高中物理 加強練習第十章　99.直流電源的等效模型及電源的輸出功率問題

99.直流電源的等效模型及電源的輸出功率問題(分值：30分)1~3題每題5分1.(2025·重慶市模擬)如圖所示電路中，直流電源電動勢為E、內阻r=R，定值電阻R1=R，可變電阻R2的阻值范圍為0~2R。閉合開關S，改變可變電阻R2接入電路的阻值，則R2的最大電功率為()A.E2R B.E24答案D解析R1和電源并聯后可視為一個“等效電源”，新電源的電動勢E'=ER1+r·R1=E2，內阻r'=R1rR1+r=R2，此時R2的電功率就是新電源的輸出功率，當外電阻等于電源內阻時電源的輸出功率最大，可知當R2=r'=R2時，R2的電功率最大，其最大電功率為P2.(2025·河南省九師聯盟模擬)如圖所示為某電源輸出功率P隨外電路電阻R變化規律的圖像，圖中所標物理量已知，則()A.電源的內阻為RB.電源的電動勢為P0RC.電源短路時的電流為12(PD.電源的最大輸出功率為P04(答案A解析由題圖可知(ER1+r)2R1=(ER2+r)2R2，解得r=R1R2，故A正確；由P0=(ER1+R1R2)2R1，解得E=P0R1+P0R2，故B錯誤；電源短路時的電流3.(多選)(2024·吉林省二模)圖甲為交警正在用氣體酒精濃度測試儀查酒駕的情景，圖乙為氣體酒精濃度測試儀的原理圖，R1為氣敏電阻，其阻值隨氣體中酒精濃度的增大而減小，R0為報警器的電阻(阻值不變)，R0大于電源內阻，當報警器兩端的電壓達到一定值時，報警器報警。測試儀使用前應先調零，即當氣體中酒精濃度為0時，調節滑動變阻器R2的滑片，使電壓表示數為U0，調零后R2的滑片位置保持不變。測試時，當氣體酒精濃度達到酒駕指定濃度時，電壓表示數增大為U，報警器報警。當一位酒駕駕駛員對著測試儀吹氣時，下列說法正確的是()A.當R1兩端的電壓減小U-U0時，報警器開始報警B.電源的輸出功率增大C.移去電壓表，報警時氣體酒精濃度比指定的濃度小D.若不小心將R2的滑片向下移了一些，報警時氣體酒精濃度比指定的濃度大答案BC解析根據題意可知R1、R2及電源內阻總的電壓減小U-U0時，報警器才開始報警，A錯誤；當外電阻等于電源內阻時，電源的輸出功率最大，R1變小，由于R0大于電源內阻，因此外電阻減小，電源的輸出功率變大，B正確；移去電壓表，報警器部分的電阻變大，兩端要達到報警時的電壓，傳感器的電阻必須更大，因此報警時氣體酒精濃度比指定的濃度小，C正確；若不小心將R2的滑片向下移了一些，則報警時傳感器的電阻比正常設計報警時的電阻大，報警時氣體酒精濃度比指定的濃度小，D錯誤。4.(15分)如圖所示，已知電源電動勢E=6V，內阻r=1Ω，保護電阻R0=0.5Ω，電壓表為理想電壓表，內阻不計。(1)(4分)當電阻箱R阻值為多少時，保護電阻R0消耗的電功率最大，并求這個最大值；(2)(3分)當電阻箱R阻值為多少時，電阻箱R消耗的功率PR最大，并求這個最大值；(3)(3分)電源的最大輸出功率；(4)(5分)若電阻箱R的最大值為3Ω，R0=5Ω，當電阻箱R阻值為多少時，電阻箱R的功率最大，并求這個最大值。答案(1)08W(2)1.5Ω6W(3)9W(4)3Ω43解析(1)保護電阻消耗的電功率為P0=(Er+R+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，有P0max=(Er+R0)2R0=(6(2)把保護電阻R0與電源內阻r看作等效電源內阻，當R=R0+r，即R=1Ω+0.5Ω=1.5Ω時，電阻箱R消耗的功率最大，最大值為PRmax=E24(r(3)由電功率公式P出=(Er+R外)2當R外=r時，P出最大，即R=r-R0=0.5Ω時，有P出max=E24r(4)把R0=5Ω當作電源內阻的一部分，則等效電源內阻r等為6Ω，