2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-1）
第二部分 恒定电流
专题2.20 电路功率图象与其他图像（基础篇）
一．选择题
1．（2020北京平谷一模） 如图甲所示用伏安法测量某合金丝电阻的实验电路。实验中分别用最大阻值是
的三种滑动变阻器做限流电阻。当滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动的过程中，根据实验数据，分别作出电流表读数随(指滑片移动的距离与滑片在变阻器上可移动的总长度L 的比值)变化的关系曲线
,如图乙所示。则图乙中的图线对应的滑动变阻器及最适合本实验的滑动变阻器是 A. 最大阻值为的滑动变阻器，图线对应的滑动变阻器 B. 最大阻值为的滑动变阻器，图线对应的滑动变阻器 C. 最大阻值为的滑动变阻器，图线对应的滑动变阻器 D. 最大阻值为的滑动变阻器，图线对应的滑动变阻器
【参考答案】C
【名师解析】设滑动变阻器的最大电阻为R 0，电路中其它部分电阻（包括电池内阻）为r 由闭合电路欧姆定律，I=0E x r R L
，当R0远远大于r 时，则电流表读数随变化的关系曲线为双曲线，所以图乙中的图线对应的滑动变阻器最大阻值为
的滑动变阻器，最适合本实验的滑动变阻器是数据点分布电流表读数随变化比较明显，即图线对应的滑动变阻器，选项C 正确。
2.（2019辽宁沈阳一模）某同学将一闭合电路电源的总功率P E、输出功率P R和电源内部的发热功率P r随电流I变化的图线画在了同一坐标系中，如图中的a、b、c所示，则下列判断正确的是
A. 直线a表示电源内部的发热功率随电流I变化的图线
B. 曲线b表示电源的总功率随电流I变化的图线
C. 曲线c表示电源的输出功率随电流I变化的图线
D. 电源的电动势E=3V，内电阻r=2Ω
【参考答案】C
【名师解析】
根据电源消耗的总功率的计算公式可得电源的总功率与电流的关系，根据电源内部的发热功率
可得电源内部的发热功率与电流的关系，从而可以判断abc三条线代表的关系式，在由功率的公式可以分析功率之间的关系；
由电源消耗总功率和电源内部消耗功率表达式，，可知，a是直线，表示的是电源消耗的总功率，b是抛物线，表示的是电源内电阻上消耗的功率，c表示外电阻的功率即为电源的输出功率=EI-I2r，所以AB错误，C正确；由图可知，当短路时电流为，总功率，则可知电动势为：，则内阻为：，故D错误。
3.污染对身体的危害非常严重，因此装修房屋时检测甲醛污染指数非常重要。“创新”小组的同学们设计了甲醛监测设备，原理如图甲所示。电源电压恒为3 V，R0为10 Ω的定值电阻，R为可以感知甲醛污染指数的可变电阻，污染指数在50以下为轻度污染，50～100间为中度污染，100以上为重度污染，以下分析正确的是()
A ．电压表示数为1 V 时，属于重度污染
B ．污染指数越小，电压表示数越大
C ．污染指数越大，电路中消耗的总功率越小
D ．污染指数为50时，电压表示数为2.5 V
【参考答案】A
【名师解析】电压表示数为1 V 时，电路中电流I ＝U 0R 0＝110 A ＝0.1 A ，可变电阻两端电压U R ＝U －U 0＝3 V －1 V ＝2 V ，根据欧姆定律可得：可变电阻连入电路中的阻值R ＝U R I ＝20.1
Ω＝20 Ω，由图象可知，电阻为20 Ω时，污染指数为150，属于重度污染，故A 正确；由图象可知，污染指数越小，可变电阻的阻值越大，根据串联电路的分压特点可知，可变电阻分担的电压越大，则定值电阻分担的电压越小，即电压表
示数越小，故B 错误；由图象可知，污染指数越大，可变电阻的阻值越小，电路总电阻越小，根据P ＝U 2
R 可知，电源电压不变，总电阻越小，总功率越大，故C 错误；由图象可知，污染指数为50时，可变电阻连入
电路中的阻值为50 Ω，根据串联电路的分压特点：U 0U ＝R 0R ＋R 0，即U 03 V ＝10 Ω10 Ω＋50 Ω
，解得R 0两端电压U 0＝0.5 V ，即电压表示数为0.5 V ，故D 错误。
4．（2018洛阳一模）如图所示，直线a 、抛物线b 和c 为某一稳恒直流电源在纯电阻电路中的总功率P E 、输出功率P R 、电源内部发热功率P r 随路端电压U 变化的图象，但具体对应关系未知，根据图象可判断 ( )
A．P E -U图象对应图线a，由图知电动势为9 V，内阻为3 Ω
B．P r-U图象对应图线b，由图知电动势为3 V，内阻为1 Ω
C．P R-U图象对应图线c，图象中任意电压值对应的功率关系为P E＝P r＋P R
D．外电路电阻为1.5 Ω时，输出功率最大为2.25 W
【参考答案】.BC
【命题意图】本题考查电功率图象、闭合电路欧姆定律、电路电功率关系及其相关的知识点。
【解题思路】稳恒直流电源在纯电阻电路中的总功率P E=EI，路端电压U=E-Ir，联立解得：
P E=
()
E E U
r
-
=
2
E
r
-
E
r
U，P E -U图象对应图线a，由图可知，
2
E
r
=9W，
E
r
=3，解得电动势为E=3 V，
内阻为r=1 Ω，选项A错误；输出功率P R=UI=
E
R r
+
U=
EI
RI rI
+
IR=
1/
EI
rI U
+
=()
1
E
P
E U
U
-
+
，P R-U
图象对应图线c，图象中任意电压值对应的功率关系为P E＝I2r＋P R= P r＋P R,,选项C正确；电源内部发热功率P r＝I2r=（E-U）2/r，P r-U图象对应图线b，由图知电动势为3 V，内阻为1 Ω，选项B正确；
外电路电阻为R=1.5 Ω时，输出功率P R=UI=(
