1、专题强化练6闭合电路的功率及效率问题一、选择题1.(2022山东师范大学附中月考)将三个阻值均为R的定值电阻分别与电动势相同且内阻分别为r1、r2、r3的电源A、B、C连接,电阻之间的关系为R=r1r2r3,则下列说法正确的是()A.电源A的内阻消耗功率最大B.电源C的内阻消耗功率最大C.电源A的输出功率最大D.电源C的输出功率最小2.(2022福建泉州科技中学月考)如图所示的U-I图像中,直线为某电源的路端电压与电流的关系图线,直线为电阻R的U-I图线,用该电源直接与电阻R连接成闭合电路,由图像可知()A.电源的内阻为0.5 B.电源的总功率为1.5 WC.电源的输出功率为3.0 WD.电源
2、内部消耗功率为1.5 W3.(2022江苏盐城响水中学调研)电源的效率定义为外电路消耗的功率与电源的总功率之比。如图所示,直线A、B和C分别是电源a、电源b和电阻R的U-I图线。将这个电阻R分别接到a、b两电源上,那么()A.R接到电源a上,电路中的电流较小B.R接到电源b上,电源的输出功率较大C.R接到电源a上,电源的输出功率较大,电源效率较高D.电源a、b电动势一样大,b内阻较小4.(2022山东学情联考)(多选)如图所示,R=3 ,R0为最大阻值是5 的滑动变阻器,E为电源电动势,电源内阻r=1 ,下列说法正确的是()A.R0=4 时,电源的输出功率最大B.R0=4 时,R0消耗的功率最
3、大C.R0=0时,电源的效率最高D.R0=5 时,电源的输出功率最小5.(2020湖北荆州中学月考)如图所示,电源电动势E=6 V,内阻r=1 ,定值电阻R=R1=1 ,滑动变阻器R2的最大阻值为3 。若闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从右向左滑动,已知两电表均为理想电表,则下列说法正确的是()A.电压表示数增大,电流表示数增大B.定值电阻R上消耗的功率增大,最大值为2254 WC.电源输出功率先变小后变大,电源效率一定增大D.滑动变阻器R2消耗的功率先变大后变小6.(2022江苏苏州木渎高级中学月考)(多选)如图甲所示的电路中,定值电阻R=60 ,电源电动势E=100 V,内阻r=10 。如
4、图乙所示,曲线为灯泡L的伏安特性曲线,直线为电流与路端电压的关系图线,以下说法正确的是()甲乙A.开关S闭合后灯泡的亮度增强B.开关S闭合后电源的总功率会变大C.开关S断开时小灯泡消耗的功率为240 WD.开关S断开时电源的效率为60%7.(2022重庆沙坪坝八中月考)(多选)某同学将一直流电源的总功率、输出功率和电源内部的发热功率随电流I变化的图线画在同一坐标系内,如图所示,根据图线可知()A.反映电源内部的发热功率变化的图线是cB.电源电动势为8 VC.电源内阻为1 D.当电流为0.5 A时,外电路的电阻为6 8.(2022河南信阳中学月考)如图甲所示的电路,其中电源电动势E=6 V,内阻
5、r=2 ,定值电阻R=4 ,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。则下列说法中正确的是()甲乙A.图乙中滑动变阻器的最大功率P2=2 WB.图乙中R1=6 ,R2=12 C.滑动变阻器消耗的功率P最大时,定值电阻R消耗的功率也最大D.调整滑动变阻器的阻值,可以使电源的输出电流达到2 A二、非选择题9.(2022山东烟台招远二中月考)在如图所示的电路中,电压表和电流表均为理想电表,R2、R3均为定值电阻,且R2=216 ,R3阻值未知,R1是一滑动变阻器。闭合开关,当滑动变阻器滑片在最左端a时,电压表和电流表示数分别为8 V、0.1 A;当滑片在最右端b时,电压表
6、和电流表示数分别为4 V、0.5 A。求:(1)电源的电动势和内阻;(2)定值电阻R3的阻值和滑动变阻器的最大阻值;(3)电源的最大输出功率。答案全解全析专题强化练6闭合电路的功率及效率问题1.A根据闭合电路的欧姆定律有E=Ir+IR,则电源内阻消耗的功率为P=I2r=ER+r2r=E2(R-r)2r+4R,则当r=R时,P最大,则知电源A的内阻消耗的功率最大,选项A正确,B错误;电源的输出功率P出=I2R,由于C电源的内阻最小,电路中电流最大,电源的输出功率最大,选项C、D错误。2.D由图线可知,电源电动势E=3.0 V,短路电流I短=2.0 A,则电源内阻为r=EI短=1.5 ,选项A错误
7、;由两图线的交点坐标,可得路端电压U=1.5 V,干路电流I=1.0 A,电源的总功率P总=EI=3.0 W,输出功率为P=UI=1.5 W,选项B、C错误;电源内部消耗功率为P内=I2r=1.5 W,选项D正确。3.C当电源与电阻直接相连时,电源和电阻的U-I图线交点表示电阻的工作状态,其横坐标表示电路中的电流,故R接到电源a上,电路中的电流较大,选项A错误。由P=UI可知,电源和电阻的U-I图线交点横、纵坐标乘积即电源的输出功率,由图可知R接到电源a上,电源的输出功率较大;电源的效率可表示为=P出P总100%=UE100%,由图可知,两电源的电动势相等,当R接到电源a上时,路端电压U较大,
