電流表，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r.圖乙為電源的輸出功率P與電流表示數(shù)I的關(guān)系圖象，其中功率P0分別對(duì)應(yīng)電流I1、I2，外電路電阻R1、R2.下列關(guān)系式中正確的是( )
A．I1＋I(xiàn)2> B．I1＋I(xiàn)2＝
C.> D．<
【答案】B
【解析】由閉合電路歐姆定律得，U＝E－Ir，輸出功率為P＝UI＝EI－I2r，故有EI1－Ir＝EI2－Ir，整理得I1＋I(xiàn)2＝，故A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)電功率表達(dá)式得，P0＝IR1＝IR2，且I1＝，I2＝，代入整理得R1R2＝r2，故C、D錯(cuò)誤．
高考+模擬綜合提升訓(xùn)練
1．(2016江蘇高考)如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為12 V，內(nèi)阻為2Ω，四個(gè)電阻的阻值已在圖中標(biāo)出。閉合開關(guān)S，下列說(shuō)法正確的有 ( )
A．路端電壓為10 V
B．電源的總功率為10 W
C．a(chǎn)、b間電壓的大小為5 V
D．a(chǎn)、b間用導(dǎo)線連接后，電路的總電流為1 A
【答案】AC
2．（2019屆四川省成都市高中畢業(yè)班摸底測(cè)試）
如圖，直線A為電源的U－I圖線，直線B和C分別為電阻R1、R2的U－I圖線?，F(xiàn)用該電源分別與R1、R2組成閉合電路甲和乙。由圖像一定能確定的是
A． 電阻R1R2，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電源的輸出功率等于電阻R上消耗的功率，大小等于電源的U-I線與電阻的U-I線交點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)的乘積，由圖像可知，兩種情況下電源的輸出功率無(wú)法確定，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電源內(nèi)阻上的功率為Pr=I2r，可知電源接R1時(shí)電流小，則電源內(nèi)阻消耗的功率Pr1η2，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選C.
3．（2019屆四川省成都市第七中學(xué)高三零診模擬考試）
某同學(xué)將一直流電源的總功率PE、輸出功率PR和電源內(nèi)部的發(fā)熱功率Pr隨電流I變化的圖線畫在了同一坐標(biāo)系中，如圖中的a、b、c所示。則判斷正確的是（ ）
A． 在a、b、c三條圖線上分別取橫坐標(biāo)相同的A、B、C三點(diǎn)，這三點(diǎn)的縱坐標(biāo)一定滿足關(guān)系PA=PB+PC
B． b、c線的交點(diǎn)與a、b線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)之比一定為1:2，縱坐標(biāo)之比一定為1:4
C． 電源的最大輸出功率Pm=9W
D． 電源的電動(dòng)勢(shì)E=9V，內(nèi)電阻r=3Ω
【答案】AB
內(nèi)電阻，所以此時(shí)的電流的大小為，功率的大小為，所以橫坐標(biāo)之比為1：2，縱坐標(biāo)之比為1：4，故B正確。圖線c表示電源的輸出功率與電流的關(guān)系圖象，很顯然，最大輸出功率小于3W，故C錯(cuò)誤；當(dāng)I=3A時(shí)，，說(shuō)明外電路短路，根據(jù)知電源的電動(dòng)勢(shì)E=3V，內(nèi)電阻，故D錯(cuò)誤；故選AB。
4．（2018江蘇省蘇州市高三一模）
硅光電池是一種太陽(yáng)能電池，具有低碳環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)．如圖所示，圖線a是該電池在某光照強(qiáng)度下路端電壓U和電流I變化的關(guān)系圖象(電池電動(dòng)勢(shì)不變，內(nèi)阻不是定值)，圖線b是某電阻R的UI圖象．在該光照強(qiáng)度下將它們組成閉合回路時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是( )
