《2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 熱點(diǎn)題型歸納與變式演練 專題21 電學(xué)基本規(guī)律的應(yīng)用（含解析）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 熱點(diǎn)題型歸納與變式演練 專題21 電學(xué)基本規(guī)律的應(yīng)用（含解析）（19頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、專題21 電學(xué)基本規(guī)律的應(yīng)用 【專題導(dǎo)航】 目錄 熱點(diǎn)題型一 電路的動態(tài)分析 1 阻值變化下的動態(tài)分析 2 電路結(jié)構(gòu)變化下的動態(tài)分析 4 含容電路的動態(tài)分析 4 電路故障的分析 5 熱點(diǎn)題型二 對閉合電路歐姆定律的理解和應(yīng)用 7 閉合電路歐姆定律的計算 7 電源與電阻U－I圖象的對比 8 熱點(diǎn)三　電功　電功率　電熱　熱功率 9 熱點(diǎn)題型四 電源的功率和效率 11 電源輸出功率的極值問題的處理方法 12 【題型演練】 14 【題型歸納】 熱點(diǎn)題型一 電路的動態(tài)分析 1．解決電路動態(tài)變化的基本思路 “先總后分”——先判斷總電阻和總電流如何變化． “先

2、干后支”——先分析干路部分，再分析支路部分． “先定后變”——先分析定值電阻所在支路，再分析阻值變化的支路． 2．電路動態(tài)分析的方法 (1)程序法：基本思路是“部分→整體→部分”．即 (2)極限法：因滑動變阻器滑片滑動引起的電路變化問題，可將滑動變阻器的滑動端分別滑至兩個極端去討論． (3)串反并同法：“串反”是指某一電阻增大(或減小)時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(或增大)．“并同”是指某一電阻增大(或減小)時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(或減小)． 3．分析含容電路應(yīng)注意的兩點(diǎn) (1)電路穩(wěn)定后，電容器所在支

3、路電阻無電壓降，因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓．在電路穩(wěn)定后，與電容器串聯(lián)的電阻阻值變化，不影響電路中其他電表示數(shù)和燈泡亮度． (2)電路中的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充、放電．如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電，電荷量增大；如果電容器兩端電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電，電荷量減?。? 4．電路故障問題的分析方法與技巧 (1)故障特點(diǎn) ①斷路特點(diǎn)：表現(xiàn)為電路中的兩點(diǎn)間電壓不為零而電流為零，并且這兩點(diǎn)與電源的連接部分沒有斷點(diǎn)． ②短路特點(diǎn)：用電器或電阻發(fā)生短路，表現(xiàn)為有電流通過電路但其兩端電壓為零． (2)檢查方法 ①電壓表檢測：如果電壓表示數(shù)為零

4、，則說明可能在并聯(lián)路段之外有斷路，或并聯(lián)路段短路． ②歐姆表檢測：當(dāng)測量值很大時，表示該處是斷路，當(dāng)測量值很小或為零時，表示該處是短路．在運(yùn)用歐姆表檢測時，電路一定要切斷電源． ③電流表檢測：當(dāng)電路中接有電源時，可用電流表測量各部分電路上的電流，通過對電流值的分析，可以確定故障的位置．在運(yùn)用電流表檢測時，要注意電流表的極性和量程． ④假設(shè)法：將整個電路劃分為若干部分，然后逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生某種故障，運(yùn)用閉合電路或部分電路的歐姆定律進(jìn)行推理． 阻值變化下的動態(tài)分析 【例1】．(多選)(2019·上海楊浦區(qū)模擬)如圖所示的電路中，E為電源電動勢，r為電源內(nèi)阻，R1和R3均為定值電阻，

5、R2為滑動變阻器．當(dāng)R2的滑片在ab的中點(diǎn)時合上開關(guān)S，此時三個電表A1、A2和V的示數(shù)分別為I1、I2和U.現(xiàn)將R2的滑片向a端移動，則下列說法正確的是(　　) A．電源的總功率減小 B．R3消耗的功率增大 C．I1增大，I2減小，U增大 D．I1減小，I2不變，U減小 【答案】AC. 【解析】法一：程序法 將滑動變阻器的滑片向a端移動，滑動變阻器接入電路中的電阻增大，電路中的總電阻增大，電路中的總電流I減小，電源的總功率P＝EI減小，R3消耗的功率P3＝I2R3減小，選項A正確，B錯誤；電路中的總電流減小，由U＝E－Ir知電源的路端電壓U增大，R

6、1、R2并聯(lián)部分的總電阻增大，電壓增大，通過R1的電流I1增大，而總電流I減小，則通過R2的電流I2減小，選項C正確，D錯誤． 法二：串反并同法 將滑動變阻器的滑片向a端移動，滑動變阻器接入電路中的電阻增大，與其串聯(lián)的電流表A2的示數(shù)減小，與其間接串聯(lián)的電源的總功率、R3消耗的功率均減小，A正確，B錯誤；與其間接并聯(lián)的電流表A1、電壓表V的示數(shù)均增大，C正確，D錯誤． 【變式】(多選)(2019·大連模擬)在如圖所示的電路中，電源的負(fù)極接地，其電動勢為E、內(nèi)電阻為r，R1、 R2為定值電阻，R3為滑動變阻器，、為理想電流表和電壓表．在滑動變阻器滑片P自a端向b端滑 動的過程中，下列說

