专题51 闭合电路的功率问题、动态分析问题、含容电路问题和故障分析问题(解析版)

2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训

专题51 闭合电路的功率问题、动态分析问题、含容电路问题和故障

分析问题

特训目标 目标1 目标2 目标3 目标4 特训内容 闭合电路的功率问题（1T—4T） 闭合电路的动态分析问题（5T—8T） 闭合电路的含容电路问题（9T—12T） 闭合电路的故障分析问题（13T—16T） 【特训典例】

一、闭合电路的功率问题

1．如图（a）所示电路，R1为滑动变阻器，R2为定值电阻。从左向右移动变阻器的滑片，根据电表数据得到U-I图像如图（b）所示，则（ ）

A．R1的最大功率为4W B．R2的最大功率为3W C．电源的最大输出功率为4W D．电源的输出功率先增大后减小 【答案】B

U2R23所以图（b）中斜率为正的图线反映R2的伏安特I【详解】根据欧姆定律可知

性。

设电源电动势为E，内阻为r。根据闭合电路欧姆定律有U3EIr；U1EI(rR2)所以U3r； IU1rR2所以图（b）中斜率为负的两条图线中，斜率绝对值较大的图线反映了V1表示I数随I的变化，则rR24斜率绝对值较小的图线反映了V3表示数随I的变化，则r1，E4V

A．R1的输出功率为

P1IR12E2R1R1R2r2E2(R2r)2根据数学知识可知当R12(R2r)R1R1R2r时，P1有最大值为P1max1W故A错误；

B．当电路中电流最大时，R2的功率最大，此时R1接入电路的阻值为零，所以P2maxER23W Rr22故B正确；

CD．电源的输出功率为

PI(R1R2)2E2(R1R2)R1R2r2E2r2从左向右移动变

R1R22rR1R2阻器的滑片，R1增大，根据数学知识可知当R1R2r时，P随R1的增大而减小，当R1=0时，P有最大值为PmaxP2max3W 故CD错误。故选B。

2．如图甲所示，电动势为E，内阻为r的电源与R=6Ω的定值电阻、滑动变阻器Rp、开关S组成闭合回路。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。下述说法中正确的是（ ）

A．图乙中Rx=15Ω

B．电源的电动势E=10V，内阻r=4Ω

C．滑动变阻器消耗功率P最大时，定值电阻R也消耗功率最大 D．调整滑动变阻器Rp的阻值，可以使电源的输出电流达到1.25A 【答案】B

【详解】B．由图乙知，当RPRr10Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，R6Ω时，则

r4Ω

E22.5W解得E10V，B正确； 最大功率P4RrA．滑动变阻器的阻值为5Ω与阻值为Rx时消耗的功率相等，有(EE)2RP()2Rx 解得Rx20Ω，A错误；

RPRrRxRrC．当回路中电流最大时，即RP0时定值电阻R消耗的功率最大，C错误； D．当滑动变阻器RP的阻值为0时，电路中电流最大，最大值为ImE10A=1A则Rr64调整滑动变阻器Rp的阻值，不可能使电源的输出电流达到1.25A，选项D错误。故选B。 3．如图所示，直线Ⅰ、Ⅰ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的曲线，曲线Ⅰ是一个小灯泡的U－I曲线。如果把该灯泡先后分别与电源1和电源2单独连接时，则下列说法正确的是（ ）

A．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是1Ⅰ2 B．电源1和电源2的电动势之比是1Ⅰ1

C．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1Ⅰ2

D．电源1和电源2的内阻之比是11Ⅰ7 【答案】BCD

【详解】B．根据U-I关系图象与纵坐标的交点表示电动势可知，电源1与电源2的电动势为E1=E2=10V

电动势之比是1：1，故B正确；

D．根据电源U-I图线斜率的绝对值表示内电阻可得r1r2=11：7 故D正确；

AC．灯泡伏安特性曲线与电源外特性曲线的交点即为灯泡与电源连接时的工作状态，则小灯泡与电源1连接时电压为U1=3V电流为I1=5A电源1的输出功率为P1=U1I1=3×5W=15W小灯泡的电阻R1U13Ω=0.6 I15U110U210Ω；r2Ω则r1：I17I211小灯泡与电源2连接时电压为U2=5V电流为I2=6A电源2的输出功率为P2=U2I2=5×6W=30W小灯泡的电阻R2U25Ω因此P1：P2=1：R1：R2=18：2；25故A错误，C正确。故选BCD。 I264．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，电源消耗的功率为16W 【答案】ABD

