新高考物理一轮复习分层提升练习专题50 闭合电路的功率问题、电路动态分析、含容电路、故障分析（2份打包，原卷版+解析版）

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闭合电路的功率问题
1．闭合电路的功率和效率
2．输出功率与外电阻的关系
由P出与外电阻R的关系图像可知：
(1)当R＝r时，电源的输出功率最大为Pm＝eq \f(E2,4r)。
(2)当R＞r时，随着R的增大输出功率越来越小。
(3)当R＜r时，随着R的增大输出功率越来越大。
(4)当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个外电阻R1和R2，且R1R2＝r2。
【例1】图甲所示的电路中，所用电源内电阻r=0.5Ω，定值电阻R2=4Ω。实验时调节电阻R1，的阻值，得到多组电压和电流的数据，用这些数据在坐标纸上描点，并做出U-I图如图乙所示。将R1连入电路的阻值调至最大时，对应图乙中的A点。下列说法正确的是（ ）
A．A点对应外电路的总电阻为20Ω
B．电源电动势E=3V
C．B点对应外电路的总功率为0.3W
D．R1=5Ω时，R1消耗的功率最大
电路动态分析
常规电路动态分析的三种方法
1．程序法
2．结论法
用口诀表述为“串反并同”：
(1)所谓“串反”，即某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都将减小，反之则增大。
(2)所谓“并同”，即某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都将增大，反之则减小。
3．极限法
因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端，让电阻最大或电阻为零进行讨论。
【例2】如图所示的电路，电源电动势E恒定且内阻r不可忽略，R1、R2、R3为定值电阻，R4为滑动变阻器，A1、A2为理想电流表，V1、V2、V3为理想电压表。闭合开关后，I1、I2分别表示两个电流表的示数，U1、U2、U3分别表示三个电压表的示数。现将滑动变阻器R4的滑片稍向上滑动一些，ΔI1、ΔI2分别表示两个电流表示数变化的大小，ΔU1、ΔU2、ΔU3分别表示三个电压表示数变化的大小。下列说法正确的是（ ）
A．U2变小B． SKIPIF 1 < 0 变小
C．ΔU2小于ΔU3D． SKIPIF 1 < 0 大于 SKIPIF 1 < 0
含容电路
含电容器电路的分析是一个难点,电路中出现电容器，学生往往难以确定电容器与电路的串、并联关系及电压关系等，给分析解决问题带来很大的障碍。
1.电路的简化：不分析电容器的充、放电过程时，把电容器所在的电路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上。
2.电路稳定时电容器的处理方法：电路稳定后，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，,即电阻不起降低电压的作用，电容器两端的电压与其并联用电器两端电压相等。
3.电压变化带来的电容器变化：电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。若电容器两端电压升高,电容器将充电；若电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电，可由ΔQ=C·ΔU计算电容器上电荷量的变化量。
4.含容电路动态分析的三个步骤：
【例3】如图所示电路中，电源电动势E=6V，内阻不计，其中电阻R1=1Ω，R2=6Ω，R3=2Ω，R4=3Ω，电容器的电容C=1F，其上下极板分别为A和B，则（ ）
A．S断开时，R2消耗的功率最大
B．S闭合后，B板带正电
C．S闭合稳定后，电容器所带电量为2C
D．S闭合稳定后再断开，若把A、B两板拉开一小段距离，则两板A、B之间的电场强度减小
故障分析
1．电路故障一般是短路或断路，其特点如下：
(1)短路状态的特点：有电流通过电路而两端电压为零。
(2)断路状态的特点：电源路端电压不为零而电流为零。
2．利用电流表、电压表判断电路故障的方法
【例4】如图所示，因线路故障，按通K时，灯L1和L2均不亮，用电压表测得Uab=0，Ubd=0，Ucd=4V。由此可知开路处为（ ）
A．灯L1B．灯L2C．变阻器D．电源
【多维度分层专练】
1．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
2．将一电源与电阻箱R、定值电阻R0连接成闭合回路（甲），并且R0＝2 SKIPIF 1 < 0 ，测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图（乙）所示，由此可知（ ）
A．电阻箱R＝1 SKIPIF 1 < 0 时，定值电阻R0功率取得最大值
B．电源内阻一定等于5 SKIPIF 1 < 0
C．电源电动势为30V
D．电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率大于50％
3．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．电池组的内阻是1 Ω
B．电阻的阻值为0.33 Ω
C．将该电阻接在该电池组两端，电池组的输出功率将是4 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
4．如图所示电路中， SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 为定值电阻，电源内阻为 SKIPIF 1 < 0 ，闭合电键 SKIPIF 1 < 0 ，电压表显示有读数，减小电阻 SKIPIF 1 < 0 的阻值，电压表示数变化量大小为 SKIPIF 1 < 0 ，则在此过程中（ ）