E
R r
+
)2R=(
3
1.51
+
)2×1.5W =2.15 W，选项D错误。
5.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9所示，由此可知()
A.电源最大输出功率可能大于45 W
B.电源内阻一定等于5 Ω
C.电源电动势为45 V
D.电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率大于50%
【参考答案】B
【名师解析】由于题述将一电源与一电阻箱连接成闭合回路，电阻箱所消耗功率P等于电源输出功率。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 Ω，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＝5 Ω，电流I＝P
R＝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。
6.(多选)如图所示，图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图线，图中曲线②表示该电源的输出功率与电流的关系图线，则下列说法正确的是()
A ．电源的电动势为50 V
B ．电源的内阻为253
Ω C ．电流为2.5 A 时，外电路的电阻为15 Ω
D ．输出功率为120 W 时，输出电压是30 V
【参考答案】 ACD
【名师解析】 电源的路端电压和电流的关系为：U ＝E －Ir ，显然直线①的斜率的绝对值等于r ，纵轴的截距为电源的电动势，从题图中看出E ＝50 V ，r ＝50－206－0
Ω＝5 Ω，A 正确，B 错误；当电流为I 1＝2.5 A 时，由回路中电流I 1＝E r ＋R 外
，解得外电路的电阻R 外＝15 Ω，C 正确；当输出功率为120 W 时，由题图中P －I 关系图线看出对应干路电流为4 A ，再从U －I 图线读取对应的输出电压为30 V ，D 正确.
7．如图所示的四个图象中，最能正确地表示家庭常用的白炽灯泡在不同电压下消耗的电功率P 与电压平方U 2之间函数关系的是( )
【参考答案】 C
【名师解析】 白炽灯泡为纯电阻，其功率表达式为 P ＝U 2R
，而U 越大，灯泡的电阻越大，图象上对应点与原点连线的斜率越小，故选项C 正确。
8．某同学将一直流电源的总功率P E 、输出功率P R 和电源内部的发热功率P r 随电流I 变化的图线画在了同一坐标系上，如图中的a 、b 、c 所示，以下判断正确的是( )
A ．直线a 表示电源的总功率P E I 图线
B ．曲线c 表示电源的输出功率P R I 图线
C ．电源的电动势E ＝3 V ，内阻r ＝1 Ω
D ．电源的最大输出功率P m ＝2 W
【参考答案】AD
【名师解析】电源的总功率P E ＝EI ，直线a 表示电源的总功率P E －I 图线，选项A 正确．电源的输出功率P R ＝UI ＝(E －Ir )I ＝EI －I 2r ，曲线b 表示电源的输出功率P R －I 图线，曲线c 表示电源内部的发热功率P r －I 图线，选项B 错误．由直线a 的斜率可得电源的电动势E ＝4 V ，选项C 错误．当I ＝1 A 时，电源的输出功率最大，P m ＝2 W ，选项D 正确．
9.(多选)如图所示，图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图像，图中曲线②表示该电源的输出功率与电流的关系图像，则下列说法正确的是( )
A ．电源的电动势为50 V
B ．电源的内阻为253
Ω C ．电流为2.5 A 时，外电路的电阻为15 Ω
D ．输出功率为120 W 时，输出电压是30 V
【参考答案】ACD
【名师解析】电源的路端电压和电流的关系为：U ＝E －Ir ，显然直线①的斜率的绝对值等于r ，纵轴的截距
为电源的电动势，从题图中看出E ＝50 V ，r ＝50－206－0
Ω＝5 Ω，A 正确，B 错误；当电流为I 1＝2.5 A 时，由回路中电流I 1＝E r ＋R 外
解得外电路的电阻R 外＝15 Ω，C 正确；当输出功率为120 W 时，由题图中PI 关系图线看出对应干路电流为4 A ，再从UI 图线读取对应的输出电压为30 V ，D 正确．
二．计算题
1.（2019北京朝阳高三期末）如图1所示的电路，电源的电动势为E 、内阻为r ，R 为变阻箱，电流表可视为理想电表。闭合开关S ，改变变阻箱R 的阻值，电流表的示数I 随之变化。
（1）当变阻箱的阻值为R 1时，求电流表的示数I 1。
（2）以1I 为纵坐标，R 为横坐标，在图2中画出变阻箱阻值R 变化过程中1R I
-图像的示意图，并分别说明图线与纵轴交点和图线斜率的物理意义；
（3）在金属导体中，自由电子定向移动形成电流。已知自由电子在导线内定向移动速率的数量级为
510-m/s ，但实际上，闭合开关S 后，电路中几乎瞬间就形成了电流，请说明理由。
【名师解析】：
（1）根据闭合电路欧姆定律有
11E I R r
=+ （2）对图1所示电路，利用闭合电路欧姆定律，
可得E=IR+Ir ，变换为1I =1E R +1E
r ， 1I
——R 图像如答图2所示。 图像与纵轴交点的坐标值为1r E I =短，斜率为1E 。 （3）闭合开关的瞬间，电路中的各个位置迅速建立了电场，在电场的作用下，电路中各处的自由电子
几乎同时开始定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。
答图2