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專題2.5 閉合電路的功率及效率問題
1．電功、電功率、焦耳定律和熱功率
內容
表達式
電功
電路中電場力移動電荷做的功
W＝qU＝UIt
電功率
單位時間內電流做的功，表示電流做功的快慢
P＝＝UI
焦耳
定律
電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電時間成正比
Q＝I2Rt
熱功率
單位時間內的發(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I＝P出＋P內．
(2)純電阻電路：P總＝I2(R＋r)＝.
3．電源內部消耗的功率：P內＝I2r＝U內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．
(2)純電阻電路：P出＝I2R＝＝。
(3)輸出功率隨R的變化關系
①當R＝r時，電源的輸出功率最大為Pm＝.
②當R>r時，隨著R的增大輸出功率越來越小．
③當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。比較供電時電池1和2內部消耗的電功率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和電動機串聯(lián)接到電路中，已知電阻R跟電動機線圈的電阻相等，開關閉合后，電動機正常工作，設電阻R和電動機兩端的電壓分別為U1和U2；經過時間t，電流通過電阻R做功為W1，產生的熱量為Q1；電流通過電動機做功為W2，產生的熱量為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.電源內阻一定等于5 Ω
C.電源電動勢為45 V
D.電阻箱所消耗功率P最大時,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A錯誤;由電源輸出功率最大的條件可知,電源輸出功率最大時,外電路電阻等于電源內阻,所以電源內阻一定等于5 Ω,選項B正確;由電阻箱所消耗功率P最大值為45 W可知,此時電阻箱讀數(shù)為R=5 Ω,電流I==3 A,電源電動勢E=I(R+r)=30 V,選項C錯誤;電阻箱所消耗功率P最大時,電源效率為50%,選項D錯誤。
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狀態(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，某余用電器均不會損壞，則下列說法正確的是( )
A．電流表、電壓表的讀數(shù)均變小
B．電源內阻消耗的功率變大
C．液滴將向上運動
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，電源的電動勢為E，內阻為r.圖乙為電源的輸出功率P與電流表示數(shù)I的關系圖象，其中功率P0分別對應電流I1、I2，外電路電阻R1、R2.下列關系式中正確的是( )
A．I1＋I2> B．I1＋I2＝
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＋I2＝，故A錯誤，B正確；根據電功率表達式得，P0＝IR1＝IR2，且I1＝，I2＝，代入整理得R1R2＝r2，故C、D錯誤．
高考+模擬綜合提升訓練
1．(2016江蘇高考)如圖所示的電路中，電源電動勢為12 V，內阻為2Ω，四個電阻的阻值已在圖中標出。閉合開關S，下列說法正確的有 ( )
A．路端電壓為10 V
B．電源的總功率為10 W
C．a、b間電壓的大小為5 V
D．a、b間用導線連接后，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A錯誤；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線交點的橫縱坐標的乘積，由圖像可知，兩種情況下電源的輸出功率無法確定，選項B錯誤；電源內阻上的功率為Pr=I2r，可知電源接R1時電流小，則電源內阻消耗的功率Pr1η2，選項D錯誤；故選C.
3．（2019屆四川省成都市第七中學高三零診模擬考試）
某同學將一直流電源的總功率PE、輸出功率PR和電源內部的發(fā)熱功率Pr隨電流I變化的圖線畫在了同一坐標系中，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相同的A、B、C三點，這三點的縱坐標一定滿足關系PA=PB+PC
B． b、c線的交點與a、b線的交點的橫坐標之比一定為1:2，縱坐標之比一定為1:4
C． 電源的最大輸出功率Pm=9W
D． 電源的電動勢E=9V，內電阻r=3Ω
【答案】AB
內電阻，所以此時的電流的大小為，功率的大小為，所以橫坐標之比為1：2，縱坐標之比為1：4，故B正確。圖線c表示電源的輸出功率與電流的關系圖象，很顯然，最大輸出功率小于3W，故C錯誤；當I=3A時，，說明外電路短路，根據知電源的電動勢E=3V，內電阻，故D錯誤；故選AB。
4．（2018江蘇省蘇州市高三一模）
硅光電池是一種太陽能電池，具有低碳環(huán)保的優(yōu)點．如圖所示，圖線a是該電池在某光照強度下路端電壓U和電流I變化的關系圖象(電池電動勢不變，內阻不是定值)，圖線b是某電阻R的UI圖象．在該光照強度下將它們組成閉合回路時，下列說法中正確的是( )
A． 硅光電池的內阻為8Ω
B． 硅光電池的總功率為0.4W
C． 硅光電池的內阻消耗的熱功率為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勢為3.6V，由可知內電壓為1.6V，硅光電池的內阻為，故A正確；
B、硅光電池的總功率為，故B錯誤；
C、硅光電池的內阻消耗的熱功率為，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錯誤；
故選AC。
5．（2018河南省洛陽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，電源電動勢E、內阻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，下列說法中正確的是
A． 要使路端電壓最大，則應該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普通高等學校高三招生全國統(tǒng)一考試模擬試題（一））