【详解】C．根据图象可以知道，曲线C1、C2的交点位置，此时的电路的内外的功率相等，由于此时电路的电流相等的，所以此时的电源的内阻和电路的外电阻的大小是相等的，即此时的电源的输出的功率是最大的，由图可知电源输出功率最大值为4W，C错误； I=2A，B．根据PI2RI2r可知，当输出功率最大时P=4W，代入上述公式中可得R=r=1Ω，B正确；

A．根据闭合电路的欧姆定律有E=I（R+r）=2×（1+1）V=4V所以电源的电动势为4V，A正确；

U2D．当电源被短路时，电源消耗的最大功率P大16W，D正确。故选ABD。

r二、闭合电路的动态分析问题

5．如图，电源电动势为E、内阻为r，定值电阻为R0。初始电流表示数为I1，电压表的示数为U。将滑动变阻器滑片P向b端移动至某处，电流表的示数为I2，电压表的示数同为U，下列判断正确的是（ ）

A．电流表的示数先增大后减小

B．定值电阻 R0消耗的功率先增大后减小

C．电压表示数为U时，电源的输出功率等于（I1＋I2）U D．电源的效率先减小后增大 【答案】C

【详解】A．画出等效电路图如图，滑动变阻器a端部分电阻Ra与b端部分电阻Rb并联，并联后的总电阻为

R并RaRbR当Ra与Rb相等时，取等号，即滑动变阻器两部分电阻并联后的总电阻达到最R4大。由滑动变阻器滑片P由初位置向b端移动过程，两处电压表示数相同知，R并先增大后减小，干路电流I先减小后增大，由闭合电路欧姆定律U并EIR0r可知滑动变阻器两部分并联后的电压U并先增加后减小。当U并增加时， 因Rb一直减小，则其电流Ib增加，因干路电流I减小，则电流表示数减小；当U并减小时，因Ra一直增加，则电流表示数减小。故电流表的示数一直减小，故A错误；

B．由上述分析R并先增大后减小，则干路电流先减小后增加，即定值电阻R0的电流先减小后增加， R0消耗的功率先减小后增大，故B错误；

C．初始电流表示数为I1，电压表的示数为U时，若滑动变阻器a端部分电阻为Ra、b端部分电阻为Rb，当电压表示数再次为U时，电流表的示数为I2，由两次R并相等，此时滑动变阻器a端部分电阻等于Rb、b端部分电阻等于Ra，两次U并相等，则两次干路电流为II1I2电源的输出功率等于PIUI1I2U

故C正确； D．电源的效率为减小，故D错误。 故选C。

6．如图甲所示是来测量脂肪积累程度的仪器，其原理是根据人体电阻的大小来判断脂肪所占比例(体液中含有钠离子、钾离子等，而脂肪不容易导电)，模拟电路如图乙所示。测量时，闭合开关，测试者分握两手柄，体型相近的两人相比，脂肪含量高者( )

UIU100％=100％由上述分析U先增大后减小，则电源效率先增大后EIE

A．电流表示数小 C．电源内阻的电压大 【答案】ABD

B．电压表示数大 D．路端电压大

【详解】A．由于脂肪不容易导电，所以当脂肪含量较高时，即测试时接在电路中的电阻R由闭合电路欧姆定律I人较大，故A正确；

BCD．由于电源内阻的电压为UrIr路端电压为UEUr故I越小，电源内阻的电压越小， 路端电压越大，R1和R2的分压减小，电压表的示数增大，故BD正确，C错误。故选ABD。7．在如图所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示，电表示数变化量的大小分别用I、U1、U2和U3表示。下列比值正确的是（ ）

ER人越大，I越小，可知，电流表的示数越小，

R1R2R人r

A．

U1U1不变，变大 IIU2U2变大，不变 IIB．

U2U2变大，变大 IIC．

D．

U3U3变大，不变

II【答案】CD

【详解】A．R1是定值电阻，则

U1IU1IR1不变。故A错误；

BC．因为|U2U2U2|R2滑动触头P向下滑动时R2变大。由U2=E-I（R1+r）得=R1r则III不变，故B错误，C正确；

U3UU3U3r即|R1R2则3变大。由U3=E-Ir得不变。故D正确。故选CD。 IIIID．因为|8．如图所示电路，当滑动变阻器的滑动触头向左滑动时，理想电流表的示数发生变化，电I3，A2、A3的示数变化量的绝对值分别为I1、I2、流表A1、则下列说法正确的是（ ）

