2025高考物理步步高同步練習(xí)必修3第十二章　章末檢測(cè)試卷(四)含答案

2025高考物理步步高同步練習(xí)必修3第十二章章末檢測(cè)試卷(四)(滿分：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共8小題，每小題4分，共32分)1．關(guān)于電動(dòng)勢(shì)，下列說法正確的是()A．電源電動(dòng)勢(shì)等于電源正、負(fù)極之間的電勢(shì)差B．用電壓表直接測(cè)量電源兩極間電壓得到的數(shù)值，實(shí)際上總略大于電源電動(dòng)勢(shì)的準(zhǔn)確值C．電源電動(dòng)勢(shì)總等于內(nèi)、外電路上的電壓之和，所以它的數(shù)值與外電路的組成有關(guān)D．電源電動(dòng)勢(shì)越大說明電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)越大答案D解析電源電動(dòng)勢(shì)等于電源沒有接入電路時(shí)正、負(fù)兩極間的電勢(shì)差，故A錯(cuò)誤；當(dāng)用電壓表直接測(cè)量電源兩極電壓時(shí)，因電源有內(nèi)阻，內(nèi)電路有電壓，所以電壓表測(cè)得的電壓數(shù)值略小于電源電動(dòng)勢(shì)的準(zhǔn)確值，故B錯(cuò)誤；電源電動(dòng)勢(shì)是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量，只與電源本身有關(guān)，與外電路無關(guān)，電源電動(dòng)勢(shì)越大，電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)越大，故C錯(cuò)誤，D正確．2．有三個(gè)用電器，分別為日光燈、電烙鐵和電風(fēng)扇，它們的額定電壓和額定功率均為“220V60W”．現(xiàn)讓它們?cè)陬~定電壓下工作相同時(shí)間，產(chǎn)生的熱量()A．日光燈最多 B．電烙鐵最多C．電風(fēng)扇最多 D．一樣多答案B解析電烙鐵是純電阻用電器，即以發(fā)熱為目的，電流通過它就是用來產(chǎn)生熱量的，而日光燈和電風(fēng)扇是非純電阻用電器，電流通過它們時(shí)產(chǎn)生的熱量很少，電能主要轉(zhuǎn)化為其他形式的能(光能和葉片動(dòng)能)．綜上所述，B正確．3.在如圖所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，R1、R2為定值電阻，電流表、電壓表均為理想電表，現(xiàn)使R3阻值增大，則()A．電壓表讀數(shù)變大 B．電流表讀數(shù)變大C．R1兩端的電壓升高 D．流過R2的電流減小答案A解析由題圖可知，R2與R3并聯(lián)，再與R1串聯(lián)，當(dāng)R3阻值增大時(shí)，電路中總阻值增大，由閉合電路歐姆定律可知，電路中總電流減小，故電流表示數(shù)減小，故B錯(cuò)誤；總電流減小，由U＝E－Ir可知，路端電壓增大，電壓表示數(shù)增大，故A正確；因總電流減小，故R1兩端的電壓降低，故C錯(cuò)誤；因內(nèi)電壓以及R1兩端的電壓降低，故并聯(lián)部分電壓升高，R2中電流增大，故D錯(cuò)誤．4.(2022·黑龍江賓縣第二中學(xué)高二期末)如圖所示，直線A為電源的U－I圖線，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，曲線B為燈泡的U－I圖線，現(xiàn)將該小燈泡接在該電源兩端，此時(shí)燈泡電阻為R，則以下說法正確的是()A．R＝2ΩB．E＝3V，r＝0.5ΩC．電源的輸出功率為6WD．含有燈泡的電路是非純電阻電路答案B解析由歐姆定律得燈泡電阻R＝eq\f(U,I)＝1Ω，故A錯(cuò)誤；由題圖可得，電源電動(dòng)勢(shì)為E＝3V，內(nèi)阻r＝eq\f(3－0,6－0)Ω＝0.5Ω，故B正確；此時(shí)電源的輸出功率P＝UI＝2×2W＝4W，故C錯(cuò)誤；燈泡將所消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為焦耳熱，含有燈泡的電路是純電阻電路，故D錯(cuò)誤．5.(2022·云南丘北縣第一中學(xué)校高二開學(xué)考試)如圖所示的電路中，閉合開關(guān)后各元件處于正常工作狀態(tài)，當(dāng)某燈泡突然出現(xiàn)故障時(shí)，電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變大．下列關(guān)于故障原因或故障后其他物理量的變化情況的說法中正確的是()A．L1燈絲突然短路B．L2燈絲突然燒斷C．電源的輸出功率一定變小D．電容器C上電荷量減少答案B解析電流表在干路上，讀數(shù)變小，說明總電阻變大．L1燈絲突然短路，總電阻減小，電流表讀數(shù)變大，A錯(cuò)誤；L2燈絲突然燒斷，總電阻增大，電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變大，B正確；電源的輸出功率P＝UI，電壓增大而電流減小，輸出功率不一定變小，C錯(cuò)誤；電流表讀數(shù)變小，L1的分壓減小，并聯(lián)支路的電壓增大，電容器兩端的電壓增大，根據(jù)Q＝CU知電容器的帶電荷量增大，D錯(cuò)誤．6.如圖所示，一直流電動(dòng)機(jī)與阻值R＝9Ω的電阻串聯(lián)在電源上，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝30V，內(nèi)阻r＝1Ω，閉合開關(guān)，用理想電壓表測(cè)出電動(dòng)機(jī)兩端電壓U＝10V，已知電動(dòng)機(jī)線圈的電阻RM＝1Ω，則下列說法中正確的是()A．通過電動(dòng)機(jī)的電流為10AB．電動(dòng)機(jī)的輸入功率為2WC．電源的輸出功率為4WD．電動(dòng)機(jī)的輸出功率為16W答案D解析由E＝30V，電動(dòng)機(jī)兩端電壓為10V可得電阻R和電源內(nèi)阻上分擔(dān)的電壓為20V，則I＝eq\f(U′,R＋r)＝eq\f(20,9＋1)A＝2A，故A錯(cuò)誤；電動(dòng)機(jī)的輸入功率P＝UI＝10×2W＝20W，故B錯(cuò)誤；電源的熱功率Pr＝I2r＝22×1W＝4W，電源的輸出功率為P出＝IE－Pr＝(2×30－4)W＝56W，故C錯(cuò)誤；電動(dòng)機(jī)的熱功率P熱＝I2RM＝22×1W＝4W，電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出′＝P－P熱＝20W－4W＝16W，故D正確．7.(2022·浙江高二期中)如圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r，C為電容器，R1和R2為定值電阻，R3為光敏電阻(電阻隨光照強(qiáng)度的增大而減小)，A為理想電流表，G為靈敏電流計(jì)，當(dāng)開關(guān)S閉合且電路穩(wěn)定后，在逐漸增大對(duì)R3的光照強(qiáng)度的過程中()A．R1兩端電壓減小B．A表的示數(shù)變小C．電源的效率一定變小D．G表中有從a至b的電流答案C解析增大對(duì)R3的光照強(qiáng)度，其電阻減小，電路總電阻減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，電路中的干路電流增大，則A表的示數(shù)變大，故B錯(cuò)誤；由η＝eq\f(UI,EI)＝eq\f(U,E)＝eq\f(E－Ir,E)知，電源的效率一定變小，故C正確；因?yàn)楦陕冯娏髟龃?，所以電源?nèi)電壓和R1兩端電壓增大，由閉合電路歐姆定律U并＝E－I(R1＋r)可知，并聯(lián)部分電壓減小，即電容器兩端電壓減小，所以電容器處于放電過程，G表中有從b至a的電流，故A、D錯(cuò)誤．