如圖甲所示，電動勢為E、內阻為r的電源與R=6 Ω的定值電阻、滑動變阻器RP、開關S組成串聯(lián)回路，已知滑動變阻器消耗的功率P與其接入電路的有效阻值RP的關系如圖乙所示。下列說法正確的是 ( )
A． 電源的電動勢E=V，內阻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． 調整滑動變阻器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RP=R+r=10Ω時，滑動變阻器消耗的功率最大，R=6Ω，可得內阻r=4Ω，最大功率,解得E=4V，選項A錯誤；滑動變阻器的阻值為4Ω時消耗的功率與阻值Rx時消耗的功率相等，有4Rx=(R+r)2，解得Rx=25Ω，選項B正確；當回路的電流最大時，定值電阻R消耗的功率最大，故最大功率為，選項C正確；當外電路電阻與內阻相等時，電源輸出功率最大，本題中定值電阻R的阻值已經大于內阻的阻值，故滑動變阻器RP的阻值為零時，電源的輸出功率最大，最大功率為，選項D錯誤；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為該電源內部熱功率 Pr隨電流 I變化的圖線，則根據圖線可知下列說法正 確的是
A． 電源電動勢為 6 V
B． 電源內阻為 1.5 Ω
C． 當電路中電流為 1 A 時，外電路的電阻為 1 Ω
D． 在 O→C過程中，電源輸出功率一直增大
【答案】B
C. 當電路中電流為1A時，根據閉合電路歐姆定律，有：I= ，代入數(shù)據，有：1= ，解得：R=1.5Ω，故C錯誤；
D. 在O→C過程中，電源的總功率變大，而內部功率也增大,而P出=P總?P內，故從圖看出，電源輸出功率先增加后減小，故D錯誤；
故選：B
8．（2018浙江省杭州市高考命題預測卷(4)）
鋰電池因能量密度高、綠色環(huán)保而廣泛使用在手機等電子產品中。現(xiàn)用充電器為一手機鋰電池充電，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，手機電池的內阻為r，下列說法正確的是( )
A． 電能轉化為化學能的功率為UI
B． 充電器輸出的電功率為UI＋I2r
C． 電池產生的熱功率為I2r
D． 充電器的充電效率為Ir/U100%
【答案】C
【解析】C、根據熱功率公式可得,電池產生的熱功率為，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錯誤；
A、電能轉化為化學能和熱能，根據能量守恒定律，有，故，故A錯誤；
D、充電器的充電效率為，故D錯誤；
故選C。
9．（2018北京市昌平區(qū)高三二模）
電池對用電器供電時，是其它形式能（如化學能）轉化為電能的過程；對充電電池充電時，可看做是這一過程的逆過程?，F(xiàn)用充電器為一手機鋰電池充電，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，手機電池的電動勢為E，內阻為r。下列說法正確的是
A． 充電器的輸出電功率為
B． 電能轉化為化學能的功率為
C． 電能轉化為化學能的功率為
D． 充電效率為％
【答案】C
10．（2018重慶江津長壽巴縣等七校高三上第15周聯(lián)考）
如圖所示，電源電動勢為E，內阻為r。當滑動變阻器的滑片P從左端滑到右端時，理想電壓表V1、V2示數(shù)變化的絕對值分別為△U1和△U2，干路電流為I，下列說法中正確的是(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、當滑動變阻器的觸片P從左端滑到右端時，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。總電流減小，而的電流增大，則的電流減小，則變暗，故A錯誤；
B、由得： ，不變，故B錯誤；
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、利用結論當外電阻等于內阻時，電源的輸出功率最大，當滑片右移動時，總電阻增大，但無法判斷外電阻與內阻的關系，所以電源的輸出功率無法判斷，故D錯誤。
11．（2018安徽省合肥八中高三上綜合模擬檢測卷）
將一電源與一電阻箱連接成閉合回路，測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． 電源內阻一定等于5Ω
C． 電源電動勢為45V
D． 電阻箱所消耗功率P最大時，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，此時電阻箱讀數(shù)為R=5Ω， ,解得：E=30V，故C錯誤；
D.電阻箱所消耗功率P最大時，電源效率為50%，選項D錯誤。
故選B。
12．（2018河南省鄭州外國語學校高三上第六次調研考試）
在如圖所示的電路中，E為電源電動勢，r為電源內阻，R1和R3均為定值電阻，R2為滑動變阻器．當 R2的滑動觸頭在a端時合上開關S，三個電表A1、A2和V的示數(shù)分別用I1，I2和U表示．現(xiàn)將R2的滑動觸點向b端移動，則三個電表示數(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】將的滑動觸點向b端移動時，減小，整個電路的總電阻減小，總電流I增大，電源的內電壓增大，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，通過的電流減小，而總電流I增大，則流過的電流增大，故A錯誤；根據，得，故電壓表的變化量與總電流變化量的比值為電源內阻，保持不變，故B錯誤；根據，總電流I增大，故電源的總功率增大，電源內部損耗的功率也增大，故C正確；由于不知道電源的內外電阻關系，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，下列說法中正確的為（ ?。?
A． 電源的電動勢為3 V，其輸出功率為2 W，其效率為67%
B． 電源的電動勢為3 V，其輸出功率為4 W，其效率為33.3%
C． 電源的內阻為0.5 Ω，其輸出功率為2 W，其效率為67%
D． 電源的內阻為0.5 Ω，其輸出功率為4 W，其效率為67%
【答案】D
兩圖線的交點表示該電源與電阻串聯(lián)時的工作，此時電路中電流為，電壓為，輸出功率為
電源的效率，故ABC錯誤，D正確。
2019屆高考物理一輪復習 熱點題型 專題2.5 閉合電路的功率及效率問題學案.doc
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