2021学年第四章 闭合电路本章综合与测试课后测评

第四章　闭合电路

专题强化练5　闭合电路中的功率、效率问题

一、选择题

1.(2021辽宁协作校高二上联考,)(多选)在图示电路中,M为滑动变阻器的滑片,电流表与电压表均为理想电表。现闭合开关S,将M向左移动,下列说法正确的是              (　　)

A.电流表的示数变小

B.电压表的示数变小

C.当M移到左端时,电源内部消耗的电功率最小

D.当M移到左端时,电源的效率最低

2.(2021天津一中高二上期中,)(多选)如图所示,已知R1=R4=r=1 Ω,R2=6 Ω,R3的最大阻值为6 Ω。在滑动变阻器R3的滑片K由最下端向最上端滑动过程中,下列说法正确的是              (　　)

A.定值电阻R4的功率减小

B.电源的输出功率增大

C.电源的总功率减小

D.M、N之间并联部分的功率先增大后减小

3.(2021辽宁抚顺高二上月考,)如图所示,直线A、B分别为电源a、b的路端电压与电流的关系图线,设两个电源的内阻分别为ra和rb,若将一定值电阻R0分别接到a、b两电源上,通过R0的电流分别为Ia和Ib,则下列说法错误的是              (　　)

A.ra>rb

B.Ia>Ib

C.R0接到a电源上,电源的输出功率较大,但电源的效率较低

D.R0接到b电源上,电源的输出功率较小,电源的效率较低

4.(2021甘肃天水高二上期中,)如图所示,U-I图线上,a、b、c各点分别表示该电路中一个确定的工作状态,b点时α=β,则关于a、b、c三点,下列说法中正确的是(　　)

A.在c点时,电源有最大输出功率

B.在b点时,电源的总功率最大

C.从a到b时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将增大

D.从b到c时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将减小

5.(2021吉林第五十五中学高二上期中,)(多选)如图所示,a、b分别表示一个电池组和一只电阻的伏安特性曲线。以下说法正确的是              (　　)

A.电阻的阻值为0.33 Ω

B.电池组的内阻是1 Ω

C.将该电阻接在该电池组两端,电池组的输出功率是3 W

D.改变外电阻的阻值时,该电池组的最大输出功率是4 W

6.(2021黑龙江鹤岗一中高二上期中,)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源的发热功率Pr随电流变化的图线画在了同一坐标系中,如图中的a、b、c所示。下列判断正确的是              (　　)

A.直线a表示电源的输出功率

B.曲线b表示电源的输出功率

C.电源的最大输出功率Pm=2.25 W

D.电源的电动势E=9 V,内电阻r=1 Ω

7.(2021湖南长郡中学高二上月考,)如图甲所示,电阻R1的阻值为0.25R0,灯泡L的电阻值恒为1.5R0,R2是热敏电阻,其阻值随温度变化的关系如图乙所示。已知电流表为理想电表,电源的内阻r=R0。则下列说法中正确的是              (　　)

甲

乙

A.当温度升高时,电流表的示数减小,R1两端的电压减小

B.当温度降低时,灯泡L的亮度变暗

C.在0~60 ℃范围内,当温度为0 ℃时,灯泡L和R2的总功率最大

D.在0~60 ℃范围内,当温度为60 ℃时,电源的输出功率最大

8.(2021天津高二上月考,)(多选)在如图所示的电路中,电阻箱的阻值为R2,定值电阻、电源的内阻分别为R1、r。则下列说法正确的是              (　　)

A.如果R2=R1+r,则电阻箱消耗的功率最大

B.如果R2=R1+r,则定值电阻消耗的功率最大

C.当电阻箱的阻值调为零时,定值电阻消耗的功率最大

D.当电阻箱的阻值调为零时,电源的输出功率最大

9.()(多选)如图所示的甲、乙、丙、丁四种电路中,合上开关S后,滑片P由a向b滑动,若灯泡L的电阻恒定不变,则              (　　)

A.在甲中灯泡L的功率一直变大

B.在乙中灯泡L的功率先变小后变大

C.在丙中灯泡L的功率先变小后变大

D.在丁中灯泡L的功率先变小后变大

10.(2021山东新高考联盟高二上联考,)(多选)2020年7月31日,习近平总书记向世界宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通,标志着北斗“三步走”发展战略圆满完成,北斗迈进全球服务新时代。人造地球卫星用太阳能电池板供电,展开的太阳能电池板在有光照时,可以将光能转化为电能。取一片太阳能电池板作为电源,其路端电压与干路电流的关系如图所示。下列说法正确的是              (　　)