7、法中正確的是 (　　) A．電壓表示數(shù)減小 B．電流表示數(shù)增大 C．電阻R2消耗的功率增大 D．a(chǎn)點(diǎn)的電勢降低 【答案】　BD 【解析】　基礎(chǔ)解法(程序法)：P由a端向b端滑動，其阻值減小，則總電阻減小，總電流增大，電阻R1兩端電壓增大，電壓表示數(shù)變大，A錯誤；電阻R2兩端的電壓U2＝E－I總(R1＋r)，I總增大，則U2減小，I2＝，I2減小，電流表的示數(shù)IA＝I總－I2增大，B正確；由P2＝IR2知P2減小，C錯誤；Uab＝φa－φb＝φa＝U2，故φa降低，D正確． 能力解法一(結(jié)論法)：由于R3減小，

8、R2與R3并聯(lián)，則U2、I2均減小，而P2＝IR2，知P2減小，C錯誤；Uab＝U2＝φa－φb＝φa減小，D正確；因為R1間接與R3串聯(lián)，故I1、U1均增大，故電壓表示數(shù)增大，A錯誤；根據(jù)IA＝I1－I2知IA增大，B正確． 能力解法二(極限法)：設(shè)滑片P滑至b點(diǎn)，則R3＝0，φa＝φb＝0，D正確；R2上電壓為零，則功率也為零，C錯誤；當(dāng)R3＝0時，總電阻最小，總電流最大，R1上電壓最大，故A錯誤；由于IA＝I1－I2，此時I1最大，I2＝0最小，故IA最大，B正確． 電路結(jié)構(gòu)變化下的動態(tài)分析 【例2】. (2019·安徽“江南”十校聯(lián)考)如圖所示的電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為R，

9、L1和L2為相同的燈泡，每個燈泡的電阻和定值電阻的阻值均為R，電壓表為理想電表，S為單刀雙擲開關(guān)，當(dāng)開關(guān)由1位置打到2位置時，下列說法中正確的是(　　) A．電壓表讀數(shù)將變小 B．L1亮度不變，L2將變暗 C．L1將變亮，L2將變暗 D．電源內(nèi)阻的發(fā)熱功率將變小 【答案】A. 【解析】開關(guān)在位置1時，外電路總電阻R總＝R，電壓表示數(shù)U＝E＝E，同理，每個燈泡兩端的電壓U1＝U2＝E，電源內(nèi)阻的發(fā)熱功率為P熱＝＝，開關(guān)在位置2時，外電路總電阻R′總＝R，電壓表示數(shù)U′＝E＝E，燈泡L1的電壓U′1＝E，L2的電壓U′2＝E，電源

10、內(nèi)阻的發(fā)熱功率為P′熱＝＝，綜上所述，電壓表讀數(shù)變小，故A正確；L1亮度不變，L2將變亮，故B、C錯誤；電源內(nèi)阻的發(fā)熱功率將變大，故D錯誤． 含容電路的動態(tài)分析 【例3】．(2019·石家莊模擬)在如圖所示的電路中，電源的負(fù)極接地，其電動勢為E、內(nèi)電阻為r，R1、R2為定值電阻，R3為滑動變阻器，C為電容器，A、V為理想電流表和電壓表．在滑動變阻器滑動頭P自a端向b端滑動的過程中，下列說法中正確的是(　　) A．電壓表示數(shù)變小 B．電流表示數(shù)變小 C．電容器C所帶電荷量增多 D．a(chǎn)點(diǎn)的電勢降低 【答案】D. 【解析】在滑動變阻器滑

11、動頭P自a端向b端滑動的過程中，變阻器接入電路的電阻減小，外電路總電阻 減小，干路電流I增大，電阻R1兩端電壓增大，則電壓表示數(shù)變大．電阻R2兩端的電壓U2＝E－I(R1＋r)， I增大，則U2變小，電容器兩板間電壓變小，其帶電荷量減?。鶕?jù)外電路中順著電流方向，電勢降低， 可知a點(diǎn)的電勢大于零．a(chǎn)點(diǎn)的電勢等于R2兩端的電壓，U2變小，則a點(diǎn)的電勢降低，通過R2的電流I2 減小，通過電流表的電流IA＝I－I2，I增大，I2減小，則IA增大，即電流表示數(shù)變大，A、B、C錯誤，D 正確． 【變式】如圖所示，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，閉合開關(guān)S，不考慮燈絲電阻隨溫度的變化，電流表、電

