1、1专题 2.5 闭合电路的功率及效率问题1电功、电功率、焦耳定律和热功率内容 表达式电功 电路中 电场力移动电荷做的功 W qU UIt电功率 单位时间内电流做的功，表示电流做功的 快慢 P UIWt焦耳定律电流通过导体产生的 热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比Q I2Rt热功率 单位时间内的发热量 P I2RQt2电源的总功率(1)任意电路： P 总 EI U 外 I U 内 I P 出 P 内(2)纯电阻电路： P 总 I2(R r) .E2R r3电源内部消耗的功率： P 内 I2r U 内 I P 总 P 出4电源的输出功率(1)任意电路： P 出 UI EI I2
2、r P 总 P 内(2)纯电阻电路： P 出 I2R 。E2R R r 2 E2 R r 2R 4r(3)输出功率随 R 的变化关系当 R r 时，电源的输出功率最大为 Pm .E24r当 Rr 时，随着 R 的增大输出功率越来越小当 RE2，它们分别向同一电阻 R 供电，电阻 R 消耗的电功率相同。比较供电时电池 1 和 2 内部消耗的电功率 P1和 P2及电池的效率 1和 2的大小，则有( )A P1P2， 1 2 B P1P2， 1 2 D P1E2，则 r1r2，所以 P1P2，而E1R r1 E2R r2 ，所以 与 E 成反比，故 1U2， Q1 Q2【答案】B 4. 将一电源与一
3、电阻箱连接成闭合回路,测得电阻箱所消耗功率 P 与电阻箱读数 R 变化的曲线如图所示,由此可知( )5A.电源最大输出功率可能大于 45 WB.电源内阻一定等于 5 C.电源电动势为 45 VD.电阻箱所消耗功率 P 最大时,电源效率大于 50%【答案】B【解析】由电阻箱所消耗功率 P 与电阻箱读数 R 变化的曲线可知,电阻箱所消耗功率 P 最大为 45 W,所以电源最大输出功率为 45 W,选项 A 错误;由电源输出功率最大的条件可知,电源输出功率最大时,外电路电阻等于电源内阻,所以电源内阻一定等于 5 ,选项 B 正确;由电阻箱所消耗功率 P 最大值为 45 W 可知,此时电阻箱读数为 R
4、=5 ,电流 I= =3 A,电源电动势 E=I(R+r)=30 V,选项 C 错误;电阻箱所消耗功率 P 最大时,电源效率为 50%,选项 D 错误。5如图所示的电路中，两平行金属板之间的带电液滴处于静止状态，电流表和电压表均为理想电表，由于某种原因灯泡 L 的灯丝突然烧断，某余用电器均不会损坏，则下列说法正确的是( )A电流表、电压表的读数均变小B电源内阻消耗的功率变大C液滴将向上运动D电源的输出功率变大【答案】C 6如图甲所示， R 为电阻箱， 为理想电流表，电源的电动势为 E，内阻为 r.图乙为电源的输出功率 P 与 A电流表示数 I 的关系图象，其中功率 P0分别对应电流 I1、 I
5、2，外电路电阻 R1、 R2.下列关系式中正确的是( )6A I1 I2 B I1 I2Er ErC. D R2，选项 A 错误；电源的输出功率等于电阻 R 上消耗的功率，大小等于电源的 U-I 线与电阻的 U-I 线交点的横纵坐标的乘积，由图像可知，两种情况下电源的输出功率无法确定，选项 B 错误；电源内阻上的功率为 Pr=I2r，可知电源接 R1时电流小，则电源内阻消耗的功率 Pr1 2，选项 D 错误；故选 C.3 （2019 届四川省成都市第七中学高三零诊模拟考试）某同学将一直流电源的总功率 PE、输出功率 PR和电源内部的发热功率 Pr随电流 I 变化的图线画在了同一坐标系中，如图中