A． 硅光電池的內(nèi)阻為8Ω
B． 硅光電池的總功率為0.4W
C． 硅光電池的內(nèi)阻消耗的熱功率為0.32W
D． 若將R換成阻值更大的電阻，硅光電池的輸出功率增大
【答案】AC
【解析】A、由圖可知該電池的電源電動(dòng)勢(shì)為3.6V，由可知內(nèi)電壓為1.6V，硅光電池的內(nèi)阻為，故A正確；
B、硅光電池的總功率為，故B錯(cuò)誤；
C、硅光電池的內(nèi)阻消耗的熱功率為，故C正確；
D、若將R換成阻值更大的電阻，電路中電阻兩端的電壓變大，但電流變小，硅光電池的輸出功率不一定增大，故D錯(cuò)誤；
故選AC。
5．（2018河南省洛陽(yáng)市高三下尖子生第二次聯(lián)考）
在如圖所示的電路中，①、②、③處可以接小燈泡、電流表或電壓表(均為理想電表)三種元器件，電源電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)阻r均保持不變，定值電阻R1︰R2︰R3︰R4=4︰3︰2︰1，小燈泡電阻RL=R1，R1>r，電路中有電流通過(guò)，下列說(shuō)法中正確的是
A． 要使路端電壓最大，則應(yīng)該①接小燈泡，②接電壓表，③接電流表
B． 要使電源輸出功率最大，則應(yīng)該①接電流表，②接小燈泡，③接電壓表
C． 要使電源總功率最大，則應(yīng)該①接電流表，②接電壓表，③接小燈泡
D． 要使閉合電路中電源效率最高，則應(yīng)該①接小燈泡，②接電流表，③接電壓表
【答案】CD
比較大，所以要接電流表，2接小燈的話，3接電壓表開路，則小燈和R3并聯(lián)再與R4串聯(lián)再與R2并聯(lián)，最后于R1串聯(lián)，最后計(jì)算外阻為（4+）R4，3接小燈，2接電壓表開路，則R3R4串聯(lián)，與RL、R2并聯(lián)最后與R1串聯(lián)，最后計(jì)算外阻為（4+）R4最小。故C正確。要是電源效率最高，則電路不能是斷路，同時(shí)外阻越大越好，這樣1要接小燈，如果3接電流表，則R2、R3、R4被短接，R外=RL+R1=2R1=8R4，如果②接電流表，則R3短接，R4與R2并聯(lián)， ，為最大。故D正確。故選CD。
6．（2018普通高等學(xué)校高三招生全國(guó)統(tǒng)一考試模擬試題（一））
如圖甲所示，電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電源與R=6 Ω的定值電阻、滑動(dòng)變阻器RP、開關(guān)S組成串聯(lián)回路，已知滑動(dòng)變阻器消耗的功率P與其接入電路的有效阻值RP的關(guān)系如圖乙所示。下列說(shuō)法正確的是 ( )
A． 電源的電動(dòng)勢(shì)E=V，內(nèi)阻r=4Ω
B． 圖乙中Rx=25Ω
C． 定值電阻R消耗的最大功率為0.96W
D． 調(diào)整滑動(dòng)變阻器RP的阻值可以得到該電源的最大輸出功率為1W
【答案】BC
【解析】當(dāng)RP=R+r=10Ω時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大，R=6Ω，可得內(nèi)阻r=4Ω，最大功率,解得E=4V，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；滑動(dòng)變阻器的阻值為4Ω時(shí)消耗的功率與阻值Rx時(shí)消耗的功率相等，有4Rx=(R+r)2，解得Rx=25Ω，選項(xiàng)B正確；當(dāng)回路的電流最大時(shí)，定值電阻R消耗的功率最大，故最大功率為，選項(xiàng)C正確；當(dāng)外電路電阻與內(nèi)阻相等時(shí)，電源輸出功率最大，本題中定值電阻R的阻值已經(jīng)大于內(nèi)阻的阻值，故滑動(dòng)變阻器RP的阻值為零時(shí)，電源的輸出功率最大，最大功率為，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選BC.