12、壓表均為理想電表，當(dāng)滑動變阻器的滑片由左端向右端滑動時，下列說法正確的是(　　) A．電流表讀數(shù)減小，小燈泡L1變暗 B．電壓表讀數(shù)變大 C．電流表讀數(shù)增大，小燈泡L2變暗 D．電容器所帶電荷量增大 【答案】B 【解析】將滑動變阻器的滑片由左端向右端滑動時，變阻器接入電路的電阻增大，其與小燈泡L1并聯(lián)的電阻增大，外電路總電阻增大，電流表讀數(shù)減小，小燈泡L2變暗，路端電壓U＝E－Ir增大，電壓表的讀數(shù)變大，選項B正確，C錯誤；小燈泡L1兩端的電壓U1＝E－I(r＋R2)增大，通過小燈泡L1的電流變大，小燈泡L1變亮，選項A錯

13、誤；通過小燈泡L2的電流減小，小燈泡L2兩端電壓變小，與小燈泡L2并聯(lián)的電容器兩端電壓減小，由Q＝CU可得電容器所帶電荷量減少，選項D錯誤． 電路故障的分析 【例4】．(多選)在探究電路故障時，某實驗小組設(shè)計了如圖所示的電路，當(dāng)開關(guān)閉合后，電路中的各用電器正常工作，經(jīng)過一段時間，發(fā)現(xiàn)小燈泡A的亮度變暗，小燈泡B的亮度變亮．則下列對電路故障的分析正確的是(　　) A．可能是定值電阻R1短路 B．可能是定值電阻R2斷路 C．可能是定值電阻R3斷路 D．可能是定值電阻R4短路 【答案】BC 【解析】.由于小燈泡A串聯(lián)于干路中，且故障發(fā)生后

14、小燈泡A變暗，可知電路中總電流變小，即電路總電阻變大，由此推知，故障應(yīng)為某一電阻斷路，排除選項A、D；若R2斷路，則R1和小燈泡B所在支路的電壓增大，而R2的斷路又使小燈泡B分配的電壓增大，故小燈泡B變亮，選項B對；若R3斷路，必引起與之并聯(lián)的支路(即R1所在支路)中電流增大，小燈泡B分得的電流也變大，小燈泡B變亮，故選項C對． 【變式】如圖所示的電路中，閉合開關(guān)S，燈L1、L2正常發(fā)光．由于電路出現(xiàn)故障，突然發(fā)現(xiàn)L1變亮，L 變暗，電流表的讀數(shù)變小，根據(jù)分析，發(fā)生的故障可能是 (　　) A．R1斷路　　 B．R2斷路 C．R3

15、短路 D．R4短路 【答案】A 【解析】等效電路如圖所示． 若R1斷路，總電阻變大，總電流減小，路端電壓變大，L1兩端電壓變大，L1變亮；ab部分電路結(jié)構(gòu)沒變，電流仍按原比例分配，總電流減小，通過L2、電流表的電流都減小，故A正確．若R2斷路，總電阻變大，總電流減小，ac部分電路結(jié)構(gòu)沒變，R1、L1中電流都減小，與題意相矛盾，故B錯誤．若R3短路或R4短路，總電阻減小，總電流增大，電流表中電流變大，與題意相矛盾，C、D錯誤，因此正確選項只有A. 熱點(diǎn)題型二 對閉合電路歐姆定律的理解和應(yīng)用 在恒流電路中常會涉及兩種U－I圖線，一種是電源的伏安特性曲線(

16、斜率為負(fù)值的直線)，另一種是電阻的伏安特性曲線(過原點(diǎn)的直線)．求解這類問題時要注意二者的區(qū)別． 電源U－I圖象 電阻U－I圖象 關(guān)系式 U＝E－Ir U＝IR 圖形 物理 意義 電源的路端電壓隨 電流的變化關(guān)系　 電阻兩端電壓與電阻中的電流的關(guān)系 截距 與縱軸交點(diǎn)表示電源電動勢E，與橫軸交點(diǎn)表示電源短路電流 過坐標(biāo)軸原點(diǎn)，表示沒有電壓時電流為零 坐標(biāo)U、I的乘積 表示電源的輸出功率 表示電阻消耗的功率 坐標(biāo)U、I的比值 表示外電阻的大小 表示該電阻的大小 斜率(絕對值) 電源電阻r的大小 若圖象為過原點(diǎn)的直線，圖象斜率表示電阻的大小

17、 兩曲線在同一坐標(biāo)系中的交點(diǎn) 表示電阻的工作點(diǎn)，即將電阻接在該電源上時，電阻中的電流和兩端的電壓 閉合電路歐姆定律的計算 【例5】．飛行器在太空飛行，主要靠太陽能電池提供能量．若有一太陽能電池板，測得它的開路電壓為800 mV，短路電流為40 mA.若將該電池板與一阻值為20 Ω的電阻器連成一閉合電路，則它的路端電壓是(　　) A．0.10 V B．0.20 V C．0.30 V D．0.40 V 【答案】D 【解析】.電源沒有接入外電路時，路端電壓值等于電源電動勢，所以電動勢E＝800 mV.由閉合電路歐姆定律得短路電流I短＝，所

