专题60电动势 闭合电路欧姆定律 闭合电路的功率和效率 电源的U－I图象与定值电阻的U－I图象-2023届高三物理一轮复习重难点逐个突破

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考点一 电动势（1－2T）
考点二 闭合电路欧姆定律（3－9T）
考点三 闭合电路的功率和效率（10－20T）
考点四 电源的U－I图象与定值电阻的U－I图象（21－25T）
考点一 电动势
1.电动势定义：非静电力所做的功与所移动的电荷量之比叫作电动势．
2.公式：E＝eq \f(W,q).
3.单位：伏特，用“V”表示．
4.电动势大小由电源中非静电力的特性决定，与电源的体积无关，跟外电路的组成及变化无关．
1．下列关于电源电动势的说法正确的是（ ）
A．由公式E=Wq可知，E与W成正比，与q成反比
B．电路中电动势为电源正、负两极之间直接用电压表所测电压值
C．电动势、电势、电势差的单位都是伏特，三者本质上一样
D．电动势公式E=Wq中的W与电压U=Wq中的W不是同种性质力所做的功
2．铅蓄电池的电动势为2V，这表示（ ）
①电路通过1C的电荷量，电源把2J的化学能转化为电能；
②电源没有接入电路时，其两极间的电压为2V；
③电池内电压为2V；
④铅蓄电池把化学能转化为电能的本领比一节干电池大
A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④
考点二 闭合电路欧姆定律
1.内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。
2.公式：I＝eq \f(E,R＋r) ①
或E＝IR＋Ir ②
或E＝U外＋U内 ③
适用条件：①、②适用于外电路为纯电阻电路，③适用于一切电路。
3．外电压U与电流I的关系
由U＝E－Ir可知，U－I图象是一条斜向下的直线，如图所示。
(1)图象中U轴截距E表示电源的电动势。
(2)I轴截距I0等于短路电流。
(3)图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即r＝|eq \f(ΔU,ΔI)|。
注意两种特殊情况：①当外电路断开时，电流I变为零，U＝E。这就是说，断路时的路端电压等于电源电动势。②当电源两端短路时，外电阻R＝0，此时I＝eq \f(E,r)。
3. 一电池具有一定的电阻，经测量其断路时的电压为1 V，如果用导线将其短路，经测量电流为0.05 A。如果将该电池与一定值电阻R串联在一起，已知R＝20 Ω，则电池的内阻所分得的电压为( )
A．0.4 V B．0.5 V
C．1 V D．0.8 V
4．图示电路中，电源的电动势E=6V、内阻为r，电流表A为理想电表，小灯泡L标有“4V，4W”字样。R1、R2为两根同材料电阻丝，已知R1的长度是R2的两倍，R1的横截面积是R2的一半，当开关S接1时，小灯泡正常发光，开关S接2时，电流表示数为1.5A。则开关S接3时，电流表示数为（不考虑温度对电阻的影响）（ ）
A．1.5AB．1.2AC．0.6AD．0.2A
5.两个相同的电阻R，当它们串联后接在电动势为E的电源上，通过一个电阻的电流为I；若将它们并联后仍接在该电源上，通过一个电阻的电流仍为I，则电源的内阻为( )
A．4R B．R C．eq \f(R,2) D．无法计算
6．如图所示电路，开关S原来断开，现将S合上，则A、B两点的电势UA、UB与S断开时相比（ ）
A．UA升高，UB降低B．UA降低，UB升高
C．都升高D．都降低
7．如图所示是甲、乙为两个独立电源的路端电压U与通过它们的电流I的关系图线，下列说法中正确的是（ ）
A．路端电压都为U0时，它们的外电阻相等B．电流都是I0时，两电源的内电压相等
C．电源甲的电动势小于电源乙的电动势D．电源甲的内阻小于电源乙的内阻
8．利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势E=6V，电源内阻r=1Ω，电阻R=3Ω，重物质量m=0.20kg。当将重物固定时，电压表的示数为5V。当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为5.5V。不计摩擦，g取10m/s2。下列说法正确的是（ ）
A．电动机内部线圈的电阻为1Ω
B．稳定匀速提升重物时，流过电动机的电流为1A
C．重物匀速上升时的速度为0.75m/s