A.该电池板的电动势为3.0 V

B.随着外电路电阻增大,其内阻逐渐增大

C.外电路电阻为1 kΩ时,电源输出功率约为4 W

D.外电路电阻为1 kΩ时,电源效率约为66.7%

二、非选择题

11.(2021河南天一高二上期中联考,)如图所示将电源、电阻箱、理想电压表和理想电流表组成电路,改变电阻箱的阻值,记录电阻箱的阻值R、电压表的示数U和电流表的示数I。当电阻箱阻值为2 Ω和8 Ω时,U和I乘积相等,且均为2 W。求:

(1)电源电动势E和内阻r;

(2)电阻箱阻值分别为2 Ω和8 Ω时,电源的效率之比。

答案全解全析

1.AC　闭合开关S,将M向左移动,电路中的总电阻增大,由闭合电路欧姆定律可知,电路中电流减小,选项A正确;由于电路中电流减小,由E=Ir+U可得路端电压增大,选项B错误;当M移到左端时,电路中电阻最大,因此电路中电流最小,电源内部消耗的功率为P=I2r,则电源内部消耗的电功率最小,选项C正确;电源的效率为η==,当M移到左端时,电路中电阻最大,电路中电流最小,路端电压最大,电源电动势E不变,因此电源效率最高,选项D错误。

2.AC　在滑动变阻器R3的滑片K由最下端向最上端滑动过程中,滑动变阻器接入电路的电阻变大,电路的总电阻变大,总电流减小,则根据P4=I2R4,可知定值电阻R4的功率减小,根据P=IE可知电源的总功率减小,选项A、C正确。因当外电路电阻等于电源内阻时电源输出功率最大,而R1=R4=r,则当滑动变阻器接入电路的电阻变大时,外电路电阻变大,则电源的输出功率减小,选项B错误。若将R1+R4等效为电源的内阻,则此时等效电源内阻为r'=R1+R4+r=3 Ω,滑动变阻器滑片位于最上端时,R2和R3并联后的总电阻为R并== Ω=3 Ω;滑动变阻器R3的滑片K由最下端向最上端滑动过程中,M、N之间的电阻从0增加到3 Ω,因当外电路电阻等于电源内阻时电源输出功率最大,可知当M、N之间的电阻等于3 Ω时,M、N之间的功率最大,则在滑动变阻器R3的滑片K由最下端向最上端滑动过程中,M、N之间并联部分的功率逐渐增大,选项D错误。

3.D　在电源路端电压与电流的关系图像中斜率的绝对值表示电源内阻,即ra>rb,A正确。如图所示,在图像中作出定值电阻R0的U-I图线,与电源的U-I图线交点表示电路工作点,Ia>Ib,B正确。由P=UI可知R0接到a电源上时,电源的输出功率较大,由η===可知,R0接到a电源上时,电源的效率较低,C正确,D错误。

4.D　在b点时α=β,所以直线Ob的斜率大小与直线ac的斜率大小相等,此时电源的输出功率最大,选项A错误;电源的总功率为P=EI,因此在电路中电流最大的时候,电源的功率最大,a、b、c三点中,在a点时电流最大,所以此时的总功率最大,选项B错误;在b点时,电源的输出功率最大,在a点时电源的总功率最大,因此从a到b时,β角增大,电源的总功率减小,输出功率增大,从b到c时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将减小,选项C错误,D正确。

5.BCD　电阻的阻值为R== Ω=3 Ω,选项A错误;电池组的内阻为r== Ω=1 Ω,选项B正确;两图线的交点表示将该电阻接在该电池组两端时的工作状态,则电阻两端的电压为U=3 V,电流为I=1 A,则电池组的输出功率P=UI=3×1 W=3 W,选项C正确;由图线a读出电池组的电动势E=4 V,当外电阻等于电池组内阻时,该电池组的输出功率最大,电池组的最大输出功率Pmax== W=4 W,选项D正确。