8．如圖甲所示電路，電源E＝12V，內(nèi)阻不計(jì)，燈泡L的額定電壓為9V，其伏安特性曲線如圖乙所示，滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為10Ω.則()A．燈泡L的阻值隨電流的增大而減小B．燈泡L消耗電功率的最小值是4WC．滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值應(yīng)至少為6ΩD．燈泡L的額定功率為13.5W答案D解析I－U圖線上各點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率等于電阻的倒數(shù)，則燈泡L的阻值隨電流的增大而增大，所以A錯(cuò)誤；由題圖乙可知，U＝9V時(shí)，電流等于1.5A，則燈泡的額定功率為P＝UI＝9×1.5W＝13.5W，所以D正確；由R＝eq\f(E－U,I)＝eq\f(12－9,1.5)Ω＝2Ω，則滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值至少為2Ω，所以C錯(cuò)誤；當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為10Ω時(shí)，回路中的電流最小，燈泡消耗的功率最小，此時(shí)燈泡兩端的電壓為U＝E－IR＝12－10I，在I－U圖線中作出該直線，如圖所示，兩線的交點(diǎn)坐標(biāo)就是燈泡的實(shí)際電壓、電流，則此時(shí)燈泡的最小功率為Pmin＝UminImin＝2×1.0W＝2W，所以B錯(cuò)誤．二、多項(xiàng)選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分)9．一閉合電路中的電源電動(dòng)勢(shì)恒定，下列說法中正確的是()A．路端電壓一定大于內(nèi)電路的電壓B．路端電壓隨外電阻的增大而增大C．外電路斷路時(shí)，路端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)D．外電路短路時(shí)，路端電壓為零答案BCD解析根據(jù)閉合電路歐姆定律知，路端電壓為：U＝IR＝eq\f(E,R＋r)R，當(dāng)內(nèi)電阻大于外電阻時(shí)，路端電壓小于內(nèi)電路的電壓，故A錯(cuò)誤；根據(jù)路端電壓U＝eq\f(E,R＋r)R＝eq\f(E,1＋\f(r,R))，可知路端電壓與R不成正比，但隨外電阻增大而增大，故B正確；外電路斷路時(shí)，電路中電流I為零，內(nèi)電壓為零，路端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)，故C正確；外電路短路時(shí)，電源內(nèi)電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)，路端電壓為零，故D正確．10.如圖所示，曲線C1、C2分別是純電阻電路中，內(nèi)、外電路消耗的電功率隨電流變化的圖線．由該圖可知下列說法中正確的是()A．電源的電動(dòng)勢(shì)為4VB．電源的內(nèi)電阻為1ΩC．電源輸出功率最大值為8WD．電源被短路時(shí)，電源消耗的最大功率可達(dá)16W答案ABD解析由題圖圖線的交點(diǎn)可知PR＝I2R＝Pr＝I2r＝4W，而I＝2A，故R＝r＝1Ω，E＝I(R＋r)＝4V，A、B正確；電源被短路時(shí)，電源消耗的最大功率Pr′＝eq\f(E2,r)＝16W，D正確；電源輸出的最大功率為Pmax＝eq\f(E2,4r)＝4W，C錯(cuò)誤．11.(2022·江西上高二中高二階段練習(xí))如圖所示，電路中定值電阻阻值R大于電源內(nèi)阻r，閉合開關(guān)K，將滑動(dòng)變阻器滑片向下滑動(dòng)，理想電壓表V1、V2、V3示數(shù)變化量的絕對(duì)值分別為ΔV1、ΔV2、ΔV3，理想電流表示數(shù)變化量的絕對(duì)值為ΔI，則下列結(jié)論正確的是()A．A的示數(shù)減小B．V2的示數(shù)減小C．|ΔV3|與|ΔI|的比值等于rD．|ΔV1|與|ΔI|的比值大于|ΔV2|與|ΔI|的比值答案BD解析根據(jù)理想電壓表電阻無窮大，相當(dāng)于斷路，理想電流表電阻為零，相當(dāng)于短路，所以R與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表V1、V2、V3分別測(cè)R、路端電壓、變阻器電壓，當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片向下滑動(dòng)時(shí)，接入電路的電阻減小，電路電流增大，則A的示數(shù)增大，A錯(cuò)誤；電路中電流增大，電源的內(nèi)電壓增大，則路端電壓減小，所以V2的示數(shù)減小，B正確；根據(jù)閉合電路歐姆定律得U3＝E－I(R＋r)，則得eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU3,ΔI)))＝R＋r>r，則|ΔV3|和|ΔI|的比值大于r，C錯(cuò)誤；根據(jù)閉合電路歐姆定律得U2＝E－Ir，則得eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU2,ΔI)))＝r，eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU1,ΔI)))＝R，又R>r，則eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU1,ΔI)))>eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU2,ΔI)))，故|ΔV1|與|ΔI|的比值大于|ΔV2|與|ΔI|的比值，D正確．12.如圖所示的電路，閉合開關(guān)，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，L2變暗，電流表的讀數(shù)變小，根據(jù)分析，發(fā)生的故障不可能是()A．R1斷路 B．R2斷路C．R3短路 D．R4短路答案BCD解析等效電路如圖所示：若R1斷路，總外電阻變大，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、R4的電流都減小，故A符合題意；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，電流仍按原比例分配，R1、L1中電流都減小，與題意相矛盾，故B不符合題意；若R3短路或R4短路，總電阻減小，總電流增大，A中電流變大，與題意相矛盾，故C、D不符合題意．三、非選擇題(本題共5小題，共52分)13.(8分)(2022·株洲二中高二階段練習(xí))物理興趣小組成員根據(jù)手頭的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)了如圖所示的歐姆表電路，通過調(diào)節(jié)開關(guān)S，可使歐姆表具有“×1”和“×10”的兩種倍率，可用器材如下：A．干電池(電動(dòng)勢(shì)E＝1.5V，內(nèi)阻不計(jì))B．電流表G(滿偏電流Ig＝1mA，內(nèi)阻Rg＝90Ω)C．定值電阻R0(阻值為5.0Ω)D．滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為150Ω)E．定值電阻Ra、RbG．開關(guān)一個(gè)，紅、黑表筆各一支，導(dǎo)線若干(1)該興趣小組成員按照如圖所示電路圖連接好實(shí)驗(yàn)電路．當(dāng)開關(guān)S合向________(填“a”或“b”)時(shí)，歐姆表的倍率是“×10”倍率．