18、以電源內(nèi)阻r＝＝ Ω＝20 Ω，該電源與20 Ω的電阻連成閉合電路時，電路中電流I＝＝ mA＝20 mA，所以路端電壓U＝IR＝400 mV＝0.4 V，D正確． 【變式】兩個相同的電阻R，當(dāng)它們串聯(lián)后接在電動勢為E的電源上，通過一個電阻的電流為I；若將它們并聯(lián)后仍接在該電源上，通過一個電阻的電流仍為I，則電源的內(nèi)阻為(　　) A．4R　　　 B．R C．D．無法計算 【答案】B 【解析】.當(dāng)兩電阻串聯(lián)接入電路中時I＝，當(dāng)兩電阻并聯(lián)接入電路中時I＝×，由以上兩式可得：r＝R，故選項B正確． 電源與電阻U－I圖象的對比 1．利用兩種圖象

19、解題的基本方法 利用電源的U－I圖象和電阻的U－I圖象解題，無論電阻的U－I圖象是線性還是非線性，解決此類問題的基本方法是圖解法，即把電源和電阻的U－I圖線畫在同一坐標(biāo)系中，圖線的交點(diǎn)坐標(biāo)的意義是電阻直接接在該電源兩端時工作電壓和電流，電阻的電壓和電流可求，其他的量也可求． 2．非線性元件有關(guān)問題的求解，關(guān)鍵在于確定其實際電壓和電流，確定方法如下： (1)先根據(jù)閉合電路歐姆定律，結(jié)合實際電路寫出元件的電壓U隨電流I的變化關(guān)系． (2)在原U－I圖象中，畫出U、I關(guān)系圖象． (3)兩圖象的交點(diǎn)坐標(biāo)即為元件的實際電流和電壓． (4)若遇到兩元件串聯(lián)或并聯(lián)在電路中，則要結(jié)合圖形看電壓之和

20、或電流之和確定其實際電流或?qū)嶋H電壓的大?。? 【例6】．(多選) 如圖所示的U－I圖象中，直線Ⅰ為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，直線Ⅱ為某一電阻R的U－I 圖線，用該電源直接與電阻R連接成閉合電路，由圖象可知(　　) A．R的阻值為1.5 Ω B．電源電動勢為3 V，內(nèi)阻為0.5 Ω C．電源的輸出功率為3.0 W D．電源內(nèi)部消耗功率為1.5 W 【答案】AD 【解析】.由于電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線Ⅰ和電阻R的U－I圖線Ⅱ都為直線，所以電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線Ⅰ的斜率的絕對值等于電源內(nèi)阻，r＝1.5 Ω；電阻R的U

21、－I圖線Ⅱ的斜率等于電阻R的阻值，R＝1.5 Ω，選項A正確，B錯誤；電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線和電阻R的U－I圖線交點(diǎn)縱、橫坐標(biāo)的乘積表示電源的輸出功率，電源的輸出功率為P＝UI＝1.5×1.0 W＝1.5 W，選項C錯誤；由EI＝P＋Pr解得電源內(nèi)部消耗的功率為Pr＝EI－P＝3.0×1.0 W－1.5 W＝1.5 W，選項D正確． 【變式】(2019·南昌模擬)如圖所示，圖線甲、乙分別為電源和某金屬導(dǎo)體的U-I圖線，電源的電動勢和內(nèi)阻分別用E、r表示，根據(jù)所學(xué)知識分析下列選項正確的是 (　　) A．E＝50 V B．r＝ Ω C．當(dāng)該導(dǎo)體直

22、接與該電源相連時，該導(dǎo)體的電阻為 20 Ω D．當(dāng)該導(dǎo)體直接與該電源相連時，電路消耗的總功率為80 W 【答案】AC 【解析】由圖象的物理意義可知電源的電動勢E＝50 V，內(nèi)阻r＝＝ Ω＝5 Ω，故A正確，B錯誤；該導(dǎo)體與該電源相連時，電阻的電壓、電流分別為U＝40 V，I＝2 A，則R＝＝20 Ω，此時，電路消耗的總功率P總＝EI＝100 W，故C正確，D錯誤． 熱點(diǎn)三　電功　電功率　電熱　熱功率 1.電功和電熱、電功率和熱功率的區(qū)別與聯(lián)系 意義 公式 聯(lián)系 電功 電流在一段電路中所做的功 W＝UIt 對純電阻電路，電功等于電熱，W＝Q＝UIt＝I2Rt；對非

23、純電阻電路，電功大于電熱，W＞Q 電熱 電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量 Q＝I2Rt 電功率 單位時間內(nèi)電流所做的功 P＝UI 對純電阻電路，電功率等于熱功率，P電＝P熱＝UI＝I2R；對非純電阻電路，電功率大于熱功率，P電＞P熱 熱功率 單位時間內(nèi)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量 P＝I2R 2.非純電阻電路的分析方法 (1)抓住兩個關(guān)鍵量：確定電動機(jī)的電壓UM和電流IM是解決所有問題的關(guān)鍵．若能求出UM、IM，就能確定電動機(jī)的電功率P＝UMIM，根據(jù)電流IM和電動機(jī)的電阻r可求出熱功率Pr＝Ir，最后求出輸出功率P出＝P－Pr. (2)堅持“躲著”求解UM、IM：首先，對其他純電阻電路、電

