正确率40.0%一电源的电动势为$${{E}}$$,内阻为$${{r}}$$,仅对阻值为$${{R}}$$的电阻供电时,通过$${{R}}$$的电流为$${{I}}$$,路端电压为$${{U}}$$,供电效率为$${{η}}$$,$${{R}}$$消耗的功率为$${{P}}$$。若外电阻阻值变为$${{2}{R}}$$,下列判断正确的是$${{(}{)}}$$
C
A.电流变为$$\frac{1} {2} I$$
B.路端电压可能为$$\frac{7 U} {3}$$
C.电阻$${{2}{R}}$$消耗的功率可能是$$\frac{7 P} {8}$$
D.效率可能为$${{2}{η}}$$
首先,根据题目描述,电源的电动势为$$E$$,内阻为$$r$$。当外电阻为$$R$$时,电路中的电流为$$I$$,路端电压为$$U$$,供电效率为$$\eta$$,电阻$$R$$消耗的功率为$$P$$。我们需要分析当外电阻变为$$2R$$时,各物理量的变化情况。
步骤1:初始条件下的物理量关系
初始时,外电阻为$$R$$,根据闭合电路欧姆定律:
$$I = \frac{E}{R + r}$$
路端电压为:
$$U = I R = \frac{E R}{R + r}$$
供电效率为:
$$\eta = \frac{U}{E} = \frac{R}{R + r}$$
电阻$$R$$消耗的功率为:
$$P = I^2 R = \left(\frac{E}{R + r}\right)^2 R$$
步骤2:外电阻变为$$2R$$后的物理量变化
当外电阻变为$$2R$$时,新的电流为$$I'$$:
$$I' = \frac{E}{2R + r}$$
比较$$I'$$与初始电流$$I$$:
$$\frac{I'}{I} = \frac{R + r}{2R + r}$$
由于$$2R + r > R + r$$,因此$$I' < I$$。但题目选项A认为电流变为$$\frac{1}{2}I$$,这仅在$$r = 0$$时成立,一般情况下不成立,故选项A错误。
新的路端电压为$$U'$$:
$$U' = I' \cdot 2R = \frac{2R E}{2R + r}$$
比较$$U'$$与初始路端电压$$U$$:
$$\frac{U'}{U} = \frac{2R (R + r)}{R (2R + r)} = \frac{2(R + r)}{2R + r}$$
当$$r = R$$时,$$\frac{U'}{U} = \frac{4R}{3R} = \frac{4}{3}$$,即$$U' = \frac{4}{3} U$$。题目选项B给出$$U' = \frac{7}{3} U$$,这在一般情况下不成立,除非$$r$$为负值(不可能),故选项B错误。
新的功率$$P'$$为:
$$P' = I'^2 \cdot 2R = \left(\frac{E}{2R + r}\right)^2 \cdot 2R$$
比较$$P'$$与初始功率$$P$$:
$$\frac{P'}{P} = \frac{2R (R + r)^2}{R (2R + r)^2} = \frac{2(R + r)^2}{(2R + r)^2}$$
当$$r = R$$时,$$\frac{P'}{P} = \frac{2(2R)^2}{(3R)^2} = \frac{8}{9}$$。题目选项C给出$$P' = \frac{7}{8} P$$,这在$$r$$取特定值时可能成立(例如通过数值计算验证),故选项C可能正确。
新的效率$$\eta'$$为:
$$\eta' = \frac{2R}{2R + r}$$
比较$$\eta'$$与初始效率$$\eta$$:
$$\frac{\eta'}{\eta} = \frac{2R (R + r)}{(2R + r) R} = \frac{2(R + r)}{2R + r}$$
当$$r = 0$$时,$$\eta' = 1$$,$$\eta = 1$$,比值无意义;当$$r = R$$时,$$\frac{\eta'}{\eta} = \frac{4}{3}$$,即$$\eta' = \frac{4}{3} \eta$$。题目选项D给出$$\eta' = 2 \eta$$,这在一般情况下不成立,除非$$r$$为负值(不可能),故选项D错误。
结论
通过上述分析,只有选项C可能正确,其他选项均不成立。因此,正确答案为C。