(2)已知?dú)W姆表為“×1”倍率時(shí)的中值電阻為15Ω，則定值電阻Ra＝________Ω，Rb＝________Ω.(3)將開關(guān)S合向b，第一步：將紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1，電流表電流達(dá)到滿偏電流．第二步：在紅、黑表筆間接入待測(cè)電阻Rx，發(fā)現(xiàn)電流表指針指向eq\f(Ig,3)的位置，則待測(cè)電阻Rx＝________Ω.答案(1)b(2)19(3)300(每空2分)解析(1)把虛線框內(nèi)的電路等效成一個(gè)電流表，當(dāng)開關(guān)S合向a端時(shí)，滿偏電流為Ia，當(dāng)開關(guān)S合向b端時(shí)，滿偏電流為Ib，根據(jù)串并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知(Ia－Ig)Ra＝Ig(Rg＋Rb)，(Ib－Ig)(Ra＋Rb)＝IgRg可以看出Ia>Ib，當(dāng)開關(guān)S合向b時(shí)，歐姆表的倍率是“×10”倍率．(2)當(dāng)開關(guān)S合向a端時(shí)，則中值電阻為R中a＝15Ω，則Ia＝eq\f(E,R中a)＝eq\f(1.5,15)A＝100mA當(dāng)開關(guān)S合向b端時(shí)，則中值電阻為R中b＝150Ω，則Ib＝eq\f(E,R中b)＝eq\f(1.5,150)A＝10mA，聯(lián)立可解得Ra＝1Ω，Rb＝9Ω(3)根據(jù)閉合電路的歐姆定律得Ib＝eq\f(E,R中b)，在紅、黑表筆間接入待測(cè)電阻Rx，發(fā)現(xiàn)電流表指針指向eq\f(Ig,3)的位置，干路電流I＝eq\f(Ib,3)，則eq\f(1,3)Ib＝eq\f(E,R中b＋Rx)，解得Rx＝300Ω.14．(8分)(2022·天津靜海一中高二期末)(1)某同學(xué)要測(cè)量一新材料制成的均勻圓柱體的電阻(圓柱體的電阻約為6Ω)．①如圖所示，使用螺旋測(cè)微器測(cè)其直徑為________mm.②除待測(cè)圓柱體外，實(shí)驗(yàn)室還備有的實(shí)驗(yàn)器材如下，為了在設(shè)備安全的情況下多測(cè)幾組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，電壓表應(yīng)選A，電流表應(yīng)選______________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選______________．(填寫器材前對(duì)應(yīng)的序號(hào)字母)A．電壓表V1(量程3V，內(nèi)阻約為15kΩ)B．電壓表V2(量程15V，內(nèi)阻約為75kΩ)C．電流表A1(量程0.6A，內(nèi)阻約為1Ω)D．電流表A2(量程3A，內(nèi)阻約為0.2Ω)E．滑動(dòng)變阻器R1(0～5Ω，0.6A)F．滑動(dòng)變阻器R2(0～2000Ω，0.1A)G．1.5V的干電池兩節(jié)，內(nèi)阻不計(jì)H．開關(guān)S，導(dǎo)線若干③下圖所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖中最合理的是___________________________________________．(2)某同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量一塊銘牌數(shù)字模糊電池的電動(dòng)勢(shì)．①他先用多用表直流電壓10V擋直接接在該電池兩極粗測(cè)電動(dòng)勢(shì)，讀數(shù)如圖甲，讀出電源電動(dòng)勢(shì)為________V；②為了更準(zhǔn)確地測(cè)量該電池的電動(dòng)勢(shì)，他從實(shí)驗(yàn)室里找到了下列實(shí)驗(yàn)器材：A．電流表A1，量程0.6A，內(nèi)阻r1＝1.5ΩB．電流表A2，量程100mA，內(nèi)阻r2＝20ΩC．滑動(dòng)變阻器RL(0～5Ω)D．定值電阻R1＝5ΩE．定值電阻R2＝50ΩF．開關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線若干③該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)電路：a．定值電阻R應(yīng)當(dāng)選擇______；(填“R1”或“R2”)b．閉合電鍵，調(diào)整滑動(dòng)變阻器觸頭位置，把電流表A1的讀數(shù)記作I1，電流表A2的讀數(shù)記作I2，記錄多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：組別123456I1(A)0.540.480.430.390.370.35I2(mA)022.939.151.561.369.1c.在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，并作出該電路的I1－I2圖像如圖丙．d．根據(jù)圖丙得該電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________V．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)①1.847(1.846～1.848均可)(1分)②C(1分)E(1分)③A(1分)(2)①3.6(1分)③R1(1分)3.8(3.8～3.9均可)(2分)解析(1)①螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為1.5mm＋0.01×34.7mm＝1.847mm，②回路中的最大電流為I＝eq\f(E,R)＝eq\f(3,6)A＝0.5A，電流表選擇A1，故選C；為了測(cè)量多組數(shù)據(jù)，滑動(dòng)變阻器選擇分壓式接法，因此滑動(dòng)變阻器選擇R1，故選E；③為了測(cè)量多組數(shù)據(jù)，滑動(dòng)變阻器選擇分壓式接法，待測(cè)電阻阻值較小，為了減小誤差，選擇外接法，故選A；(2)①根據(jù)題圖甲，電源電動(dòng)勢(shì)為3.6V；③由于回路中最大電流不能超過0.6A，電動(dòng)勢(shì)約為3.6V，根據(jù)歐姆定律可知回路中最小電阻約為6Ω，為了保護(hù)電路，定值電阻選擇R1；根據(jù)閉合電路歐姆定律可知I1(r1＋R1＋r)＋I(xiàn)2r2＝E整理得I1＝eq\f(E,r1＋R1＋r)－eq\f(r2,r1＋R1＋r)I2根據(jù)圖像可知eq\f(E,r1＋R1＋r)＝0.54A，圖像斜率大?。篹q\f(r2,r1＋R1＋r)＝eq\f(0.54－0.34,70×10－3)≈2.86，聯(lián)立解得E≈3.8V.15．(10分)(2022·麗江市教育科學(xué)研究所高二期末)利用電動(dòng)機(jī)通過如圖所示的電路提升重物，已知電源電動(dòng)勢(shì)E＝6V，電源內(nèi)阻r＝1Ω，電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻r0＝2Ω，電阻R＝3Ω，重物質(zhì)量m＝0.10kg.當(dāng)電動(dòng)機(jī)以穩(wěn)定的速度勻速提升重物時(shí)，理想電壓表的示數(shù)為U＝5.5V．不計(jì)空氣阻力和摩擦，取g＝10m/s2.求：(1)電源的總功率；(2)電動(dòng)機(jī)的輸入功率P入；(3)重物勻速上升時(shí)的速度v.答案(1)3W(2)2W(3)1.5m/s解析(1)由閉合電路歐姆定律可得電路中的電流為I＝eq\f(E－U,r)＝0.5A，(2分)電源的總功率為P＝EI＝3W(1分)(2)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U2＝U－IR＝4V(2分)電動(dòng)機(jī)的輸入功率為P入＝U2I＝2W(1分)(3)電動(dòng)機(jī)的熱功率為P熱＝I2r0＝0.5W(1分)電動(dòng)機(jī)的輸出功率為P出＝P入－P熱＝1.5W，(1分)重物勻速上升時(shí)有P出＝mgv，(1分)解得v＝1.5m/s.