24、源的內(nèi)電路等，利用歐姆定律進(jìn)行分析計算，確定相應(yīng)的電壓或電流．然后，利用閉合電路的電壓關(guān)系、電流關(guān)系間接確定非純電阻電路的工作電壓和電流． (3)應(yīng)用能量守恒定律分析：要善于從能量轉(zhuǎn)化的角度出發(fā)，緊緊圍繞能量守恒定律，利用“電功＝電熱＋其他能量”尋找等量關(guān)系求解． 【例7】　(多選)(2019·安徽六安模擬)如圖所示，一臺電動機(jī)提著質(zhì)量為m的物體，以速度v勻速上升，已 知電動機(jī)線圈的電阻為R，電源電動勢為E，通過電源的電流為I，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，忽略一切阻力及 導(dǎo)線電阻，則 (　　) A．電源內(nèi)阻r＝－R B．電源內(nèi)阻r＝－－R C．如果電動機(jī)轉(zhuǎn)

25、軸被卡住而停止轉(zhuǎn)動，較短時間內(nèi)電源消耗的功率將變大 D．如果電動機(jī)轉(zhuǎn)軸被卡住而停止轉(zhuǎn)動，較短時間內(nèi)電源消耗的功率將變小 【答案】　BC 【解析】]　含有電動機(jī)的電路不是純電阻電路，歐姆定律不再適用，A錯誤；由能量守恒定律可得EI＝I2r＋mgv＋I(xiàn)2R，解得r＝－－R，B正確；如果電動機(jī)轉(zhuǎn)軸被卡住，則E＝I′(R＋r)，電流增大，較短時間內(nèi)，電源消耗的功率變大，較長時間的話，會出現(xiàn)燒壞電源的現(xiàn)象，C正確，D錯誤． 【變式】如圖，電路中電源電動勢為3.0 V，內(nèi)阻不計，L1、L2、L3為三個相同規(guī)格的小燈泡，小燈泡的伏 安特性曲線如圖所示．當(dāng)開關(guān)閉合后，下列說法中正確的是 (　　)

26、 A．L1中的電流為L2中電流的2倍 B．L3的電阻約為1.875 Ω C．L3的電功率約為0.75 W D．L2和L3的總功率約為3 W 【答案】B 【解析】由圖象可知，燈泡兩端的電壓變化時，燈泡的電阻發(fā)生變化，L2和L3的串聯(lián)電阻并不是L1電阻的兩倍，根據(jù)歐姆定律知L1中的電流不是L2中電流的2倍，A錯誤；由于電源不計內(nèi)阻，所以L2和L3兩端的電壓均為1.5 V，由圖可知此時燈泡中的電流為I＝0.8 A，電阻R＝＝1.875 Ω，B正確；L3的電功率P＝UI＝1.5×0.8 W＝1.2 W，C錯誤；L2和L3的總功率P′＝2P＝2.4 W，D錯誤．

27、4.如圖所示，電源電動勢為12 V，電源內(nèi)阻為1.0 Ω，電路中的電阻R0為1.5 Ω，小型直流電動機(jī)M的內(nèi)阻 為0.5 Ω，閉合開關(guān)S后，電動機(jī)轉(zhuǎn)動，電流表的示數(shù)為2.0 A．則以下判斷中正確的是 (　　) A．電動機(jī)的輸出功率為14 W B．電動機(jī)兩端的電壓為7.0 V C．電動機(jī)產(chǎn)生的熱功率為4.0 W D．電源輸出的功率為24 W 【答案】B 【解析】由題意得電動機(jī)兩端的電壓U＝E－I(R0＋r)＝7 V，則電動機(jī)的輸入功率P＝UI＝14 W．熱功率P熱＝I2RM＝2 W，則輸出功率P出＝P－P熱＝12 W．電源的輸

28、出功率P′＝EI－I2r＝20 W，故B正確，A、C、D錯誤． 熱點(diǎn)題型四 電源的功率和效率 電源總功率 任意電路：P總＝EI＝P出＋P內(nèi) 電源內(nèi)部消耗的功率 純電阻電路：P總＝I2(R＋r)＝ P內(nèi)＝I2r＝P總－P出 電源的輸出功率 任意電路：P出＝UI＝P總－P內(nèi) 純電阻電路：P出＝I2R＝ P出與外電阻R的關(guān)系 電源的效率 任意電路：η＝×100%＝×100% 純電阻電路：η＝×100% 電源輸出功率的極值問題的處理方法 對于電源輸出功率的極值問題，可以采用數(shù)學(xué)中求極值的方法，也可以采用電源的輸出功率隨外電阻的變化規(guī)律來求解．但應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)待求