6.C　闭合电路中,电源电动势E和内电阻r不变,外电阻的变化引起电路中的电流I变化,电源消耗的总功率PE=IE,E一定时,PE与I成正比,故直线a表示电源的总功率与电流的关系,且a图线的斜率大小为电源电动势,E=3 V,选项A、D错误;电源内电阻消耗的功率Pr=I2r,r一定时,Pr与I2成正比,所以曲线b表示电源内电阻消耗的功率与电流的关系,当I=3 A时,Pr=I2r=9 W,则r=1 Ω,外电阻消耗的功率PR=I2R=IE-I2r,故曲线c表示外电阻消耗的功率与电流的关系,选项B错误;图线b、c的交点也是抛物线c的顶点,该处纵坐标表示外电阻消耗功率的最大值,此时R=r,PR=Pr,PR=== W,选项C正确。

7.C　当温度升高时,R2的阻值减小,总电阻减小,总电流增大,R1两端电压增大,选项A错误;当温度降低时,R2的阻值增大,总电阻增大,总电流减小,电流表的示数减小,路端电压增大,R1两端电压减小,灯泡L两端电压变大,灯泡L变亮,选项B错误;温度为20 ℃时,R2=1.5R0,此时外电路的总电阻为R0,等于电源的内阻,所以电源的输出功率最大,选项D错误;将R1看作等效电源内阻,则r'=1.25R0,而L和R2的并联电阻总小于r',故0 ℃时其并联阻值最大,灯泡L和R2的总功率最大,选项C正确。

8.AC　在讨论电阻箱的功率时,可将定值电阻视为电源内阻的一部分,即将原电路等效为外电阻R2与电动势为E、内阻为R1+r的电源(等效电源)连成的闭合电路,电阻箱的功率是等效电源的输出功率,当外电阻等于等效电源的内电阻时,电阻箱消耗的功率最大,即R2=R1+r时,电阻箱的功率最大,选项A正确;在讨论定值电阻R1的功率时,由P=I2R1可知,R2=0时,电路中的电流最大,R1获得的功率最大,选项C正确,B错误;在讨论电源的输出功率时,R1+R2为外电阻,内阻r恒定,当外电阻等于内电阻时,电源的输出功率最大,由于题目没有给出R1和r的具体数值,所以当R2=0时,电源的输出功率并不一定最大,选项D错误。

9.AB　甲中电路合上开关S后,滑片P由a向b滑动,滑动变阻器连入电路的阻值减小,则总阻值减小,根据闭合电路欧姆定律可知,干路电流增大,通过灯泡L的电流增大,灯泡L消耗的功率变大,选项A正确;乙中电路合上开关S后,滑动变阻器Pa和Pb部分并联,滑片P由a向b滑动过程中,滑动变阻器接入电路的等效阻值先增大后减小,所以电路中的电流先减小后增大,灯泡在干路上,通过灯泡的电流也是先减小后增大,所以灯泡消耗的功率先减小后增大,选项B正确;丙中电路合上开关S后,滑片P由a向b滑动过程中,电路中的总电阻减小,所以电路中的电流一直增大,则灯泡消耗的电功率一直增大,选项C错误;丁中电路合上开关S后,当滑片P由a向b滑动过程中,灯泡两端电压一直增大,所以灯泡消耗的功率一直增大,选项D错误。

10.AD　当电流为0时,路端电压在数值上等于电动势,由图像可知,电动势为3.0 V,选项A正确;电源的U-I图像的斜率绝对值即电源内阻大小,随着外电路电阻增大,电流减小,由图像可知,其内阻逐渐减小,选项B错误;在图像上作出电阻R=1 kΩ的U-I图像,两个图线交点的电压、电流值即电阻与电源连接后电阻两端的电压和流过电阻的电流,如图所示,交点对应的电流和电压分别为2.0 mA和2.0 V,故此时电源的输出功率为P=UI=2.0×2.0×10-3 W=4×10-3 W,电源效率约为η====66.7%,选项C错误,D正确。

11.答案　(1)6 V　4 Ω　(2)

解析　(1)当电阻箱阻值为2 Ω时,由闭合电路欧姆定律得

I1=

电源的输出功率为P1=R1

化简得P1=

当电阻箱阻值为8 Ω时,同理得电源的输出功率为

P2=

由题意可知P1=P2=2 W

联立解得r=4 Ω,E=6 V

(2)当电阻箱阻值为2 Ω时,电源的总功率为P总1=EI1=6 W

当电阻箱阻值为8 Ω时,电源的总功率为P总2=EI2=3 W

两种情况下电源的效率之比为==