A．电流表A1的示数一定减小 C．I3一定小于I1 【答案】BD

B．电流表A2的示数一定减小 D．I3一定大于I1

A．【详解】三个电阻R1、R2、R3并联，电流表A1电流等于三个电阻R1、R2、R3的总电流；电流表A2电流等于电阻R3、R2的总电流；电流表A3的电流等于电阻R1、R2的总电流；滑片向左滑动，R1阻值减小，R1、R2、R3三者并联的总阻值减小，干路电流增大，故电流表A1的示数一定增大，A错误；

B．因为电源内阻分压变大，所以R1、R2、R3并联总电阻分压减小，流经R2、R3的电流减小，所以A2的示数减小，B正确；

CD．由于I1I3IR3由于IR3减小，所以I3一定大于I1，C错误，D正确。故选BD。 三、闭合电路的含容电路问题

9．如图所示，电源电动势E=6V，内阻r=1Ω，R0=3Ω，R1=7.5Ω，R2=3Ω，R3=2Ω，电容器的电容C=2μF。开始时开关S处于闭合状态，则下列说法正确的是（ ）

A．开关S闭合时，电容器上极板带正电 B．开关S闭合时，电容器两极板间电势差是3V

C．将开关S断开，稳定后电容器极板所带的电荷量是3.6×10－6C D．将开关S断开至电路稳定的过程中通过R0的电荷量是9.6×10－6C 【答案】D

【详解】

AB．开关S闭合时的等效电路图如图甲所示，电容器C两端电压等于R3两端电压U3，已知总电阻

RR2R3R1r4R2R3R1由闭合电路欧姆定律可知干路电流IE1.5A路端电压RUEIR外4.5V则U3R3U1.8V此时电容器所带电荷量QCU33.6106C且R2R3上极板带负电，下极板带正电，故AB错误。

CD．开关S断开时的等效电路图如图乙所示电容器C两端电压等于R2两端电压U2，此时U2ER23V电容器所带电荷量Q2CU26106C且上极板带正电，下极板带负

R2R3r6电，故通过R0的电荷量QQ1Q29.610C故C错误，D正确。故选D。

10．如图所示的电路中，R1、R2、R3为定值电阻，R4是滑动变阻器，平行板电容器的电容为C，电源电动势为E，内阻不计。当开关K闭合且电路稳定时，下列说法正确的是（ ）

A．减小电容器两极板间的距离，电容器两极板间的电压增大 B．增大电容器两极板正对面积，电容器极板上的电荷量增大 C．减小R4接入电路的阻值，电容器两极板间的电压将会减小 D．断开开关K瞬间，滑动变阻器R4中有方向从左向右的电流 【答案】B

【详解】A．当开关K闭合且电路稳定，外电路等效为三个电阻串联，电容器两极板间的电压恒定，增大或减小电容器两极板间的距离，不影响电容器两极板间的电压，选项A错误； B．由CS可知，增大电容器两极板正对面积，电容C增大，由QCU可知电容器极4kd板上的电荷量增大，选项B正确；

C．增大或减小R4接入电路的阻值，不影响稳定后两极板间的电压，选项C错误； D．电容器的左极板带正电，右极板带负电，断开开关K瞬间，电容器相当于电源，左极板为正极，右极板为负极，和R2、R3、R4构成闭合回路，故滑动变阻器R4中有方向从右向左的电流，选项D错误。故选B。

11．两个相同的电流表分别改装成两个电压表V1、V2，把它们接入如图所示的电路，其中V1与V2的量程之比为1：3，电容器C1、C2的电容之比为1：2。已知电源的电动势为6V，内阻不计。闭合开关，电路稳定后下列说法正确的是（ ）

A．两个电压表V1、V2的示数相等 C．电容器C1、C2的电量之比为1：6 【答案】C

B．指针偏转角度，V1表比V2表大 D．若V2断开，V1最终的示数为6V

【详解】AB．因为电路稳定后，电容器相当于断路，故电路等效为两电压表串联。又因为电流表改装成电压表，是将电流表和电阻串联，故两电压表偏转角度相同，但是量程不同，所以示数不等，示数之比为电阻之比，又因为UIg(RgR)所以电阻之比为量程之比，所以

U11故AB错误； U23Q1C1U11Q故C正确； 得QCU解得QCU6U222C．由CD．若V2断开，则电路相当于断路，则电路中，没有电流，电压表V1最终的示数为0，故D错误。故选C。

12．如图所示，电源内阻r和灯泡L的电阻R均恒定不变，D为理想二极管，R1、R2为定值电阻，电表均为理想电表。闭合S且电路稳定后，有一带电油滴在平行板电容器中处于静V2和A示数变化量的绝对值分别为U1、止状态。现将滑动变阻器滑片向上滑动，电表V1、U2和I，则下列说法中正确的是（ ）