A．路端电压一定减小
B．流过 SKIPIF 1 < 0 的电流一定减小
C．通过电阻 SKIPIF 1 < 0 的电流变化量 SKIPIF 1 < 0
D．电流变化量关系 SKIPIF 1 < 0
5．如图所示，R1、R2和R3都是阻值为R0的定值电阻，R是滑动变阻器，V1、V2和A都是理想电压表和电流表，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片由图示位置向左缓慢滑动时，下列说法中正确的是（ ）
A．V1表示数减小
B．V2表示数减小
C． SKIPIF 1 < 0
D．电压表V1示数的变化量 SKIPIF 1 < 0 的绝对值小于电压表V2示数的变化量 SKIPIF 1 < 0 的绝对值
6．某温度检测、光电控制加热装置原理如图所示，图中RT为热敏电阻（其阻值随温度升高而减小），用来探测加热电阻丝R的温度，RG为光敏电阻（其阻值随光照强度增大而减小），接收小灯泡L的光照，除RT、RG外，其他电阻均为定值电阻（虚线框内两元件距离很近）。当R处温度升高时（ ）
A．L变亮
B．通过R3的电流减小
C．E2的路端电压增大
D．R消耗的功率减小
7．如图所示，电源的电动势E＝12V，内阻r＝2Ω，R1＝1Ω，R2＝3Ω，R3＝10Ω，R4＝4Ω，R5为电阻箱，调节范围为0～10Ω，电容器C＝10μF，电容器的下极板接地，两极板正中间有一点P（未标出），初始时刻开关S断开，R5＝0，则下列说法正确的是（ ）
A．若将电容器的下极板稍向下移动，则P点的电势减小
B．闭合开关S后，流过R3的电荷量Q＝1.5×10﹣5C
C．将电阻箱调到12Ω后再闭合开关S，稳定后电容器上的电量为0
D．闭合开关S后，将电阻箱从0开始逐渐调到最大值，电源的输出功率先增大后减小
8．在报警电路中常用到蜂鸣器，其原理为当电流从蜂鸣器正极流入负极流出时，蜂鸣器会发出报警声。如图所示是一个断路报警电路，平行板电容器电容为C，电源电动势为E，内阻r≠0，D可视为理想二极管，R1、R2为定值电阻。当电路中的电键K在电路工作过程中断开时，蜂鸣器会发出报警声。对于该电路下列说法正确的是（ ）
A．a端为蜂鸣器的负极
B．K闭合稳定后，电容器电量为CE
C．K闭合稳定后，增加平行板间距离有可能会使蜂鸣器发出报警声
D．K断开后，流过蜂鸣器的电量等于流过R2的电量
9．如图所示，电源电动势为E，内阻为r.电路中的R2、R3分别为总阻值一定的滑动变阻器，R0为定值电阻，R1为光敏电阻（其电阻随光照强度增大而减小）.当开关S闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。下列说法中正确的是（ ）
A．若断开开关S，带电微粒向上运动
B．只逐渐减小对R1的光照强度时，电压表示数变大，电阻R0消耗的电功率减小
C．只调节电阻R2的滑动端P1向下端移动时，电压表示数不变，带电微粒向上运动
D．只调节电阻R3的滑动端P2向上端移动时，电源消耗的电功率变大，电阻R3中有向上的电流
10．在如图所示的电路中，电源的电动势E和内阻r恒定，闭合开关S后灯泡能够发光，经过一段时间后灯泡突然变亮，若电路中仅有一处故障，则出现这种现象的原因可能是（ ）
A．电阻R1短路B．电阻R2断路
C．电阻R2短路D．电容器C断路
11．如图，电源内阻不能忽略，电流表和电压表均为理想电表，R1=R2＜R3＜R4，下列说法中正确的是（ ）
A．若R2短路，电流表示数变小，电压表示数变小
B．若R2断路，电流表示数变大，电压表示数为零
C．若R1短路，电流表示数变小，电压表示数为零
D．若R4断路，电流表示数变小，电压表示数变大
12．某同学按如图电路进行实验，电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零．实验中由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了（但不为零），若这种情况的发生是由用电器引起的，则可能的故障原因是:
A．R3短路B．RP短路
C．R3断开D．R2断开
导练目标
导练内容
目标1
闭合电路的功率问题
目标2
电路动态分析
目标3
含容电路
目标4
故障分析
电源总功率
任意电路：P总＝EI＝P出＋P内
纯电阻电路：P总＝I2(R＋r)＝eq \f(E2,R＋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＝eq \f(E2R,R＋r2)
P出与外电阻
R的关系
电源的效率
任意电路：η＝eq \f(P出,P总)×100%＝eq \f(U,E)×100%
纯电阻电路：η＝eq \f(R,R＋r)×100%
第一步
理清电路的串、并联关系
第二步
确定电容器两极板间的电压。在电容器充电和放电的过程中，欧姆定律等电路规律不适用，但对于充电或放电完毕的电路，电容器的存在与否不再影响原电路，电容器接在某一支路两端，可根据欧姆定律及串、并联规律求解该支路两端的电压U
第三步
分析电容器所带的电荷量。针对某一状态，根据Q＝CU，由电容器两端的电压U求电容器所带的电荷量Q，由电路规律分析两极板电势的高低，高电势板带正电，低电势板带负电
常见故障
故障解读
原因分析
正常
无示数
“电流表示数正常”表明电流表所在电路为通路，“电压表无示数”表明无电流通过电压表
故障原因可能是：
a．电压表损坏；
b．电压表接触不良；
c．与电压表并联的用电器短路
正常
无示数
“电压表有示数”表明电压表有电流通过，“电流表无示数”说明没有或几乎没有电流流过电流表
故障原因可能是：
a．电流表短路；
b．和电压表并联的用电器断路
均无示数
“两表均无示数”表明无电流通过两表
除了两表同时被短路外，可能是干路断路导致无电流