7．（2018浙江省寧波市六校高二下期末聯(lián)考）
如圖所示，直線 OA C為某一直流電源的總功率 P總隨電流 I變化的圖線，拋物線 OBC為該電源內(nèi)部熱功率 Pr隨電流 I變化的圖線，則根據(jù)圖線可知下列說(shuō)法正 確的是
A． 電源電動(dòng)勢(shì)為 6 V
B． 電源內(nèi)阻為 1.5 Ω
C． 當(dāng)電路中電流為 1 A 時(shí)，外電路的電阻為 1 Ω
D． 在 O→C過(guò)程中，電源輸出功率一直增大
【答案】B
C. 當(dāng)電路中電流為1A時(shí)，根據(jù)閉合電路歐姆定律，有：I= ，代入數(shù)據(jù)，有：1= ，解得：R=1.5Ω，故C錯(cuò)誤；
D. 在O→C過(guò)程中，電源的總功率變大，而內(nèi)部功率也增大,而P出=P總?P內(nèi)，故從圖看出，電源輸出功率先增加后減小，故D錯(cuò)誤；
故選：B
8．（2018浙江省杭州市高考命題預(yù)測(cè)卷(4)）
鋰電池因能量密度高、綠色環(huán)保而廣泛使用在手機(jī)等電子產(chǎn)品中?，F(xiàn)用充電器為一手機(jī)鋰電池充電，等效電路如圖所示，充電器電源的輸出電壓為U，輸出電流為I，手機(jī)電池的內(nèi)阻為r，下列說(shuō)法正確的是( )
A． 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為UI
B． 充電器輸出的電功率為UI＋I(xiàn)2r
C． 電池產(chǎn)生的熱功率為I2r
D． 充電器的充電效率為Ir/U100%
【答案】C
【解析】C、根據(jù)熱功率公式可得,電池產(chǎn)生的熱功率為，故C正確；
B、由P=UI可知,充電器輸出的電功率為P總=UI，故B錯(cuò)誤；
A、電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和熱能，根據(jù)能量守恒定律，有，故，故A錯(cuò)誤；
D、充電器的充電效率為，故D錯(cuò)誤；
故選C。
9．（2018北京市昌平區(qū)高三二模）
電池對(duì)用電器供電時(shí)，是其它形式能（如化學(xué)能）轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程；對(duì)充電電池充電時(shí)，可看做是這一過(guò)程的逆過(guò)程?，F(xiàn)用充電器為一手機(jī)鋰電池充電，等效電路如圖所示。已知充電器電源的輸出電壓為U，輸出電流為I，手機(jī)電池的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r。下列說(shuō)法正確的是
A． 充電器的輸出電功率為
B． 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為
C． 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為
D． 充電效率為％
【答案】C
10．（2018重慶江津長(zhǎng)壽巴縣等七校高三上第15周聯(lián)考）
如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P從左端滑到右端時(shí)，理想電壓表V1、V2示數(shù)變化的絕對(duì)值分別為△U1和△U2，干路電流為I，下列說(shuō)法中正確的是(燈泡電阻不變) （ ）
A． 小燈泡L1、L3變暗，L2變亮
B． △U1與△I的比值變大
C． △U1大于△U2
D． 電源的輸出功率一定減小
【答案】C
【解析】A、當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸片P從左端滑到右端時(shí)，變阻器接入電路的電阻增大，外電路總電阻增大，總電流減小，路端電壓增大，則變暗。
變阻器的電阻增大，并聯(lián)部分的電阻增大，則并聯(lián)部分的電壓增大，則變亮?？傠娏鳒p小，而的電流增大，則的電流減小，則變暗，故A錯(cuò)誤；
B、由得： ，不變，故B錯(cuò)誤；