D．匀速提升重物时电动机输出的机械功率是2W
9．（2022·广东·模拟预测）如图，图甲中M为一电动机，当滑动变阻器R的触头从左端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示。已知电流表读数在0.2A以下时，电动机没有发生转动，不考虑电表对电路的影响，以下判断正确的是（ ）
A．电路中电源电动势为3.4V B．变阻器向右滑动时，V2读数逐渐减小
C．此过程中，电动机的输出功率最大值为0.54WD．变阻器的最大阻值为20Ω
考点三 闭合电路的功率和效率
1．电源输出功率特点
当外电路为纯电阻电路时讨论如下：
(1)P出＝UI＝I2R＝eq \f(E2,r＋R2)R＝eq \f(E2R,R－r2＋4Rr)＝eq \f(E2,\f(R－r2,R)＋4r)，由此式可看出，当R＝r时，
P出有最大值，即Pm＝eq \f(E2,4R)＝eq \f(E2,4r)。
(2)电源输出功率与外电阻的关系图象，如图所示。
①当R＝r时，输出功率最大，P出＝eq \f(E2,4r)。
②当Rr时，若R增大，则P出减小。
③除R＝r外，图象上总有两点输出功率P出相等，如图中R1与R2，则由(eq \f(E,R1＋r))2R1＝(eq \f(E,R2＋r))2R2整理得R1R2＝r2。
注意 当外电阻增大时，输出功率可能增大也可能减小，关键是看外电阻的初始值与电源内阻的关系。
2．各部分功率关系
(1)电源的功率(电路的总功率):P总＝EI
(2)电源的输出功率: 1）电源输出功率大小的计算利用P出＝UI
2）电源输出功率变化的分析利用P出-R图像(如下图)

(3)电源内部消耗的功率:Pr＝I2r
(4)功率关系：P总＝P出＋Pr
3．电源的效率
(1)定义：输出功率跟电路消耗的总功率的比值，即 η＝eq \f(UI,EI)＝eq \f(U,E)
(2)如果外电路为纯电阻电路，则η＝eq \f(U,E)＝eq \f(IR,IR＋r)＝eq \f(R,R＋r)＝eq \f(1,1＋\f(r,R))，所以外电路电阻越大，电源效率越高。
(3)当电源输出功率最大时R＝r，η＝50%
10．（2022·北京·模拟预测）(多选)直流电路如图所示，在滑动变阻器的滑片P向右移动时，电源的( )
A．总功率一定减小
B．效率一定增大
C．内部损耗功率一定减小
D．输出功率一定先增大后减小
11．(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
12．（2022·全国·高三课时练习）(多选)为了探究变化电阻消耗的功率随其电阻值的变化规律，设计电路如图1所示，电源电动势恒定，定值电阻R0=2 Ω。测得电阻箱所消耗的功率P随电阻箱读数R变化的曲线如图2所示，随着电阻箱电阻值R的增大，下列判断正确的是（ ）
A．电源电动势为45 V，内阻为3 Ω
B．电源的输出功率一直增大
C．电源输出功率最大值为75 W
D．电阻箱所消耗的功率P最大时，电源效率大于50%
13．如图所示，当开关S闭合后，小型直流电动机M和指示灯L都恰能正常工作。已知电源电动势为E，内阻为r，指示灯L的电阻为R0，额定电流为I，电动机M的线圈电阻为R，则
A．电动机的额定电压为IR
B．电动机的输出功率为IE-I2R
C．电源的输出功率为IE-I2r
D．整个电路的热功率为I2（R0 +R）
14．如图，电源电动势E=10V，小灯泡L1、L2的额定电压和额定功率分别为“3V，6W”和“6V,6W”，闭合开关，两小灯泡正常发光，电动机M正常工作，则下列说法正确的是（ ）
A．电动机的线圈电阻为6ΩB．电动机输出的机械功率为6W
C．电源内阻r=1ΩD．电源的效率为90%
15．（2023·全国·高三专题练习）如图所示为汽车启动电路原理图，汽车电动机启动时车灯会瞬间变暗。在打开车灯的情况下，电动机未启动时电流表的示数为10A；电动机启动时电流表的示数为58A。已知电源的电动势为12.5V，内阻为0.05Ω，设电流表的内阻不计、车灯的电阻不变。则（ ）
A．车灯的电阻为1.0Ω
B．电动机的内阻为0.2Ω
C．打开车灯、电动机启动时，电动机的输入功率为480W
D．打开车灯、电动机启动时，电源的工作效率为60%
16．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（ ）