(1分)16．(12分)如圖所示的電路中，R1＝3Ω，R2＝6Ω，R3＝1.5Ω，C＝20μF.當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電源的總功率為2W；當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電源的總功率為4W，求：(1)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻；(2)閉合S時(shí)，電源的輸出功率；(3)S斷開和閉合時(shí)，電容器極板上的電荷量各是多少．答案(1)4V0.5Ω(2)3.5W(3)6×10－5C0解析(1)S斷開，R2、R3串聯(lián)，根據(jù)閉合電路歐姆定律可得I＝eq\f(E,R2＋R3＋r)(2分)總功率為P＝IE＝eq\f(E2,7.5＋r)＝2W，(1分)S閉合，R1、R2并聯(lián)再與R3串聯(lián)，總外電阻R′＝eq\f(R1R2,R1＋R2)＋R3＝3.5Ω，(1分)根據(jù)閉合電路歐姆定律可得I′＝eq\f(E,R′＋r)＝eq\f(E,3.5＋r)，所以總功率為(1分)P′＝EI′＝eq\f(E2,3.5＋r)＝4W，(1分)聯(lián)立解得E＝4V，r＝0.5Ω(1分)(2)閉合S，總外電阻R′＝3.5Ω，干路電流為I′＝eq\f(E,R′＋r)＝1A，電源輸出功率(1分)P出＝EI′－I′2r＝4×1W－12×0.5W＝3.5W(1分)(3)S閉合時(shí)電容器兩端電壓為零，電容器極板上的電荷量為零；S斷開時(shí)，C兩端電壓等于電阻R2兩端電壓I＝eq\f(E,R2＋R3＋r)＝0.5A，UC＝IR2＝3V，(2分)Q＝CUC＝6×10－5C．(1分)17．(14分)如圖所示，甲圖中滑動(dòng)變阻器的滑片從一端滑到另一端的過程中，兩電壓表的讀數(shù)隨電流表讀數(shù)的變化情況如圖乙中的AC、BC兩直線所示．不考慮電表對(duì)電路的影響．(1)電壓表V1、V2的示數(shù)隨電流表示數(shù)的變化圖像應(yīng)分別為U－I圖像中的哪一條直線？(2)定值電阻R0、變阻器的總電阻R分別為多少？(3)求出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．(4)滑動(dòng)變阻器的最大功率是多少？答案(1)V1對(duì)應(yīng)ACV2對(duì)應(yīng)BC(2)3Ω12Ω(3)8V1Ω(4)4W解析(1)當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)時(shí)，變阻器接入電路的電阻減小，電路中電流增大，定值電阻R0的電壓增大，路端電壓減小，由題圖分析可得V1對(duì)應(yīng)AC、V2對(duì)應(yīng)BC.(2分)(2)由題意得R0＝eq\f(ΔU1,ΔI)＝eq\f(6－1.5,2－0.5)Ω＝3Ω，(1分)當(dāng)滑動(dòng)變阻器取最大值時(shí)，電流最小Imin＝0.5A，(1分)而UR＝U2－U1＝7.5V－1.5V＝6V，(2分)所以Rmax＝eq\f(UR,Imin)＝eq\f(6,0.5)Ω＝12Ω.(2分)(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律，路端電壓與電流的關(guān)系是U2＝E－Ir，(2分)所以BC直線斜率的絕對(duì)值表示電源內(nèi)阻，即r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU2,ΔI)))＝eq\f(7.5－6,2－0.5)Ω＝1Ω，(1分)所以E＝U2＋I(xiàn)r＝7.5V＋0.5×1V＝8V．(1分)本章知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建閉合電路的動(dòng)態(tài)分析含有電容器的電路[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.會(huì)應(yīng)用閉合電路的歐姆定律分析閉合電路的動(dòng)態(tài)問題.2.會(huì)分析含有電容器的電路問題．一、閉合電路的動(dòng)態(tài)分析導(dǎo)學(xué)探究在如圖所示的電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，回路的總電流、路端電壓如何變化？通過R1、R2和滑動(dòng)變阻器的電流如何變化，它們兩端的電壓如何變化？答案P向右滑動(dòng)，RP增大，R外增大，由I＝eq\f(E,R外＋r)可得：I減小，由U內(nèi)＝I·r得U內(nèi)減小，路端電壓U外增大．I減小，則R1分壓U1＝I·R1減小，又因?yàn)閁外＝U1＋U2，所以U2增大．又因?yàn)閁2＝I2R2，則I2增大，I＝I3＋I(xiàn)2，所以I3減小．因?yàn)閁3＝U2，則U3增大．知識(shí)深化閉合電路動(dòng)態(tài)問題的分析方法(1)程序法：遵循“局部—整體—局部”的思路，按以下步驟分析(如圖)：(2)結(jié)論法——“串反并同”“串反”：是指某一電阻增大時(shí)，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?。荒骋浑娮铚p小時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大．“并同”：是指某一電阻增大時(shí)，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；某一電阻減小時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小．例1電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電源與定值電阻R1、R2及滑動(dòng)變阻器R連接成如圖所示的電路．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片由中點(diǎn)滑向b端時(shí)，下列說法正確的是()A．電壓表和電流表讀數(shù)都增大B．電壓表和電流表讀數(shù)都減小C．電壓表讀數(shù)增大，電流表A1讀數(shù)減小，A2讀數(shù)增大D．電壓表讀數(shù)減小，電流表A1讀數(shù)增大，A2讀數(shù)減小答案C解析由題圖可知滑動(dòng)變阻器的滑片由中點(diǎn)滑向b端時(shí)，滑動(dòng)變阻器連入電路中的阻值增大，則外電路的總阻值R總增大，干路電流I＝eq\f(E,R總＋r)減小，故電流表A1讀數(shù)減??；路端電壓U＝E－Ir，因I減小，所以U增大，即電壓表的讀數(shù)增大；R2兩端電壓U2＝E－I(R1＋r)，因I減小，所以U2增大，由I2＝eq\f(U2,R2)知，I2增大，即電流表A2的讀數(shù)增大，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤．例2(2022·黑龍江勃利縣高級(jí)中學(xué)高二期末)在如圖所示的電路中，Rt為半導(dǎo)體熱敏電阻，溫度升高時(shí)電阻減?。]合開關(guān)，燈泡L1、L2、L3的亮度相同；當(dāng)Rt處的溫度升高時(shí)，小燈泡的亮度變化情況是()A．L1變亮，L2變暗，L3變亮B．L1變暗，L2變亮，L3變暗C．L1、L2變亮，L3變暗D．L1、L2變暗，L3變亮答案A解析當(dāng)Rt處的溫度升高時(shí)，電阻減小，則總電阻減小，總電流變大，則L1變亮，路端電壓減小，L1和內(nèi)阻r上的電壓變大，則L2兩端電壓減小，則L2變暗，L2電流減小，則L3電流變大，即L3變亮．