C、由上分析可知，電壓表的示數(shù)增大，電壓表的示數(shù)減小，由于路端電壓增大，即兩電壓表示數(shù)之和增大，所以，故C正確；
D、利用結(jié)論當(dāng)外電阻等于內(nèi)阻時(shí)，電源的輸出功率最大，當(dāng)滑片右移動(dòng)時(shí)，總電阻增大，但無(wú)法判斷外電阻與內(nèi)阻的關(guān)系，所以電源的輸出功率無(wú)法判斷，故D錯(cuò)誤。
11．（2018安徽省合肥八中高三上綜合模擬檢測(cè)卷）
將一電源與一電阻箱連接成閉合回路，測(cè)得電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線如圖所示，由此可知( )
A． 電源最大輸出功率可能大于45W
B． 電源內(nèi)阻一定等于5Ω
C． 電源電動(dòng)勢(shì)為45V
D． 電阻箱所消耗功率P最大時(shí)，電源效率大于50%
【答案】B
C.由電阻箱所消耗功率P最大值為45W可知，此時(shí)電阻箱讀數(shù)為R=5Ω， ,解得：E=30V，故C錯(cuò)誤；
D.電阻箱所消耗功率P最大時(shí)，電源效率為50%，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
故選B。
12．（2018河南省鄭州外國(guó)語(yǔ)學(xué)校高三上第六次調(diào)研考試）
在如圖所示的電路中，E為電源電動(dòng)勢(shì)，r為電源內(nèi)阻，R1和R3均為定值電阻，R2為滑動(dòng)變阻器．當(dāng) R2的滑動(dòng)觸頭在a端時(shí)合上開關(guān)S，三個(gè)電表A1、A2和V的示數(shù)分別用I1，I2和U表示．現(xiàn)將R2的滑動(dòng)觸點(diǎn)向b端移動(dòng)，則三個(gè)電表示數(shù)的變化情況是（ ）
A． I1減小，I2不變，U減小
B． 電壓表的變化量與總電流變化量的比值變小
C． 電源的總功率增大，電源內(nèi)部損耗的功率也增大
D． 電源的輸出功率減少，效率也降低
【答案】C
【解析】將的滑動(dòng)觸點(diǎn)向b端移動(dòng)時(shí)，減小，整個(gè)電路的總電阻減小，總電流I增大，電源的內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，即電壓表示數(shù)U減小，電壓增大，故、并聯(lián)電壓減小，通過(guò)的電流減小，而總電流I增大，則流過(guò)的電流增大，故A錯(cuò)誤；根據(jù)，得，故電壓表的變化量與總電流變化量的比值為電源內(nèi)阻，保持不變，故B錯(cuò)誤；根據(jù)，總電流I增大，故電源的總功率增大，電源內(nèi)部損耗的功率也增大，故C正確；由于不知道電源的內(nèi)外電阻關(guān)系，所以不能確定電源的輸出功率如何變化；電源的效率，因路端電壓U減小，故電源的效率降低，故D錯(cuò)誤；故選C.
13．（2018玉溪市江川一中高二下3月月考）
如圖所示，直線a為電源的U－I圖線，直線b為電阻R的U－I圖線，用該電源和該電阻組成閉合電路時(shí)，下列說(shuō)法中正確的為（ ?。?
A． 電源的電動(dòng)勢(shì)為3 V，其輸出功率為2 W，其效率為67%
B． 電源的電動(dòng)勢(shì)為3 V，其輸出功率為4 W，其效率為33.3%
C． 電源的內(nèi)阻為0.5 Ω，其輸出功率為2 W，其效率為67%
D． 電源的內(nèi)阻為0.5 Ω，其輸出功率為4 W，其效率為67%
【答案】D
兩圖線的交點(diǎn)表示該電源與電阻串聯(lián)時(shí)的工作，此時(shí)電路中電流為，電壓為，輸出功率為
電源的效率，故ABC錯(cuò)誤，D正確。
2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 熱點(diǎn)題型 專題2.5 閉合電路的功率及效率問(wèn)題學(xué)案.doc
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