8、电源效率较高,选项B错误,C正确。电源U-I图线的斜率大小表示内阻,b内阻较大,选项D错误。4.BD当外电阻等于电源内阻时,电源的输出功率最大,由于Rr,所以R0=0时,电源的输出功率最大,外电阻与电源内阻相差越大,电源的输出功率越小,当R0=5 时,电源的输出功率最小,选项A错误,D正确;将R等效到电源内部,R0消耗的功率等于等效电源的输出功率,当R0=R+r=4 时,等效电源的输出功率最大,即R0消耗的功率最大,选项B正确;电源的效率=UIEI=UE,当R0=5 时,外电阻最大,路端电压最大,电源的效率最高,选项C错误。5.D若闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从右向左滑动,滑动变阻器接入电
9、路的阻值增大,电路总电阻增大,干路电流减小,内电压减小,路端电压增大,电压表测路端电压,电压表示数增大,因总电流减小,且通过R的电流增大,所以电流表示数减小,A错误;当滑动变阻器接入电路的阻值最大时,路端电压最大,定值电阻R上消耗的功率最大,此时外电阻R外=R(R1+R2)R+R1+R2=0.8 ,路端电压U=ER外r+R外=83 V,所以定值电阻R消耗的功率PR=U2R=649 W,B错误;电源的内阻和外电路电阻相等时,电源的输出功率最大,当滑片P从右向左滑动时,外电路的电阻从0.5 增大到0.8 ,而电源的内阻为r=1 ,所以电源的输出功率一直变大,电源的效率=IUIE=UE=R外R外+r
10、=11+rR外,故电源的效率一定增大,C错误;设R2中的电流为I1,R中的电流为I2,则I1(R1+R2)=I2R,E=(I1+I2)r+I1(R1+R2),P2=I12R2,联立得P2=ERr+R1rRr+R+R1+R22R2,由此可知,可将电源(E,r)与R看成内阻为r=rRr+R,电动势E=ERr+R的新电源,滑片P从右向左滑动,当R2=r+R1=1.5 时,滑动变阻器消耗的功率达到最大值,则滑动变阻器消耗的功率先变大后变小,D正确。知识拓展功率的最值问题(1)定值电阻的功率:P定=I2RR为定值电阻,P定只与电流有关系,当R外最大时,I最小,P定最小;当R外最小时,I最大,P定最大。(
11、2)电源的输出功率:当R外=r时,P出最大,Pm=E24r。(3)变化电阻的功率的最大值利用等效思想,把除变化电阻之外的定值电阻等效成电源的内阻r,则变化电阻的功率即等效以后的电源的输出功率,即当R变=r时,P变有最大值。6.BC开关S闭合后总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律可得总电流增大,电源的总功率会变大,根据U=E-Ir可知路端电压减小,即灯泡两端电压减小,根据P=UI,由题图乙中灯泡的伏安特性曲线可知灯泡的功率减小,所以灯泡的亮度变暗,A错误,B正确;开关S断开时小灯泡消耗的功率为PL=ULIL=406 W=240 W,C正确;开关S断开时,根据图乙可知灯泡两端的电压为UL=40 V,电
12、源的效率为=ULILEIL100%=40%,D错误。7.AD电源内部的发热功率Pr=I2r,Pr-I图线是抛物线,且开口向上,则反映Pr变化的图线是c,选项A正确;电源的总功率PE=EI,则图线a表示PE-I关系,斜率等于电源电动势E,则有E=82 V=4 V,选项B错误;图中I=2 A时,Pr与PE相等,有8 W=(2 A)2r,得到r=2 ,选项C错误;当电流为0.5 A时,根据闭合电路欧姆定律得I=ER+r,解得R=6 ,选项D正确。8.B把定值电阻等效到电源内部,结合图乙可知,当RP=R1=R+r=6 时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率P2=E24(R+r)=1.5 W,选项A错误
13、;滑动变阻器接入电路的阻值为3 、R2时消耗的功率相等,有E3+R+r23 =ER2+R+r2R2,解得R2=12 ,选项B正确;当回路中电流最大时,即RP=0时定值电阻R消耗的功率最大,选项C错误;当RP=0时,电路中电流最大,最大值为Im=ER+r=64+2 A=1 A,则调整滑动变阻器的阻值,不可能使电源的输出电流达到2 A,选项D错误。9.答案(1)9 V10 (2)8 108 (3)2.025 W解析(1)由闭合电路欧姆定律可知Ua=E-IarUb=E-Ibr联立解得E=9 Vr=10 (2)当滑动变阻器滑片滑到最右端时,满足R3=UbIb=8 当滑动变阻器滑片滑到最左端时,满足Ua=IaR3+U并U并R1max+U并R2=Ia联立解得R1max=108 (3)外电阻的范围为80 R外8 ,而内阻r=10 ,当R外=r=10 时,电源的输出功率最大,P出max=E24r=2.025 W