29、的最大功率對應(yīng)的電阻值不能等于等效電源的內(nèi)阻時，此時的條件是當(dāng)電阻值最接近等效電源的內(nèi)阻時，電源的輸出功率最大．假設(shè)一電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，外電路有一可調(diào)電阻R，電源的輸出功率為： P出＝I2R＝＝. 由以上表達(dá)式可知電源的輸出功率隨外電路電阻R的變化關(guān)系為： (1)當(dāng)R＝r時，電源的輸出功率最大，為Pm＝； (2)當(dāng)R＞r時，隨著R的增大，電源的輸出功率越來越??； (3)當(dāng)R＜r時，隨著R的增大，電源的輸出功率越來越大； (4)當(dāng)P出＜Pm時，每個輸出功率對應(yīng)兩個外電阻阻值R1和R2，且R1R2＝r2.　 【例7】(2019·西安模擬)如圖所示，E＝8 V，r＝2 Ω，

30、R1＝8 Ω，R2為變阻器接入電路中的有效阻值，問： (1)要使變阻器獲得的電功率最大，則R2的取值應(yīng)是多大？這時R2的功率是多大？ (2)要使R1得到的電功率最大，則R2的取值應(yīng)是多大？R1的最大功率是多大？這時電源的效率是多大？ (3)調(diào)節(jié)R2的阻值，能否使電源以最大的功率輸出？為什么？ 【答案】(1)10 Ω　1.6 W　(2)0　5.12 W　80%(3)不能　理由見解析 【解析】(1)將R1和電源(E，r)等效為一新電源，則 新電源的電動勢E′＝E＝8 V 內(nèi)阻r′＝r＋R1＝10 Ω，且為定值 利用電源的輸出功率隨外電阻變化的結(jié)論知，當(dāng)R2＝r′＝10 Ω時，

31、R2有最大功率，即 P2max＝＝ W＝1.6 W. (2)因R1是定值電阻，所以流過R1的電流越大，R1的功率就越大．當(dāng)R2＝0時，電路中有最大電流，即 Imax＝＝0.8 A R1的最大功率 P1max＝IR1＝5.12 W 這時電源的效率 η＝×100%＝80%. (3)不能．因為即使R2＝0，外電阻R1也大于r，不可能有的最大輸出功率．本題中，當(dāng)R2＝0時，外電路得到的功率最大． 【變式】將一電源與一電阻箱連接成閉合回路，測得電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線如圖 所示，由此可知 (　　) A．電源最大輸出功率可能大于45 W B．電源內(nèi)阻

32、一定等于5 Ω C．電源電動勢為45 V D．電阻箱所消耗功率P最大時，電源效率大于50% 【答案】B 【解析】由于題述將一電源與一電阻箱連接成閉合回路，電阻箱所消耗功率P等于電源輸出功率．由電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線可知，電阻箱所消耗功率P最大為45 W，所以電源最大輸出功率為45 W，選項A錯誤；由電源輸出功率最大的條件可知，電源輸出功率最大時，外電路電阻等于電源內(nèi)阻，所以電源內(nèi)阻一定等于5 Ω，選項B正確；由電阻箱所消耗功率P最大值為45 W可知，此時電阻箱讀數(shù)為R＝5 Ω，電流I＝＝3 A，電源電動勢E＝I(R＋r)＝30 V

33、，選項C錯誤；電阻箱所消耗功率P最大時，電源效率為50%，選項D錯誤． 【變式2】圖甲為某元件R的U－I特性曲線，把它連接在圖乙所示電路中．已知電源電動勢E＝5 V，內(nèi)阻r＝1.0 Ω，定值電阻R0＝4 Ω.閉合開關(guān)S后，求： (1)該元件的電功率； (2)電源的輸出功率． 【答案】(1)1.2 W　(2)1.84 W 【解析】設(shè)非線性元件的電壓為U，電流為I，由歐姆定律得：U＝E－I(R0＋r)，代入數(shù)據(jù)得U＝5－5I 在U－I圖象中畫出U＝E′－Ir′＝5－5I圖線 如圖所示，兩圖線交點(diǎn)坐標(biāo)為(0.4 A，3.0 V)． (1)該元件的電功率 PR＝UI＝3.0×

34、0.4 W＝1.2 W. (2)電源的輸出功率 P＝PR0＋PR＝I2R0＋PR＝0.42×4 W＋1.2 W＝1.84 W. 【題型演練】 1．如圖所示，關(guān)于閉合電路，下列說法正確的是(　　) A．電源正、負(fù)極被短路時，電流很大 B．電源正、負(fù)極被短路時，電壓表示數(shù)最大 C．外電路斷路時，電壓表示數(shù)為零 D．外電路電阻增大時，電壓表示數(shù)減小 【答案】A 【解析】電源被短路時，電源電流為I＝，由于電源內(nèi)阻很小，故電流很大，故選項A正確；電源被短路時，外電阻R＝0，電源電流為I＝，故電壓表示數(shù)為U＝IR＝0，故選項B錯誤；外電路斷路時，