故選A.例3如圖所示，E為內(nèi)阻不能忽略的電池，R1、R2、R3為定值電阻，S0、S為開關(guān)，與分別為電壓表與電流表．初始時(shí)S0與S均閉合，現(xiàn)將S斷開，則()A.的讀數(shù)變大，的讀數(shù)變小B.的讀數(shù)變大，的讀數(shù)變大C.的讀數(shù)變小，的讀數(shù)變小D.的讀數(shù)變小，的讀數(shù)變大答案B解析將S斷開，則電路的總電阻變大，總電流變小，由U＝E－Ir知，路端電壓變大，故電壓表的讀數(shù)變大；總電流變小，則R1兩端的電壓IR1變小，故R3兩端的電壓變大，流過R3的電流變大，電流表的讀數(shù)變大，選項(xiàng)B正確．二、含電容器的電路1．在直流電路中，當(dāng)電容器充、放電時(shí)，電路中有充、放電電流．如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電；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．2．電路穩(wěn)定后，電容器處電路可看成是斷路，由于電容器所在支路無電流通過，所以在此支路中的電阻上無電壓降低，因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓．3．當(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時(shí)，電容器兩極板間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端的電壓相等．4．電容器的充、放電過程結(jié)束后，通過對(duì)電路的分析與計(jì)算得出電容器兩極板的電勢(shì)，電勢(shì)高的極板帶正電．5．充電時(shí)電容器相當(dāng)于用電器，電流從正極進(jìn)，放電時(shí)電容器相當(dāng)于電源，電流從正極出．例4在如圖所示的電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向下移動(dòng)時(shí)，關(guān)于燈L的亮度及電容器C所帶電荷量Q的變化判斷正確的是()A．L變暗，Q增多 B．L變暗，Q減少C．L變亮，Q增多 D．L變亮，Q減少答案B解析當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向下移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻減小，外電路總電阻減小，由閉合電路歐姆定律得知，干路電流增大，電源的內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，燈L變暗，通過燈L的電流減小，而干路電流增大，則通過R1的電流增大，R1兩端的電壓增大，則滑動(dòng)變阻器兩端的電壓減小，電容器所帶電荷量Q減少，故選B.例5(2022·重慶市江津中學(xué)高二開學(xué)考試)如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E＝6V，內(nèi)阻r＝1Ω，電阻R1＝2Ω，R2＝3Ω，R3＝7.5Ω，電容器電容C＝2μF，開關(guān)S原來斷開，現(xiàn)在合上開關(guān)S到電路穩(wěn)定，則()A．S斷開時(shí)電容器的電壓為2VB．S斷開時(shí)電容器a極板帶負(fù)電C．S合上電路穩(wěn)定后電容器b極板帶負(fù)電D．S合上流過電流表A的電荷量為9.6×10－6C答案D解析S斷開時(shí)，電容器相當(dāng)于斷路，R3中無電流，電容器兩端電壓即為R2兩端電壓，電路相當(dāng)于R1和R2串聯(lián)，故有U1＝eq\f(E,R1＋R2＋r)R2＝3V，A錯(cuò)誤；S斷開時(shí)電容器a極板接電源正極，帶正電，B錯(cuò)誤；S合上電路穩(wěn)定后，R1和R2串聯(lián)后再與R3并聯(lián)，電容器兩端電壓即為R1兩端電壓，由電路分析，外電路的電阻為R外＝eq\f(R1＋R2R3,R1＋R2＋R3)＝3Ω，電容器電壓為U2＝eq\f(R1,R1＋R2)·eq\f(E,r＋R外)·R外＝1.8V，電容器的帶電荷量Q′＝CU2＝3.6×10－6C且a極板帶負(fù)電，b極板帶正電，據(jù)此通過電流表的電荷量ΔQ＝Q＋Q′＝CU1＋CU2＝9.6×10－6C，C錯(cuò)誤，D正確．針對(duì)訓(xùn)練(2022·瑞麗市第一民族中學(xué)高二期末)阻值相等的四個(gè)電阻、電容器C及電池E(內(nèi)阻可忽略)連接成如圖所示電路．開關(guān)S斷開且電流穩(wěn)定時(shí)，C所帶的電荷量為Q1，閉合開關(guān)S，電流再次穩(wěn)定后，C所帶的電荷量為Q2.Q1與Q2的比值為()A.eq\f(2,5)B.eq\f(1,2)C.eq\f(3,5)D.eq\f(2,3)答案C解析由于電池的內(nèi)阻可以忽略，所以路端電壓U不變．當(dāng)開關(guān)S斷開且電流穩(wěn)定時(shí)，可等效為圖甲所示電路，所以C兩端的電壓與其并聯(lián)的電阻兩端的電壓相等，根據(jù)串并聯(lián)電路中電壓的分配關(guān)系可知，電容器兩端的電壓為eq\f(U,5)；閉合開關(guān)S，電流再次穩(wěn)定后，可等效為圖乙所示電路，同理可知，C兩端的電壓為eq\f(U,3)，根據(jù)Q＝CU，所以Q1與Q2的比值為eq\f(Q1,Q2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(3,5)，故選項(xiàng)C正確．考點(diǎn)一閉合電路的動(dòng)態(tài)分析1.如圖所示，R1阻值恒定，R2為熱敏電阻(熱敏電阻阻值隨溫度降低而增大)，L為小燈泡，當(dāng)R2所在位置溫度升高時(shí)()A．R1兩端的電壓減小 B．小燈泡的亮度變暗C．電流表的示數(shù)減小 D．通過R2的電流減小答案B解析當(dāng)R2所在位置溫度升高時(shí)R2阻值減小，外電路總電阻減小，總電流增大，電流表的示數(shù)增大，R1兩端的電壓U1＝IR1增大，故A、C錯(cuò)誤；總電流增大，路端電壓U＝E－Ir減小，并聯(lián)部分的電壓減小，所以燈泡L變暗，故B正確；通過L的電流減小，而總電流增大，則通過R2的電流增大，故D錯(cuò)誤．2．(2021·泰州市高二上期末)節(jié)能路燈通過光控開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，簡(jiǎn)化電路如圖所示，RL為光敏電阻，其阻值隨光照強(qiáng)度的增加而減小，a、b端接控制路燈電源的開關(guān)，現(xiàn)天色變暗，下列判斷正確的是()A．R0兩端的電壓變小B．指示燈L變暗C．a(chǎn)、b兩點(diǎn)間電壓Uab變小D．光敏電阻RL中的電流變大答案A解析天色變暗，光敏電阻的阻值增大，電路的總電阻增大，干路電流減小，路端電壓增大，則a、b兩點(diǎn)間電壓Uab變大，C錯(cuò)誤；根據(jù)“串反并同”的規(guī)律可得，R0與光敏電阻是串聯(lián)關(guān)系，則R0兩端的電壓變小，A正確；根據(jù)“串反并同”的規(guī)律可得，指示燈L與光敏電阻是并聯(lián)關(guān)系，所以指示燈L變亮，B錯(cuò)誤；根據(jù)“串反并同”的規(guī)律可得，如果一個(gè)理想電流表與光敏電阻RL串聯(lián)，則理想電流表的電流變小，所以D錯(cuò)誤．3.在如圖所示的電路中，電源內(nèi)阻不可忽略，開關(guān)S閉合前燈泡LA、LB、LC均已發(fā)光．那么，當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，LA、LB、LC三個(gè)燈泡的亮度變化情況是()A．LA亮度不變，LB變亮，LC變暗B．