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备考2024届高考物理一轮复习讲义第十章恒定电流第2讲闭合电路的欧姆定律考点2闭合电路的功率及效率问题
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这是一份备考2024届高考物理一轮复习讲义第十章恒定电流第2讲闭合电路的欧姆定律考点2闭合电路的功率及效率问题，共4页。试卷主要包含了56W，5％，2A等内容，欢迎下载使用。
判断在闭合电路中，下列说法的正误.
（1）电动势的大小反映了电源把电能转化为其他形式的能的本领强弱.（ ✕ ）
（2）电动势等于电源的路端电压.（ ✕ ）
（3）外电阻越大，则路端电压越大.（ √ ）
（4）外电阻越大，则电源的输出功率越大.（ ✕ ）
（5）电源的输出功率越大，电源的效率越高.（ ✕ ）
（6）电源内部发热功率越大，输出功率越小.（ ✕ ）
如图所示，电源电动势E＝3V，内电阻r＝3Ω，定值电阻R1＝1Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为10Ω.
（1）闭合开关S，当R2满足什么条件时，电阻R1消耗的功率最大？请计算此种条件下R1消耗的功率.
（2）闭合开关S，当R2为多少时，R2消耗的功率最大？请计算此种情况下R2消耗的功率和电源的效率.
答案 （1）R2＝0 约0.56W
（2）R2＝4Ω 约0.56W 62.5％
解析 （1）R1为定值电阻，当R2＝0时，流过R1的电流I1最大，电阻R1消耗的功率最大，I1＝ER1＋r＝0.75A
PR1＝I12·R1≈0.56W
（2）把电源与定值电阻R1看成一个电动势为3V，内阻r'＝r＋R1的“电源”，当R2＝r'＝4Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，为PR2＝E24r'≈0.56W
电源的效率η＝R1＋R2r＋R1＋R2×100％＝62.5％.
方法点拨等效电源
把含有电源、电阻的部分电路等效为新的“电源”，其“电动势”“内阻”如下：
（1）两点间断路时的电压等效为电动势E'.
（2）两点间短路时的电流为等效短路电流I'短，等效内电阻r'＝E'I'短.
常见电路的等效电源如下：
研透高考 明确方向
6.[功率的分析/2024北京精华学校开学检测]如图所示的电路中，电源电动势E为12V，内阻r为2Ω，白炽灯的灯丝电阻RL为16Ω，电动机M的线圈的电阻为2Ω.开关S闭合后，白炽灯的电功率为4W.若灯丝电阻保持不变，电动机的机械损耗可忽略不计，则下列说法正确的是（ D ）
A.通过电源的电流约为3.2A
B.流过电动机M的电流为4A
C.电动机M输出的机械功率为12W
D.电源的总功率为24W
解析 根据P1＝U2RL，解得灯泡两端电压U＝8 V，则通过电源的电流I＝E-Ur＝12-82 A＝2 A，故A错误；流过电动机M的电流为IM＝I－URL＝1.5 A，故B错误；电动机M输出的机械功率为P出＝UIM－IM2RM＝7.5 W，故C错误；电源的总功率为P＝EI＝12×2 W＝24 W，故D正确.
7.[功率＋效率的分析/2024四川成都七中校考]交警使用的某型号酒精测试仪如图1所示，其工作原理如图2所示，传感器的电阻值R随酒精气体浓度的增大而减小，电源的电动势为E，内阻为r，电路中的电表均可视为理想电表.当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，下列说法正确的是（ B ）
A.电压表的示数变大，电流表的示数变小
B.酒精气体浓度越大，电源的效率越低
C.酒精气体浓度越大，电源的输出功率越小
D.电压表示数变化量的绝对值与电流表示数变化量的绝对值之比变小
解析 当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，酒精气体浓度增大，则传感器的电阻值R减小，根据I＝ER＋R0＋r可知电路中电流增大，则电流表示数变大，根据U＝E－I（R0＋r）可知传感器两端的电压减小，则电压表示数变小，A错误.电源的效率η＝R＋R0R＋R0＋r·100％＝11+rR＋R0·100％，当酒精气体浓度增大时，传感器的电阻值R减小，根据上式可知电源的效率降低，B正确.电源的输出功率P＝（ER＋R0＋r）2（R＋R0）＝E2R＋R0＋r2R＋R0+2r，易知当R＋R0＝r时，P有最大值，作出该函数的图像如图所示，当酒精气体浓度增大时，传感器的电阻值R减小，R＋R0减小，若初始时R＋R0＞r，则电源输出功率可能先增大后减小；若初始时R＋R0≤r，则P逐渐减小，故C错误.根据U＝E－I（R0＋r），可知｜ΔU｜｜ΔI｜＝R0＋r，即电压表示数变化量的绝对值与电流表示数变化量的绝对值之比不变，D错误.
电源总功率
任意电路：P总＝EI＝P出＋P内
纯电阻电路：E＝I（R＋r）；P总＝I2（R＋r）＝E2R＋r
电源内部消耗的功率
P内＝I2r＝P总－P出
电源的输出功率
任意电路：P出＝UI＝P总－P内
纯电阻电路：P出＝I2R＝E2R（R＋r）2
P出与外电阻R的关系
电源的效率
[9] 任意 电路：η＝P出P总×100％＝UE×100％
[10] 纯电阻 电路：η＝RR＋r×100％
判断在闭合电路中，下列说法的正误.