A．灯泡变亮，电流表示数增大 C．

U1r IB．油滴将向下运动 D．

U2Rr I【答案】AC

【详解】A．滑片向上滑动，其接入电路的阻值减小，电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆

定律可知回路中电流变大，灯泡变亮，电流表示数增大，A正确；

B．总电流增大，故电源内电压增大，外电压减小，即V1的示数减小，而L1的电压变大，所以并联部分R1两端的电压减小，所以V2的示数及电容器板间电压变小，应放电，但二极管的单向导电性使电荷不能放出，由于Q不变，则由CE不变，油滴静止不动，B错误；

QSU4kQ，E得E可知U4kddSC．根据闭合电路欧姆定律可知U1EI总r可知U1U1r II总U1=r电流表串联在支路上，则有II总I总C正确；

U2Rr由于II总，故U2Rr，D．将灯泡L电阻R看作电源内阻一部分，可知I总ID错误。 故选AC。

四、闭合电路的故障分析问题

13．某学生在研究串联电路电压特点的实验时，连接成如图所示的电路，接通S后，他将大内阻的电压表并联在A、C两点间，电压表示数为U，当并联在A、B两点间时，电压表示C两点间时，数也为U，当并联在B、电压表的示数为零，则出现此种情况的原因可能是（R1、R2的阻值相差不大）（ ）

A．AB段断路或BC段短路 C．AB段短路或BC段断路 【答案】A

B．AB段短路或BC段短路 D．AB段断路或BC段断路

【详解】电压表有示数说明并联部分无短路，串联部分无断路，电压表无示数说明并联部分可能短路或者串联部分断路．根据题意电压表并联在A、C两点间，电压表示数为U，当并联在A、B两点间时，电压表示数也为U，当并联在B、C两点间时，电压表的示数为零，则可以判断电路的故障可能是AB段断路，也可能是BC段短路，故A正确，BCD错误。故选A。

14．如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3均为定值电阻，电压表与电流表均为理想电表；开始时开关S闭合，电压表、电流表均有示数，某时刻发现电压表和电流表读数均变大，则电路中可能出现的故障是（ ）

A．R1断路 C．R1短路 【答案】B

B．R2断路 D．R3短路

【详解】A．若R1断路，电流表读数为零，故A错误；

B．若R2断路，外电路总电阻增大，总电流减小，内电压减小，则电压表读数变大；R3的分压增大，则电流表的读数变大，故B正确；

C．若R1短路，外电路总电阻减小，总电流增大，内电压增大，则电压表读数变小，电流表的读数变大，故C错误；

D．若R3短路，外电路总电阻减小，总电流增大，内电压增大，则电压表读数变小，故D错误。故选B。

15．小明一家搬进刚装修完的新家的这天晚上，小明闭合床头灯的开关准备坐在床头看书，可是发现卫生间的灯也亮了，他断开床头灯的开关，两盏灯都熄灭了；他过去闭合卫生间的灯的开关，床头灯不亮，但卫生间的灯更亮了。小明很想知道他的床头灯为什么会出现这种“奇怪现象”？关于小明家的卫生间的灯与床头灯此时的连接电路图是（ ）

A． B．

C． D．

【答案】B

【详解】A．该电路中闭合S2只有L2会亮，则选项A错误；

B．根据该电路可知，闭合S2时，L1和L2都会同时亮；若断开S2，闭合S1时，只有L1亮，而L2不亮，所以L1会比以前更亮，选项B正确。

C．该电路中闭合S2两灯都会被短路，都不会亮，选项C错误；

D．该电路中，只有S1闭合时，闭合S2两灯都亮；而当S2断开时，闭合S1两灯都不会亮，选项D错误。 故选B。

16．在如图所示的电路中，闭合开关S后，L1、L2两灯泡都正常发光，后来由于某种故障使L2突然变亮，电压表读数减小，由此推断，该故障可能是（ ）

A．L1灯丝烧断 【答案】D

B．电阻R2断路 C．电阻R2短路 D．电容器被击穿短路

【详解】A. 若L1灯丝烧断，相当于L1电阻增大，根据串反并同规律，与L1并联的电压表

的读数增大，与题意不符，A错误；

B. 若电阻R2断路，相当于R2的阻值增大，根据串反并同规律，与R2并联的电压表的读数增大，与题意不符，B错误；

C. 若电阻R2短路，L2熄灭，与题意不符，C错误；

D. 若电容器被击穿短路，相当于电阻减小，根据串反并同规律，与电容器并联的电压表的读数减小，与电容器串联的L2的功率增大，L2变亮，D正确。故选D。