浅谈纯电阻闭合电路中的功率和电源效率

浅谈纯电阻闭合电路中的功率和电源效率

渔行实验学校王元金

纯电阻闭合电路是高中物理电学的基本电路，正确理解相关概念和灵活运用解题方法是学习恒定电路的基础。本文就电路中的功率和电源效率作一个学习方法指导，希望对同学们的学习有帮助。

一、闭合电路中的功率

1.电源的功率：是描述闭合电路中电源把其它形式的能转化为电能快慢的物理量。它在数量上等于总电流I与电源电动势E的乘积，即P=IE

2.电源的输出功率：是指外电路上的电功率，它在数量上等于总电流I与路端电压U的乘积。

PLU

即对于纯电阻电路，电源的输出功率

P.,. =I2R= (-^)2 R= ——孕——=——须——

R + r (R-r)2+4Rr (R-r)2|

R'

由上式可以看出，当外电阻等于电源内电阻时(R=r),电源输出功率最大，其最大输出功率为生。

4尸

当R>r时，随R增大P出减小，随R减小，P出增大

当RG时，随R增大P出减小，随R减小，P“，减小，如图1所示：

图1

3.电源内部损耗的功率：指内电阻的热功率，即

PE

4.根据能量守恒定律可得

P=P出+P内

二、电源效率

电源的效率是指电源的输出功率与电源的功率之比，即

P IE E

对纯电阻电路，电源的效率为

I2R R 1 n -—-- = =

尸(R +，・)R + r .

r i十—

R

由上式看出，外电阻越大，电源的效率越高。

当R=r，P 出==P .|lnux时，n =50%o

外电阻短路即R=o, n=o；

外电路断开时，电源不工作，n=o

三、典型例题分析

如图2所示电路中，己知电源电动势E=3V,内电阻r=lQ, R】=2。，滑线变阻器R 的阻值可连续增大，求：

(1)当R多大时，R消耗的功率最大

(2)当R多大时，R：消耗的功率最大

— ------------- n

图2 r D

在求申钠祠最大M率时

分析与解答: 把R：归入内电阻，当R=Rx+r时，R 消耗的功率最大；但在求Ri消耗的最大功率时，因为R】为定值电阻，不能套用上述方法，应用另一种思考方法求解，由P K FR,可知，只要电流最大，P】就最大，所以当

把R调到零时，&上有最大功率。

解：(1)把K归为内阻，当R="R L3Q时，R消耗功率最大，

E2 32

PL —= ——W =

4(尸 + &) 4x3

(2)由P L「R可知，当I最大时，P】最大，要使I最大，则应使R=0。

当R=0时，消耗的功率最大。

F 3

P「( ---- )2• R：=(——)2 X2W=2W

r + R} 1 + 2

电源的输出功率最大和外电阻的功率最大不是一回事，外电阻等于内电阻时电源的输出功率最大，当外电阻不能等于内电阻时越接近内电阻电源的输出功率最大。判断外电阻的功率最大时要灵活运用“归内法”和“电流最大法”。