LA變暗，LB變亮，LC變暗C．LA變亮，LB變暗，LC變亮D．LA變暗，LB變亮，LC亮度不變答案B解析當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，LC、LD并聯(lián)，并聯(lián)電阻減小，外電路總電阻R減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，總電流I增大，LA的電壓UA＝E－Ir減小，電流IA減小，LA變暗；LB的電流IB＝I－IA增大，電壓UB增大，LB變亮；LC的電壓UC＝UA－UB，又因?yàn)閁A減小，UB增大，則UC減小，LC變暗，故B正確．考點(diǎn)二含電容器的電路4.如圖所示，M、N是平行板電容器的兩個(gè)極板，R0為定值電阻，R1、R2為可調(diào)電阻，用絕緣細(xì)線將質(zhì)量為m、帶正電的小球懸于電容器內(nèi)部．閉合開關(guān)S，小球靜止時(shí)受到懸線的拉力為F.調(diào)節(jié)R1、R2，關(guān)于F的大小判斷正確的是()A．保持R1不變，緩慢增大R2時(shí)，F(xiàn)將變大B．保持R1不變，緩慢增大R2時(shí)，F(xiàn)將變小C．保持R2不變，緩慢增大R1時(shí)，F(xiàn)將變大D．保持R2不變，緩慢增大R1時(shí)，F(xiàn)將變小答案B解析當(dāng)電路接通后，對(duì)小球受力分析：小球受重力、靜電力和懸線的拉力F三個(gè)力的作用，其中重力為恒力．當(dāng)電路穩(wěn)定后，R1中沒有電流，兩端電勢(shì)相等，因此電容器兩極板間的電壓等于R0兩端電壓．當(dāng)R2不變，R1變化時(shí)，電容器兩極板間的電壓不變，板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變，小球所受靜電力不變，F(xiàn)不變，C、D錯(cuò)誤；若保持R1不變，緩慢增大R2，R0兩端電壓減小，電容器兩端電壓減小，兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度減弱，小球受到的靜電力減小，F(xiàn)變小，A錯(cuò)誤，B正確．5.如圖所示，E為電源，其內(nèi)阻不可忽略，RT為熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小，R為定值電阻，C為平行板電容器，G為靈敏電流計(jì)．閉合開關(guān)S，當(dāng)環(huán)境溫度明顯降低且穩(wěn)定后，下列說法正確的是()A．R兩端電壓變大B．RT兩端電壓變大C．C所帶電荷量減小D．溫度降低的過程中，G中電流方向由a到b答案B解析當(dāng)環(huán)境溫度明顯降低且穩(wěn)定后，熱敏電阻的阻值RT增大，故電路總電阻變大，總電流變小，路端電壓增大，則電容器C兩端電壓變大，由Q＝CU知，電容器所帶電荷量增大，故G中電流方向由b到a；總電流變小，則R兩端電壓變??；又路端電壓變大，故RT兩端電壓變大．故B正確，A、C、D錯(cuò)誤．6.(2022·西寧市海湖中學(xué)高二開學(xué)考試)如圖所示，電路中R1、R2均為可變電阻，電源內(nèi)阻不能忽略．平行板電容器C的極板水平放置．閉合開關(guān)S，電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動(dòng).如果僅改變下列某一個(gè)條件，油滴仍能靜止不動(dòng)的是()A．增大R1的阻值 B．增大R2的阻值C．增大兩板間的距離 D．?dāng)嚅_開關(guān)S答案B解析以油滴為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析可知，油滴靜止不動(dòng)，所受靜電力與重力平衡，即mg＝Eq＝eq\f(U,d)q，由題圖知R2中沒有電流通過，故改變R2時(shí)對(duì)電路工作狀態(tài)無影響，B正確；增大R1的阻值，外電壓增大，電容器電壓增大，油滴所受靜電力增大，油滴上升，A錯(cuò)誤；增大兩板間距離時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度減小，油滴下落，C錯(cuò)誤；斷開開關(guān)S時(shí)，電容器與可變電阻構(gòu)成閉合回路，電容器放電，油滴下落，D錯(cuò)誤．7.如圖所示的電路中，已知電容C1＝C2，電阻R1＝R2，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，當(dāng)開關(guān)S由閉合狀態(tài)斷開時(shí)，下列說法中正確的是()A．電容器C1的電荷量增多，電容器C2的電荷量減少B．電容器C1的電荷量減少，電容器C2的電荷量增多C．電容器C1、C2的電荷量都增多D．電容器C1、C2的電荷量都減少答案C解析當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電容器C2的電壓等于R1兩端的電壓，電容器C1的電壓等于電阻R2兩端的電壓．而兩電阻串聯(lián)，電壓都小于電源的電動(dòng)勢(shì)E.當(dāng)開關(guān)S斷開，電路穩(wěn)定后，電路中無電流，兩電容器的電壓都等于電源的電動(dòng)勢(shì)，可見，兩電容器的電壓增大，電荷量也都增多．故選C.8．(2022·簡(jiǎn)陽市陽安中學(xué)高二階段練習(xí))如圖所示，平行金屬板中帶電質(zhì)點(diǎn)P處于靜止?fàn)顟B(tài)，電流表和電壓表均為理想電表，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R4的滑片向b端移動(dòng)時(shí)，則()A．質(zhì)點(diǎn)P將向上運(yùn)動(dòng) B．電流表示數(shù)減小C．電壓表示數(shù)減小 D．R3上消耗的功率增大答案C解析由題圖可知，R2與滑動(dòng)變阻器R4串聯(lián)后與R3并聯(lián)，再與R1串聯(lián)接在電源兩端；電容器與R3并聯(lián)；當(dāng)滑片向b移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值減小，則電路中總電阻減??；由閉合電路歐姆定律可知，電路中電流增大，路端電壓減小，R1兩端的電壓也增大，故并聯(lián)部分的電壓減小；由歐姆定律可知流過R3的電流減小，則流過R2、R4的電流增大，故電流表示數(shù)增大，因并聯(lián)部分電壓減小，而R2兩端電壓增大，故電壓表示數(shù)減小，因電容器兩端電壓減小，故質(zhì)點(diǎn)受到向上的靜電力減小，則重力大于靜電力，合力向下，質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，故A、B錯(cuò)誤，C正確；因R3兩端的電壓減小，由P＝eq\f(U2,R)可知，R3上消耗的功率減小，故D錯(cuò)誤．9．(多選)(2022·山西靈丘縣第一中學(xué)校高二月考)如圖所示，電容器的電容分別為C1＝6μF和C2＝3μF，定值電阻的阻值分別為R1＝3Ω和R2＝6Ω，電源電動(dòng)勢(shì)E＝18V、內(nèi)阻不計(jì)．下列說法正確的是()A．開關(guān)S斷開時(shí)，a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為0B．開關(guān)S閉合后，流過a、b兩點(diǎn)間的電流是2AC．開關(guān)S斷開時(shí)，C1帶的電荷量比C2帶的電荷量多D．不論開關(guān)S斷開還是閉合，C1帶的電荷量總比C2帶的電荷量多答案BC解析電容器在恒定電路中是斷路，開關(guān)斷開，C1、C2并聯(lián)在電源的兩端，故電勢(shì)差等于電源電動(dòng)勢(shì)，又因?yàn)镃1電容大，根據(jù)電容的定義式可知，C1帶的電荷量比C2帶的電荷量多，故A錯(cuò)誤，C正確；開關(guān)閉合后，電路是R1、R2與電源組成的串聯(lián)電路，可得流過ab間電電容器C2兩端電壓為U2＝IR2＝12V，Q2＝C2U2＝3.6×10－5C，Q1＝Q2，即C1帶的電荷量等于C2帶的電荷量，故D錯(cuò)誤．