（1）电动势的大小反映了电源把电能转化为其他形式的能的本领强弱.（ ✕ ）
（2）电动势等于电源的路端电压.（ ✕ ）
（3）外电阻越大，则路端电压越大.（ √ ）
（4）外电阻越大，则电源的输出功率越大.（ ✕ ）
（5）电源的输出功率越大，电源的效率越高.（ ✕ ）
（6）电源内部发热功率越大，输出功率越小.（ ✕ ）
如图所示，电源电动势E＝3V，内电阻r＝3Ω，定值电阻R1＝1Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为10Ω.
（1）闭合开关S，当R2满足什么条件时，电阻R1消耗的功率最大？请计算此种条件下R1消耗的功率.
（2）闭合开关S，当R2为多少时，R2消耗的功率最大？请计算此种情况下R2消耗的功率和电源的效率.
答案 （1）R2＝0 约0.56W
（2）R2＝4Ω 约0.56W 62.5％
解析 （1）R1为定值电阻，当R2＝0时，流过R1的电流I1最大，电阻R1消耗的功率最大，I1＝ER1＋r＝0.75A
PR1＝I12·R1≈0.56W
（2）把电源与定值电阻R1看成一个电动势为3V，内阻r'＝r＋R1的“电源”，当R2＝r'＝4Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，为PR2＝E24r'≈0.56W
电源的效率η＝R1＋R2r＋R1＋R2×100％＝62.5％.
方法点拨等效电源
把含有电源、电阻的部分电路等效为新的“电源”，其“电动势”“内阻”如下：
（1）两点间断路时的电压等效为电动势E'.
（2）两点间短路时的电流为等效短路电流I'短，等效内电阻r'＝E'I'短.
常见电路的等效电源如下：
研透高考 明确方向
6.[功率的分析/2024北京精华学校开学检测]如图所示的电路中，电源电动势E为12V，内阻r为2Ω，白炽灯的灯丝电阻RL为16Ω，电动机M的线圈的电阻为2Ω.开关S闭合后，白炽灯的电功率为4W.若灯丝电阻保持不变，电动机的机械损耗可忽略不计，则下列说法正确的是（ D ）
A.通过电源的电流约为3.2A
B.流过电动机M的电流为4A
C.电动机M输出的机械功率为12W
D.电源的总功率为24W
解析 根据P1＝U2RL，解得灯泡两端电压U＝8 V，则通过电源的电流I＝E-Ur＝12-82 A＝2 A，故A错误；流过电动机M的电流为IM＝I－URL＝1.5 A，故B错误；电动机M输出的机械功率为P出＝UIM－IM2RM＝7.5 W，故C错误；电源的总功率为P＝EI＝12×2 W＝24 W，故D正确.
7.[功率＋效率的分析/2024四川成都七中校考]交警使用的某型号酒精测试仪如图1所示，其工作原理如图2所示，传感器的电阻值R随酒精气体浓度的增大而减小，电源的电动势为E，内阻为r，电路中的电表均可视为理想电表.当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，下列说法正确的是（ B ）
A.电压表的示数变大，电流表的示数变小
B.酒精气体浓度越大，电源的效率越低
C.酒精气体浓度越大，电源的输出功率越小
D.电压表示数变化量的绝对值与电流表示数变化量的绝对值之比变小
解析 当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，酒精气体浓度增大，则传感器的电阻值R减小，根据I＝ER＋R0＋r可知电路中电流增大，则电流表示数变大，根据U＝E－I（R0＋r）可知传感器两端的电压减小，则电压表示数变小，A错误.电源的效率η＝R＋R0R＋R0＋r·100％＝11+rR＋R0·100％，当酒精气体浓度增大时，传感器的电阻值R减小，根据上式可知电源的效率降低，B正确.电源的输出功率P＝（ER＋R0＋r）2（R＋R0）＝E2R＋R0＋r2R＋R0+2r，易知当R＋R0＝r时，P有最大值，作出该函数的图像如图所示，当酒精气体浓度增大时，传感器的电阻值R减小，R＋R0减小，若初始时R＋R0＞r，则电源输出功率可能先增大后减小；若初始时R＋R0≤r，则P逐渐减小，故C错误.根据U＝E－I（R0＋r），可知｜ΔU｜｜ΔI｜＝R0＋r，即电压表示数变化量的绝对值与电流表示数变化量的绝对值之比不变，D错误.
电源总功率
任意电路：P总＝EI＝P出＋P内
纯电阻电路：E＝I（R＋r）；P总＝I2（R＋r）＝E2R＋r
电源内部消耗的功率
P内＝I2r＝P总－P出
电源的输出功率
任意电路：P出＝UI＝P总－P内
纯电阻电路：P出＝I2R＝E2R（R＋r）2
P出与外电阻R的关系
电源的效率
[9] 任意 电路：η＝P出P总×100％＝UE×100％
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