35、外電阻R→∞，故電壓表示數(shù)為U＝E，故選項C錯誤；電壓表示數(shù)為U＝，外電路電阻R增大時，電壓表示數(shù)也增大，故選項D錯誤． 2．如圖所示，直線A為某電源的U-I圖線，曲線B為某小燈泡的U-I圖線，用該電源和小燈泡組成閉合電路時，電源的輸出功率和電源的總功率分別是(　　) A．4 W,8 W B．2 W,4 W C．2 W,3 W D．4 W,6 W 【答案】D 【解析】用該電源和小燈泡組成閉合電路時，電源的輸出功率是UI＝2×2 W＝4 W，電源的總功率是EI＝3×2 W＝6 W，選項D正確． 3．如圖所示，已知電源電動勢為6

36、V，內(nèi)阻為1 Ω，保護(hù)電阻R0＝0.5 Ω，則當(dāng)保護(hù)電阻R0消耗的電功率最大時，這個電阻箱R的讀數(shù)和電阻R0消耗的電功率的最大值為(　　) A．1 Ω，4 W　　　 B．1 Ω，8 W C．0,8 W D．0.5 Ω，8 W 【答案】C 【解析】保護(hù)電阻消耗的功率為P0＝，因R0和r是常量，而R是變量，所以R最小時，P0最大，即R＝0時，P0max＝＝ W＝8 W，故選項C正確． 4．(2019·湖南十校聯(lián)考)如圖所示為某閉合電路電源的輸出功率隨電流變化的圖象，由此圖象可以判斷(　　) A．電源的內(nèi)耗功率最大為9 W

37、 B．電源的效率最大為50% C．輸出功率最大時，外電路的總電阻為4 Ω D．電源的電動勢為12 V 【答案】D 【解析】由題圖可知，當(dāng)電流為1.5 A時電源的輸出功率最大，這時內(nèi)耗功率等于輸出功率，為9 W，電源的效率為50%，這時電源的總功率為18 W，根據(jù)P＝IE，可求得電源的電動勢為12 V，D項正確；由Pr＝I2r可知，電源的內(nèi)阻為4 Ω，由于不確定外電路是不是純電阻電路，因此C項錯誤；隨著電流的增大，內(nèi)耗功率增大，A項錯誤；隨著電流的減小，電源的效率增大，B項錯誤． 5．(2019·河北石家莊模擬)在如圖所示電路中，L1、L2為兩只完全相同、阻值恒定的

38、燈泡，R為光敏電阻(光照越強(qiáng)，阻值越小)．閉合電鍵S后，隨著光照強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)(　　) A．L1逐漸變暗，L2逐漸變亮 B．L1逐漸變亮，L2逐漸變暗 C．電源內(nèi)電路消耗的功率逐漸減小 D．光敏電阻R和L1消耗的總功率逐漸增大 【答案】A 【解析】當(dāng)光照增強(qiáng)時，光敏電阻的阻值減小，電路的總電阻減小，由閉合電路歐姆定律可得，電路中總電流增大，則L2逐漸變亮，U內(nèi)＝Ir增大，由U＝E－Ir可知，路端電壓減小，L2兩端的電壓增大，則L1兩端的電壓減小，故L1逐漸變暗，故選項A正確，B錯誤；電路中總電流增大，由P＝I2r知電源內(nèi)電路消耗功率逐漸增大，故選項C錯

39、誤；將L2看成電源內(nèi)電路的一部分，光敏電阻R和L1消耗的總功率是等效電源的輸出功率，由于等效電源的內(nèi)阻大于外電阻，所以當(dāng)光敏電阻的阻值減小，即外電阻減小時，等效電源的內(nèi)、外電阻相差更大，輸出功率減小，則光敏電阻R和L1消耗的總功率逐漸減小，故選項D錯誤． 6.(2019·河南南陽模擬)硅光電池是一種太陽能電池，具有低碳環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)．如圖所示，圖線a是該電池在某光照強(qiáng)度下路端電壓U和電流I的關(guān)系圖象(電池內(nèi)阻不是常量)，圖線b是某電阻R的U－I圖象．在該光照強(qiáng)度下將它們組成閉合回路時，硅光電池的內(nèi)阻為(　　) A．5.5 Ω B．7.0 Ω

40、 C．12.0 Ω D．12.5 Ω 【答案】A 【解析】.由歐姆定律得U＝E－Ir，當(dāng)I＝0時，E＝U，由圖線a與縱軸的交點(diǎn)讀出電源的電動勢為E＝3.6 V，根據(jù)兩圖線交點(diǎn)處的狀態(tài)可知，電阻的電壓為U＝2.5 V，電流為I＝0.2 A，則硅光電池的內(nèi)阻為r＝＝ Ω＝5.5 Ω，故選項A正確． 7．(2019·重慶江津中學(xué)模擬)兩位同學(xué)在實驗室利用如圖甲所示的電路測定值電阻R0、電源的電動勢E和內(nèi)電阻r，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑動觸頭P向某一方向移動時，一個同學(xué)記錄了電流表A和電壓表V1的測量數(shù)據(jù)，另一同學(xué)記錄的是電流表A和電壓表V2的測量數(shù)據(jù)．根據(jù)數(shù)據(jù)描繪了如圖乙所示的兩條U－I