閉合電路的功率故障分析[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.會(huì)計(jì)算閉合電路的功率和效率，掌握電源的輸出功率隨外電阻變化的圖像.2.會(huì)結(jié)合閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律分析電路故障．一、閉合電路中的功率和效率1．閉合電路中的功率項(xiàng)目電源的總功率P總電源的熱功率P熱電源的輸出功率P出普遍適用的表達(dá)式P總＝EIP熱＝I2rP出＝U外I純電阻電路中的表達(dá)式P總＝eq\f(E2,R＋r)＝I2(R＋r)P熱＝I2rP出＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)聯(lián)系P總＝P熱＋P出2.電源輸出功率P出隨外電阻R的變化規(guī)律(1)電源的輸出功率P出＝U外I＝I2R＝eq\f(E2,R＋r2)R＝eq\f(E2R,R－r2＋4Rr)＝eq\f(E2,\f(R－r2,R)＋4r)，可見，當(dāng)R＝r時(shí)，電源有最大輸出功率，Pmax＝eq\f(E2,4r).(2)電源的輸出功率隨外電路電阻R變化的圖像如圖所示．①當(dāng)R<r時(shí)，若R增大，則P出增大；當(dāng)R>r時(shí)，若R增大，則P出減?。丛赗≥r或R≤r的情況下，|R－r|越大，P出越??；|R－r|越小，P出越大；|R－r|＝0，P出最大．②當(dāng)P出<Pm時(shí)，每個(gè)P出對(duì)應(yīng)兩個(gè)可能的外電阻，如圖中的R1、R2，根據(jù)功率數(shù)值相等可以推導(dǎo)出R1·R2＝r2.(3)電源的效率η＝eq\f(P出,P總)×100%＝eq\f(UI,EI)×100%＝eq\f(U,E)×100%＝eq\f(R,R＋r)×100%＝eq\f(1,1＋\f(r,R))×100%.由此可見，外電路電阻R越大，電源的效率越高，當(dāng)R＝r時(shí)電源的輸出功率最大，電源的效率η＝50%.當(dāng)外電阻等于電源內(nèi)阻時(shí)，電源的輸出功率最大，此時(shí)電源的輸出功率為50%，而電源的效率隨著外電阻的增大而增大，故不能錯(cuò)誤地認(rèn)為電源的輸出功率最大時(shí)效率也最高．例1(2021·北京十一中期中)如圖所示，電路中電池的電動(dòng)勢(shì)E＝5V，內(nèi)阻r＝10Ω，定值電阻R＝90Ω，R0是可變電阻，在R0從零增大到400Ω的過程中：(1)可變電阻R0為多少時(shí)消耗的熱功率最大？該最大熱功率是多少？(2)求電池的內(nèi)阻r和固定電阻R消耗的最小熱功率之和．(3)R0調(diào)到多少時(shí)電阻R上消耗的功率最大？該最大熱功率是多少？答案(1)100Ωeq\f(1,16)W(2)eq\f(1,100)W(3)0eq\f(9,40)W解析(1)可變電阻R0上消耗的熱功率P0＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(E,R0＋R＋r)))2R0＝eq\f(E2,\f(R0－R－r2,R0)＋4r＋R).由上式知，R0＝R＋r＝(90＋10)Ω＝100Ω時(shí)，P0最大，其最大值P0max＝eq\f(1,16)W.(2)當(dāng)電流最小時(shí)，內(nèi)阻r和電阻R消耗的熱功率最小，此時(shí)R0為400Ω，內(nèi)阻r和電阻R消耗的最小熱功率之和為Pmin＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(E,R0＋R＋r)))2(R＋r)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,400＋90＋10)))2×(90＋10)W＝eq\f(1,100)W.(3)當(dāng)R0＝0時(shí)，電路中的總電阻最小，電流最大，此時(shí)電阻R上消耗的功率最大，即PRm＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(E,R＋r)))2R＝(eq\f(5,90＋10))2×90W＝eq\f(9,40)W.功率最大值的求解方法1．對(duì)定值電阻來說，其電流最大時(shí)功率也最大．2．電源的輸出功率在外電阻等于內(nèi)阻時(shí)最大，若不能相等，外電阻越接近內(nèi)阻，電源的輸出功率越大．3.如圖，求解滑動(dòng)變阻器R2消耗的最大功率時(shí)，可把定值電阻R1等效為電源內(nèi)阻的一部分，則R2＝R1＋r時(shí)，R2上消耗的功率最大．針對(duì)訓(xùn)練1(多選)(2022·綏化市第一中學(xué)高二期末)如圖所示，電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電池與定值電阻R0、滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)，已知R0＝r，滑動(dòng)變阻器的最大阻值是3r.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P由b端向a端滑動(dòng)時(shí)，下列說法中正確的是()A．路端電壓變大B．電源的輸出功率先變大后變小C．滑動(dòng)變阻器消耗的功率變小D．定值電阻R0上消耗的功率變小答案AD解析當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P由b端向a端滑動(dòng)時(shí)，其接入電路的電阻變大，回路總電阻變大，干路電流變小，由P0＝I2R0可知，定值電阻R0上消耗的功率變小，D正確；路端電壓為U＝E－Ir，故路端電壓變大，A正確；由題意可知，外電路的總電阻由r變?yōu)?r，如圖為電源輸出功率隨外電阻的變化曲線，由圖可知，電源的輸出功率逐漸變小，B錯(cuò)誤；分析滑動(dòng)變阻器消耗的功率時(shí)，把定值電阻R0看成電源內(nèi)阻，故電源等效內(nèi)阻為2r，等效外電阻由0變?yōu)?r的過程，參考B解析可知，滑動(dòng)變阻器消耗的功率(等效電源的輸出功率)先變大后變小，C錯(cuò)誤．例2如圖所示，線段A為某電源的U－I圖線，線段B為某電阻R的U－I圖線，由上述電源和電阻組成閉合電路時(shí)，求：(1)電源的輸出功率P出是多大？(2)電源內(nèi)部損耗的電功率P內(nèi)是多少？(3)電源的效率η是多大？答案(1)4W(2)2W(3)66.7%解析(1)從圖線A可讀出，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝3V，內(nèi)阻r＝eq\f(E,I短)＝eq\f(3,6)Ω＝0.5Ω從圖像的交點(diǎn)可讀出：路端電壓U＝2V，電路電流I＝2A，則電源的輸出功率為P出＝UI＝2×2W＝4W.(2)電源內(nèi)部損耗的電功率P內(nèi)＝I2r＝22×0.5W＝2W(3)電源的總功率為P總＝IE＝2×3W＝6W故電源的效率為η＝eq\f(P出,P總)×100%＝eq\f(4,6)×100%≈66.7%.1.穩(wěn)定電路的U－I圖像有兩種：一是電源的U－I圖像(如圖中a)；二是用電器的U－I圖像，而用電器的U－I圖像又分兩類：線性(圖中b)和非線性(圖中c)．2．兩種圖像的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該用電器單獨(dú)與電源串聯(lián)的工作電流和路端電壓(也是用電器兩端的電壓)．如圖，電源的輸出功率分別為Pb＝U1I1，Pc＝U2I2.例3(多選)如圖所示，直線OC為電源A的總功率隨電流I變化的圖線，拋物線ODC為該電源內(nèi)部熱功率隨電流I變化的圖線．