图2-7-6
解析:选AB 由闭合电路欧姆定律有I=ER
U=E-Ir=E-r=E②
R+rR+rr
U′=Ir=E③
R+r
根据①式可知,I随R的增大单调递减,但不是线性变化,故A正确。将②式变形可1
得U=E,利用数学知识可知B正确,D错误。根据③式可知,C错误。
r1+R
电源的有关功率和电源的效率
1.电源的有关功率和电源的效率
(1)电源的总功率:P总=IE=I(U内+U外)。 (2)电源的输出功率:P出=IU外。 (3)电源内部的发热功率:P′=I2r。 (4)电源的效率:η=
P出U外R1=,对于纯电阻电路,η==。
rP总ER+r
1+R
E① R+r
2.输出功率和外电阻的关系 在纯电阻电路中,电源的输出功率为
E2E2E2
P=IR=R=R=
?R+r?2?R-r?2+4Rr?R-r?2R+4r
2
图2-7-7
E2
(1)当R=r时,电源的输出功率最大,Pm=。
4r(2)当R>r时,随着R增大,P减小。 (3)当R [典例] 电路图如图2-7-8甲所示,图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像,滑动变阻器的最大阻值为15 Ω,定值电阻R0=3 Ω。 图2-7-8 (1)当R为何值时,R0消耗的功率最大?最大值为多少? (2)当R为何值时,电源的输出功率最大?最大值为多少? [审题指导] (1)由图乙可求出电源的电动势和内阻,注意纵轴坐标原点不从0开始。 (2)R0为定值电阻,其电流越大,消耗功率越大。 (3)对电源来说,R+R0为电源外阻,当r=R0+R时,电源输出功率最大。 [解析] (1)由题图乙知电源的电动势和内阻为: E=20 V,r= 20-5 Ω=7.5 Ω 2 由题图甲分析知道,当R=0时,R0消耗的功率最大, E20 最大值为Pmax=?R+r?2R0=?3+7.5?2×3 W≈10.9 W。 ?0??? E (2)当r=R+R0,即R=4.5 Ω时,电源的输出功率最大,最大值为Pmax′=?R+R+r??0? 2 (R0+R) 20 =?3+4.5+7.5?2×(3+4.5) W≈13.3 W。 ?? [答案] (1)0 10.9 W (2)4.5 Ω 13.3 W 功率最大值的求解方法 (1)流过电源的电流最大时,电源的功率、内损耗功率均最大。 (2)对某定值电阻来说,其电流最大时功率也最大。 (3)电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大,若不能相等,外电阻越接近内阻时,电源的输出功率越大。 (4)对于外电路中部分不变电阻来说,可以写出其功率表达式,利用数学知识求其极值。 1.如图2-7-9所示,A为电源的U-I图线,B为电阻R的U-I图线, 图2-7-9 用该电源和电阻组成闭合电路时,电源的输出功率和效率分别是( ) 1 A.4 W, 32 C.4 W, 3 1 B.2 W, 32 D.2 W, 3 解析:选C 从题图可知E=3 V,图线A和图线B的交点是电源和电阻R构成闭合电P出2路的工作点,因此P出=UI=4 W,P总=EI=6 W。电源的效率η==。 P总3 2. (多选)直流电路如图2-7-10所示,在滑动变阻器的滑片P向右移动时,电源的( ) 图2-7-10 A.总功率一定减小 B.效率一定增大 C.内部损耗功率一定减小 D.输出功率一定先增大后减小 解析:选ABC 滑动变阻器的滑片P向右移动时,滑动变阻器连入电路部分的阻值变大,因而电流减小,由P总=IE可知电源的总功率减小,选项A正确。滑动变阻器连入电IU 路部分阻值变大,路端电压变大,由η=IE×100%可知电源的效率增大,选项B正确。内部损耗功率为P内=I2r,电流减小,因而内部损耗功率减小,选项C正确。电源输出功率为外电阻消耗功率,但外电阻与内电阻的大小关系未知,因而不能判断输出功率的变化情况,选项D错误。 3. (多选)如图2-7-11所示,已知电源内阻为r,定值电阻R0的阻值也为r,滑动变阻器R的总电阻为2r。若滑动变阻器的滑片P由A向B滑动,则( ) 图2-7-11 A.电源的输出功率由小变大 B.定值电阻R0消耗的功率由小变大 C.电源内部的电势降落由大变小 D.滑动变阻器消耗的功率变小 解析:选ABD 由题图可知,当滑动变阻器的滑片P由A向B滑动时,滑动变阻器的有效电阻在减小,外电路电阻由3r逐渐减小为r,由电源的输出功率与外电阻的关系可知,电源的输出功率由小变到最大,故选项A正确;定值电阻R0消耗的功率为PR0=I2R0,而电流在不断增大,则R0消耗的功率也由小变大,电源内部的电压降Ir也由小变大,所以B正确,C错误;对于滑动变阻器消耗的功率的变化情况,可把R0+r=2r看做新电源的内阻,可知当R=2r时滑动变阻器消耗的功率最大,当R变小时,其消耗的功率变小,选项D正确。 闭合电路的动态分析 1.闭合电路动态分析的思路 闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化,分析这类问题的基本思路是: 分清电路结构→局部电阻变化→总电阻变化 ↓ 各部分电压、电流变化←路端电压变化←总电流变化 2.闭合电路动态分析的三种方法 (1)程序法:基本思路是“部分→整体→部分”,即: R局 增大增大减小增大??I局 ?→R→I→U→ 总总外 减小减小增大减小??U局 (2)结论法——“串反并同” “串反”是指某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小;某一电阻减小时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大。 “并同”是指某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大;某一电阻减小时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。 (3)特殊值法与极限法:指因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论。