闭合电路中的功率问题.ppt

第五节 电功率 第二课时 闭合电路上功率分配关系 闭合电路上功率分配关系 P总 P出 P内即 EI UI I2r闭合电路上功率的分配关系反映了闭合电路中能量的转化和守恒 电源的功率P总 电源将其他形式的能转化为电能的功率 也称为电源的总功率 公式 P总 IE普遍适用只适用于外电路为纯电阻的电路 总 闭合电路中的功率问题 电源内阻消耗功率P内 电源内阻的热功率 也称为电源的消耗功率 公式 P内 I2r电源的输出功率P出 外电路的消耗功率 公式 P出 U外I普遍适用P出只适用于外电路为纯电阻的电路 电源的效率 由上式可知 外电阻越大 电源的效率越高 讨论 外电阻为多大时输出功率最大 输出功率最大时效率是最大吗 电源的输出功率P输 1 由上式可以知道 当R r时 输出功率最大 Pmax E2 4r 此时电源的效率为50 2 当R r时 随着R的增大输出功率减少3 当R r时 随着R的增大输出功率增大 优化方案 P83例5 优化方案 P82例4 电源的输出功率随外电阻变化的讨论 电源的总功率P总 IE 内耗功率 P内 I2r 输出功率 P出 P P内 IE I2r IU外 I2R外 当外电阻为纯电阻电路时 由图可知 同一功率对应着两个电阻值 两个电阻值之间有何关系呢 例题 如图所示 图线a是某一蓄电池组的伏安特性曲线 图线b是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线 若已知该蓄电池组的内阻为2 0 则这只定值电阻的阻值为 现有4只这种规格的定值电阻 可任意选取其中的若干只进行组合 作为该蓄电池组的外电路 则所组成的这些外电路中 输出功率最大时是 W 解 由图象可知蓄电池的电动势为20V 由斜率关系知外电阻阻值为6 根据数学知识得到 当外电阻等于电源的内阻时 输出功率最大 则有输出功率的最大值为Pm I2R E2r 2r 50W 闭合电路中的动态分析 1 保持不变的量只有电源的电动势和内电阻 电流 电压 电功率等都随外电阻的改变而改变 2 I U P公式 电流I E R外 r 内电压U内 Ir Er R外 r 外电压U外 IR外 E Ir 总功率P总 IE 例题 如图所示 电源电动势为E 内电阻为r 当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时 发现电压表V1 V2示数变化的绝对值分别为 U1和 U2 下列说法中正确的是 A 小灯泡L1 L3变暗 L2变亮B 小灯泡L3变暗 L1 L2变亮C U1 U2 解 滑动变阻器的触片P从右端滑到左端 总电阻减小 总电流增大 路端电压减小 与电阻串联的灯泡L1 L2电流增大 变亮 与电阻并联的灯泡L3电压降低 变暗 U1减小 U2增大 而路端电压U U1 U2减小 所以U1的变化量大于U2的变化量 B D 闭合电路的U I图象 1 右图中a为闭合电路的U I图象b为部分电路 外电阻 的U I图象 2 两者的交点坐标表示该电阻接入电路时的路端电压与电流 3 a的斜率的绝对值表示电源内阻的大小 b的斜率的绝对值表示接入电路中外电阻的的大小 4 图中虚线矩形的面积表示接入该电阻时的输出功率 当两个斜率相等时 即内 外电阻相等 图中矩形面积最大 即输出功率最大 额定电压都是110V 额定功率PA 100W PB 40W的电灯两盏 若接在电压是220V的电路上 使两盏电灯均能正常发光 且电路中消耗功率最小的电路是图中那一个 A B D C C 如图电路中 电源电压为60V 内阻不计 电阻R 2 电动机的内电阻为R0 1 6 电压表的示数为50V 电动机正常工作 求电动机的输出功率 解 电动机正常工作 两端的电压U0 50V 则电阻R两端的电压为U 10V 所以电路的电流I U R 10 2 5A电动机的输出功率P出 U0I I2R0 210W 或 优化 P83例5之互动探究 如图 电源的电动势为2V 内阻为0 5 R0为2 变阻器的阻值变化范围是0 10 求 1 变阻器阻值多大时R0消耗的功率最大 2 变阻器的阻值多大时变阻器消耗的功率最大 其最大功率是多少 解 R0消耗的功率P0 I2R0 E2R0 R R0 r 代入数据得 P0 4 R 2 5 2W当R 0时 R0消耗的功率最大2 滑动变阻器R消耗的功率 P I2R E2R R R0 r 将R0和r等效为电源的内阻 则当R R0 r 2 5 时 R的消耗功率最大 Pmax E2 4 R0 r 0 4W