若該電源與電阻B串聯(lián)后，電路中的電流為0.8A，則下列說法正確的是()A．電阻B的阻值為10ΩB．電源A的內(nèi)阻為2ΩC．電源A與電阻B串聯(lián)后，路端電壓為6.4VD．電源A與電阻B串聯(lián)后，電源A內(nèi)部熱功率為1.6W答案BC解析電源的總功率P＝EI，當(dāng)I＝4A時(shí)P＝32W，則電源的電動(dòng)勢(shì)E＝8V，由題圖看出，該電源與電阻B串聯(lián)后，電路中的電流為0.8A，根據(jù)閉合電路的歐姆定律得E＝I(R＋r)，則R＝8Ω，路端電壓U＝IR＝6.4V，此時(shí)電源內(nèi)部熱功率P＝I2r＝1.28W，故選項(xiàng)B、C正確，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤．二、電路故障分析1．常見故障：斷路、短路．2．常用方法：假設(shè)法假設(shè)某電阻發(fā)生斷路(或短路)，根據(jù)閉合電路動(dòng)態(tài)分析方法判斷實(shí)際現(xiàn)象與題中情景是否相符，進(jìn)而找出電路故障．例4(多選)(2022·湖南寧鄉(xiāng)市教育研究中心高二期末)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，L2變暗，分析電路特點(diǎn)，若只有某一個(gè)元件發(fā)生故障，下列情況可能的是()A．R1短路 B．R2短路C．R1斷路 D．R2斷路答案BC解析將電路進(jìn)行簡(jiǎn)化，可知R1與燈L1并聯(lián)，R2、R3串聯(lián)后與L2并聯(lián)，如圖所示：若R1短路，則總電阻減小，總電流增大，路端電壓減?。鳯2部分電阻不變，其兩端的電壓增大，故L1兩端電壓減小，即L1變暗，L2變亮，與題干矛盾，A錯(cuò)誤；若R2短路，則總電阻減小，總電流增大，路端電壓減?。鳯1部分電阻不變，其兩端的電壓增大，故L2兩端電壓減小，即L1變亮，L2變暗，符合題意，B正確；若R1斷路，則總電阻增大，總電流減小，路端電壓增大．而L2部分電阻不變，其兩端的電壓減小，故L1兩端電壓增大，即L1變亮，L2變暗，符合題意，C正確；若R2斷路，則總電阻增大，總電流減小，路端電壓增大．而L1部分電針對(duì)訓(xùn)練2如圖所示電路中，電源電壓為6V，當(dāng)合上開關(guān)S后，兩個(gè)標(biāo)有“3V、1W”的燈泡均不發(fā)光，用電壓表測(cè)得Uab＝0，Ubc＝6V，如果各段導(dǎo)線及接線處均無問題，則可能的故障是()A．燈泡L1被短路了B．燈泡L1的燈絲斷了C．燈泡L2的燈絲斷了D．滑動(dòng)變阻器R電阻絲斷了答案C解析閉合開關(guān)后，兩個(gè)小燈泡均不發(fā)光，說明電路為斷路，電壓表測(cè)得ab之間的電壓為零，說明ab之間無故障，而bc之間的電壓為6V，且等于電源電壓，說明此處發(fā)生了斷路，則有可能是燈泡L2的燈絲斷了．故C正確，A、B、D錯(cuò)誤．1.(多選)在如圖所示的電路中，P為滑動(dòng)變阻器的滑片，電表均為理想電表，下列說法正確的是()A．在P向右移動(dòng)的過程中，電流表的示數(shù)變大B．在P向右移動(dòng)的過程中，電壓表的示數(shù)變大C．當(dāng)P移到滑動(dòng)變阻器的右端時(shí)，電源內(nèi)部消耗的電功率最大D．當(dāng)P移到滑動(dòng)變阻器的右端時(shí)，電源的效率最高答案AC解析滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)，電路總電阻減小，根據(jù)I＝eq\f(E,R總)可知，電流表的示數(shù)變大，根據(jù)E＝U＋I(xiàn)r可知電壓表的示數(shù)減小，故A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)P移到滑動(dòng)變阻器的右端時(shí)，外電阻R最小，根據(jù)I＝eq\f(E,R總)可知，電路中的電流最大，根據(jù)P內(nèi)＝I2r可知此時(shí)電源內(nèi)部消耗的電功率最大，故C正確；根據(jù)效率η＝eq\f(R,R＋r)×100%可知，此時(shí)電源的效率最低，故D錯(cuò)誤．2.(多選)(2020·江蘇卷)某汽車的電源與啟動(dòng)電機(jī)、車燈連接的簡(jiǎn)化電路如圖所示．當(dāng)汽車啟動(dòng)時(shí)，開關(guān)S閉合，電機(jī)工作，車燈突然變暗，此時(shí)()A．車燈的電流變小 B．路端電壓變小C．電路的總電流變小 D．電源的總功率變大答案ABD解析汽車啟動(dòng)時(shí)，車燈變暗，I燈減小，U燈減小，路端電壓變小，則電路的總電流變大，故A、B正確，C錯(cuò)誤；由P＝IE知電源的總功率變大，故D正確．3.(2021·長(zhǎng)沙一中期中)如圖所示，直線OAC為某一直流電源的總功率隨電流I變化的圖線，曲線OBC表示同一直流電源內(nèi)部的熱功率隨電流I變化的圖線．若A、B點(diǎn)的橫坐標(biāo)均為1A，那么AB線段表示的功率為()A．1WB．6WC．2WD．2.5W答案C解析電源的總功率P＝EI，C點(diǎn)表示I＝3A，P＝9W，則電源的電動(dòng)勢(shì)E＝3V，由題圖知，C點(diǎn)表示外電路短路，電源內(nèi)部熱功率等于電源的總功率，則有P＝I2r，代入解得，r＝1Ω，所以AB段表示的功率為PAB＝EI′－I′2r＝3×1W－12×1W＝2W，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤．4.如圖所示的電路中，閉合開關(guān)S后，燈L1、L2都正常發(fā)光，后來由于某種故障，燈L2突然變亮(未燒壞)，電壓表的讀數(shù)增大，由此可推斷，該故障可能是()A．電阻R1斷路B．電阻R2短路C．燈L1兩接線柱間短路D．電阻R2斷路答案D解析因?yàn)殡妷罕淼淖x數(shù)增大，所以路端電壓增大，電源的內(nèi)電壓減小，說明總電流減小，則電路的總電阻增大，若電阻R1斷路，會(huì)導(dǎo)致總電阻增大，總電流減小，燈L2變暗，選項(xiàng)A錯(cuò)誤．若電阻R2短路，燈L2將不亮，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．若燈L1兩接線柱間短路，電路的總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小，電壓表的讀數(shù)減小，不符合題意，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．若電阻R2斷路，電路的總電阻增大，總電流減小，電壓表的讀數(shù)增大，因?yàn)榭傠娏鳒p小，所以內(nèi)電壓和燈L1、R1并聯(lián)部分電壓減小，燈L2兩端電壓增大，燈L2變亮，選項(xiàng)D正確．5.(多選)(2022·簡(jiǎn)陽市陽安中學(xué)高二開學(xué)考試)如圖所示，R1為定值電阻，R2為可變電阻，E為電源電動(dòng)勢(shì)，r為電源內(nèi)電阻，且r>R1.以下說法中正確的是()A．當(dāng)R2＋R1＝r時(shí)，R2獲得最大功率B．當(dāng)R1＋r＝R2時(shí)，R2獲得最大功率C．當(dāng)R2＝0時(shí)，R1獲得最大功率D．當(dāng)R2從0逐漸變大時(shí)，電源的輸出功率變大答案BC解析把R1看作電源內(nèi)阻，當(dāng)R1＋r＝R2時(shí)，R2獲得最大功率，故B正確，A錯(cuò)誤；根據(jù)P＝I2R1可知，當(dāng)R2＝0時(shí)，電路中總電流最大，所以此時(shí)R1獲得最大功率，故C正確；外電阻從零逐漸增大，電源的輸出功率的變化關(guān)系為先增大再減小，當(dāng)外電阻等于電源的內(nèi)阻時(shí)，電源的輸出功率最大，由于r