6、的 a、 b、 c 所示。则判断正确的是（ ）A 在 a、 b、 c 三条图线上分别取横坐标相同的 A、 B、 C 三点，这三点的纵坐标一定满足关系 PA=PB+PCB b、 c 线的交点与 a、 b 线的交点的横坐标之比一定为 1: 2，纵坐标之比一定为 1: 4C 电源的最大输出功率 Pm=9WD 电源的电动势 E=9V，内电阻 r=3【答案】AB8内电阻，所以此时的电流的大小为 ，功率的大小为 ，所以横坐标之比为 1：2，纵坐标之比为 1：4，故B 正确。图线 c 表示电源的输出功率与电流的关系图象，很显然，最大输出功率小于 3W，故 C 错误；当I=3A 时， ，说明外电路短路，根据
7、知电源的电动势 E=3V，内电阻 ，故 D 错误；故选 AB。4 （2018 江苏省苏州市高三一模）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 变化的关系图象(电池电动势不变，内阻不是定值)，图线 b 是某电阻 R 的 UI 图象在该光照强度下将它们组成闭合回路时，下列说法中正确的是( )A 硅光电池的内阻为 8B 硅光电池的总功率为 0.4WC 硅光电池的内阻消耗的热功率为 0.32WD 若将 R 换成阻值更大的电阻，硅光电池的输出功率增大【答案】AC【解析】A、由图可知该电池的电源电动势为 3.6V，由 可知内电压为 1.6
8、V，硅光电池的内阻为，故 A 正确；B、硅光电池的总功率为 ，故 B 错误；C、硅光电池的内阻消耗的热功率为 ，故 C 正确；D、若将 R 换成阻值更大的电阻，电路中电阻两端的电压变大，但电流变小，硅光电池的输出功率不一定9增大，故 D 错误；故选 AC。5 （2018 河南省洛阳市高三下尖子生第二次联考）在如图所示的电路中，、处可以接小灯泡、电流表或电压表(均为理想电表)三种元器件，电源电动势 E、内阻 r 均保持不变，定值电阻 R1R 2R 3R 4=4321，小灯泡电阻 RL=R1，R 1r，电路中有电流通过，下列说法中正确的是A 要使路端电压最大，则应该接小灯泡，接电压表，接电流表B
9、要使电源输出功率最大，则应该接电流表，接小灯泡，接电压表C 要使电源总功率最大，则应该接电流表，接电压表，接小灯泡D 要使闭合电路中电源效率最高，则应该接小灯泡，接电流表，接电压表【答案】CD比较大，所以要接电流表，2 接小灯的话，3 接电压表开路，则小灯和 R3并联再与 R4串联再与 R2并联，最后于 R1串联，最后计算外阻为（4+ 216）R 4，3 接小灯，2 接电压表开路，则 R3R4串联，与 RL、R 2并联最后与 R1串联，最后计算外阻为（4+ ）R 4最小。故 C 正确。要是电源效率最高，则电路不能是断路，同时外阻越大越好，这样 1 要接小灯，如果 3 接电流表，则 R2、R 3
10、、R 4被短接，R 外 =RL+R1=2R1=8R4，如果接电流表，则 R3短接，R 4与 R2并联， 41 428L外 （ ） ，为最大。故 D 正确。故选 CD。6 （2018 普通高等学校高三招生全国统一考试模拟试题（一） ）如图甲所示，电动势为 E、内阻为 r 的电源与 R=6 的定值电阻、滑动变阻器 RP、开关 S 组成串联回路，10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。下列说法正确的是 ( )A 电源的电动势 E= 4105V，内阻 r=4B 图乙中 Rx=25C 定值电阻 R 消耗的最大功率为 0.96WD 调整滑动变阻器 RP的阻值可以得到
11、该电源的最大输出功率为 1W【答案】BC【解析】当 RP=R+r=10 时，滑动变阻器消耗的功率最大，R=6，可得内阻 r=4，最大功率20.4EWr,解得 E=4V，选项 A 错误；滑动变阻器的阻值为 4 时消耗的功率与阻值 Rx时消耗的功率相等，有 4Rx=(R+r)2，解得 Rx=25，选项 B 正确；当回路的电流最大时，定值电阻 R 消耗的功率最大，故最大功率为 0.96r，选项 C 正确；当外电路电阻与内阻相等时，电源输出功率最大，本题中定值电阻 R 的阻值已经大于内阻的阻值，故滑动变阻器 RP的阻值为零时，电源的输出功率最大，最大功率为20.96EWr，选项 D 错误；故选 BC.