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
17．如图所示，曲线 C1 、 C2 分别是纯电阻直流电路中，内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线。由该图可知下列说法中正确的是（ ）
A．电源的电动势为 4V
B．电源的内电阻为 1Ω
C．电源输出功率最大值为 8W
D．电源被短路时，电源消耗的最大功率可达 16W
18．（2022·烟台·模拟预测）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变化的图线画在了同一坐标系中，如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．反映输出功率变化的图线是c
B．电源的电动势为8V
C．电源的内阻为2Ω
D．当电流为0.5A时，外电路的电阻为4Ω
19．(多选)如图所示，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器（最大阻值25Ω），现闭合电路中的开关S，将滑动变阻器的滑动触头P从最左端滑到最右端的过程中，由电表的测量数据得到U-I图线如右下图所示（电表均为理想表）。则下列说法正确的是（ ）
A．电源电动势为4VB．电源内电阻的阻值为5Ω
C．电源的最大输出功率为1.8WD．滑动变阻器R2的最大功率为1.2W
20．（2022·江苏·模拟预测）如图（甲）所示的电路中，将滑动变阻器R2的滑动片由a端向b端移动，用两个电表分别测量电压和电流，得到部分U﹣I关系图象如图（乙）所示，则（ ）
A．电源的电动势为6V
B．滑动变阻器的总阻值为10Ω
C．当电压表示数为5.0V时，电源效率最高
D．当电压表示数为5.0V时，R2消耗的总功率最大
考点四 电源的U－I图象与定值电阻的U－I图象
下图a为电源的U－I图象，图b为定值电阻的U－I图象
(1)两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压；
(2)以交点和原点的连线为对角线的矩形的面积表示输出功率；
(3)当a、b斜率相等时，即内、外电阻相等时，图中矩形面积最大，即输出功率最大，此时路端电压是电动势的一半，电流是最大电流的一半。
21．(多选)如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图像，直线B为电源b的路端电压与电流的关系图像，直线C为一个电阻R两端的电压与电流的关系图像。将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么（ ）
A．R接到b电源上，电源的输出功率较大
B．R接到b电源上，电源的效率较高
C．R接到a电源上，电源的输出功率较大，但电源效率较低
D．R接到b电源上，电阻的发热功率和电源的效率都较高
22．（2022·重庆·模拟预测）图是测定甲、乙两个直流电源的电动势E与内阻r时，得到的路端电压U与干路电流I的U−I图象。若将这两个直流电源分别与同一定值电阻R串联，下列说法正确的是（ ）
A．甲电源内阻是乙电源内阻的2倍B．电源的效率一定有η甲<η乙
C．电源总功率一定有P甲P乙
23．(多选)如图所示，直线A为某电源的U-I图线，曲线B为某小灯泡的U-I图线，用该电源和小灯泡组成闭合电路，则（ ）
A．电源的电动势为3V，内阻为0.5ΩB．此时小灯泡的电阻大于1Ω
C．电源内阻消耗的热功率为2WD．电源的效率为33.3%
24．硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点。如图所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像（电池内阻不是常数），图线b是某电阻R的U−I图像。当它们组成闭合回路时，硅光电池的内阻可表示为（ ）
A．U3I3B．U2−U1I1C．U1I1D．U2I2
25．（2023·全国·高三专题练习）(多选)图甲是某实验小组的同学通过实验作出的路端电压U与电流I的关系图像，图乙是该实验小组的同学通过实验作出的小灯泡L的I-U图像。下列说法中正确的是（ ）
A．电源的电动势约为3.0V
B．电源的内阻约为12.5Ω
C．路端电压为2.0V时，电源效率约为50%
D．将小灯泡L接在电源E两端组成闭合回路，此时小灯泡消耗的功率约为0.15W