41、直線．則圖象中兩直線的交點(diǎn)表示的物理意義是(　　) A．滑動變阻器的滑動頭P滑到了最右端 B．電源的輸出功率最大 C．定值電阻R0上消耗的功率為1.0 W D．電源的效率達(dá)到最大值 【答案】B. 【解析】由圖乙可得，電源的電動勢E＝1.5 V，r＝1 Ω，交點(diǎn)位置：R＋R0＝＝2 Ω，R0＝＝2 Ω，R＝0，滑動變阻器的滑動頭P滑到了最左端，A項錯誤；當(dāng)電路中外電阻等于內(nèi)電阻時，電源輸出功率最大，但本題R0>r，改變滑動變阻器時無法達(dá)到電路中內(nèi)、外電阻相等，此時當(dāng)外電阻越接近內(nèi)電阻時，電源輸出功率越大，B項正確；R0消耗的功率P＝IU2＝0.

42、5 W，C項錯誤；電源的效率η＝，電流越小效率越大，可見滑動變阻器的滑動頭P滑到最右端時效率最大，D項錯誤． 8.．(2019·河北滄州模擬)在如圖所示的電路中，電源電動勢E＝3 V，內(nèi)電阻r＝1 Ω，定值電阻R1＝3 Ω，R2＝2 Ω，電容器的電容C＝100 μF，則下列說法正確的是(　　) A．閉合開關(guān)S，電路穩(wěn)定后電容器兩端的電壓為1.5 V B．閉合開關(guān)S，電路穩(wěn)定后電容器所帶電荷量為3.0×10－4 C C．閉合開關(guān)S，電路穩(wěn)定后電容器極板a所帶電荷量為1.5×10－4 C D．先閉合開關(guān)S，電路穩(wěn)定后斷開開關(guān)S，通過電阻R1的電荷量為3.0×10－4 C 【答案】A

43、C 【解析】閉合開關(guān)S，電路穩(wěn)定后電流I＝＝0.5 A，電容器兩端的電壓為U＝IR1＝1.5 V，選項A正確；電路穩(wěn)定后電容器所帶電荷量Q＝CU＝100×10－6×1.5 C＝1.5×10－4 C，選項B錯誤，C正確；先閉合開關(guān)S，電路穩(wěn)定后斷開開關(guān)S，電容器C通過電阻R1放電，通過電阻R1的電荷量為1.5×10－4 C，選項D錯誤． 9(2019·廣東華南三校聯(lián)考)如圖所示電路，電源內(nèi)阻不能忽略，R1阻值小于變阻器的總電阻，初態(tài)滑片P位于變阻器的中點(diǎn)，P由中點(diǎn)向上移動到頂端的過程中(　　) A．電源的內(nèi)功率先減小后增大 B．電源的效率先減小后增大 C．電流表的

44、示數(shù)先減小后增大 D．電壓表的示數(shù)先增大后減小 【答案】AD 【解析】因R1阻值小于變阻器的總電阻，則知在滑片P由中點(diǎn)向上移動的過程中，并聯(lián)電路的總電阻R并先增大后減小，電路中總電流I總＝先減小后增大，電源的內(nèi)功率P內(nèi)＝I總2R內(nèi)先減小后增大，A項正確．電源的效率η＝＝＝先增大后減小，B項錯誤．在滑片P由中點(diǎn)向上移動到頂端的過程中，因R1與滑動變阻器上部分電阻之和逐漸減小，由“串反并同”可知，電流表的示數(shù)一直增大，C項錯誤．電壓表的示數(shù)U＝E＝先增大后減小，D項正確． 10.如圖所示，直線Ⅰ、Ⅱ分別是電源1與電源2的路端電壓隨輸出電流變化的特性圖線，曲線Ⅲ是一個小燈泡

45、的伏安特性曲線，曲線Ⅲ與直線Ⅰ、Ⅱ相交點(diǎn)的坐標(biāo)分別為P(5.2，3.5)、Q(6，5)．如果把該小燈泡分別與電源1、電源2單獨(dú)連接，則下列說法正確的是(　　) A．電源1與電源2的內(nèi)阻之比是3∶2 B．電源1與電源2的電動勢之比是1∶1 C．在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡的電阻之比是1∶2 D．在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡消耗的功率之比是7∶10 【答案】AB. 【解析】根據(jù)題圖可知，E1＝E2＝10 V，r1＝ Ω，r2＝ Ω，所以r1∶r2＝3∶2，E1∶E2＝1∶1，選項A、B正確；曲線Ⅲ與其他兩條直線的交點(diǎn)坐標(biāo)分別表示該小燈泡在這兩種連接狀態(tài)下的工作電流和工作電壓，根據(jù)坐標(biāo)值可求出此時小燈泡消耗的功率分別為P1＝18.2 W和P2＝30 W，小燈泡的電阻分別為R1＝ Ω，R2＝ Ω，所以選項C、D錯誤． 19