12、 7 （2018 浙江省宁波市六校高二下期末联考）如图所示，直线 OA C 为某一直流电源的总功率 P 总随电流 I 变化的图线，抛物线 OBC 为该电源内部热功率 Pr 随电流 I 变化的图线，则根据图线可知下列说法正 确的是11A 电源电动势为 6 VB 电源内阻为 1.5 C 当电路中电流为 1 A 时，外电路的电阻为 1 D 在 OC 过程中，电源输出功率一直增大【答案】BC. 当电路中电流为 1A 时，根据闭合电路欧姆定律，有： I= ，代入数据，有：1= ，解得：R=1.5，故 C 错误；D. 在 OC 过程中，电源的总功率变大，而内部功率也增大,而 P 出 =P 总 P 内 ，故
13、从图看出，电源输出功率先增加后减小，故 D 错误；故选：B8 （2018 浙江省杭州市高考命题预测卷(4)）锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中。现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为 U，输出电流为 I，手机电池的内阻为 r，下列说法正确的是( )A 电能转化为化学能的功率为 UIB 充电器输出的电功率为 UII 2rC 电池产生的热功率为 I2rD 充电器的充电效率为 Ir/U100%【答案】C【解析】C、根据热功率公式可得,电池产生的热功率为 ，故 C 正确；B、由 P=UI 可知,充电器输出的电功率为 P 总= UI，故 B 错误；A
14、、电能转化为化学能和热能，根据能量守恒定律，有 ，故 ，故 A 错误；12D、充电器的充电效率为 ，故 D 错误；故选 C。9 （2018 北京市昌平区高三二模）电池对用电器供电时，是其它形式能（如化学能）转化为电能的过程；对充电电池充电时，可看做是这一过程的逆过程。现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示。已知充电器电源的输出电压为 U，输出电流为 I，手机电池的电动势为 E，内阻为 r。下列说法正确的是A 充电器的输出电功率为 2EIrB 电能转化为化学能的功率为 UC 电能转化为化学能的功率为 2IrD 充电效率为 10E【答案】C10 （2018 重庆江津长寿巴县等七校高三上第
15、15 周联考）如图所示，电源电动势为 E，内阻为 r。当滑动变阻器的滑片 P 从左端滑到右端时，理想电压表 V1、V 2示数变化的绝对值分别为U 1和U 2，干路电流为 I，下列说法中正确的是(灯泡电阻不变) （ ）A 小灯泡 L1、L 3变暗，L 2变亮B U 1与I 的比值变大C U 1大于U 2D 电源的输出功率一定减小13【答案】C【解析】A、当滑动变阻器的触片 P 从左端滑到右端时，变阻器接入电路的电阻增大，外电路总电阻增大，总电流减小，路端电压增大，则 2L变暗。变阻器的电阻增大，并联部分的电阻增大，则并联部分的电压增大，则 3L变亮。总电流减小，而 3L的电流增大，则 1L的电流
16、减小，则 1变暗，故 A 错误； B、由 2UEIRr（ ） 得： 2LURrI，不变，故 B 错误；C、由上分析可知，电压表 1V的示数增大，电压表 2V的示数减小，由于路端电压增大，即两电压表示数之和增大，所以 12 ，故 C 正确；D、利用结论当外电阻等于内阻时，电源的输出功率最大，当滑片右移动时，总电阻增大，但无法判断外电阻与内阻的关系，所以电源的输出功率无法判断，故 D 错误。11 （2018 安徽省合肥八中高三上综合模拟检测卷）将一电源与一电阻箱连接成闭合回路，测得电阻箱所消耗功率 P 与电阻箱读数 R 变化的曲线如图所示，由此可知( )A 电源最大输出功率可能大于 45WB 电源
17、内阻一定等于 5C 电源电动势为 45VD 电阻箱所消耗功率 P 最大时，电源效率大于 50%【答案】BC.由电阻箱所消耗功率 P 最大值为 45W 可知，此时电阻箱读数为 R=5， 2max4EPR,解得：E=30V，故14C 错误；D.电阻箱所消耗功率 P 最大时，电源效率为 50%，选项 D 错误。故选 B。12 （2018 河南省郑州外国语学校高三上第六次调研考试）在如图所示的电路中， E 为电源电动势， r 为电源内阻， R1和 R3均为定值电阻， R2为滑动变阻器当 R2的滑动触头在 a 端时合上开关 S，三个电表 A1、A 2和 V 的示数分别用 I1， I2和 U 表示现将 R
18、2的滑动触点向b 端移动，则三个电表示数的变化情况是（ ）A I1减小， I2不变， U 减小B 电压表的变化量与总电流变化量的比值变小C 电源的总功率增大，电源内部损耗的功率也增大D 电源的输出功率减少，效率也降低【答案】C【解析】将 的滑动触点向 b 端移动时， 减小，整个电路的总电阻减小，总电流 I 增大，电源的内电压增大，路端电压减小，即电压表示数 U 减小， 电压增大，故 、 并联电压减小，通过 的电流 减小，而总电流 I 增大，则流过 的电流 增大，故 A 错误；根据 ，得 ，故电压表的变化量与总电流变化量的比值为电源内阻，保持不变，故 B 错误；根据 ，总电流 I 增大，故电源的
19、总功率增大，电源内部损耗的功率也增大，故 C 正确；由于不知道电源的内外电阻关系，所以不能确定电源的输出功率如何变化；电源的效率 ，因路端电压 U 减小，故电源的效率降低，故D 错误；故选 C. 13 （2018 玉溪市江川一中高二下 3 月月考）如图所示，直线 a 为电源的 U I 图线，直线 b 为电阻 R 的 U I 图线，用该电源和该电阻组成闭合电路时，下列说法中正确的为（ ）15A 电源的电动势为 3 V，其输出功率为 2 W，其效率为 67%B 电源的电动势为 3 V，其输出功率为 4 W，其效率为 33.3%C 电源的内阻为 0.5 ，其输出功率为 2 W，其效率为 67%D 电源的内阻为 0.5 ，其输出功率为 4 W，其效率为 67%【答案】D两图线的交点表示该电源与电阻串联时的工作，此时电路中电流为 ，电压为 ，输出功率为电源的效率 ，故 ABC 错误，D 正确。
