闭合电路中的几种功率-上课

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高中物理新教材同步必修第三册 第12章 闭合电路 专题强化9 闭合电路的功率 故障分析

高中物理新教材同步必修第三册 第12章 闭合电路 专题强化9 闭合电路的功率 故障分析
对于纯电阻电路,电源的效率 η=I2RI2+R r×100%=R+R r×100%=1+1 Rr ×100%,所以当 R 增大时,效率 η 提高.当 R=r(电源有最大输出功率) 时,效率仅为 50%,效率并不高.
例1 如图2所示,电路中E=3 V,r=0.5 Ω,R0=1.5 Ω,滑动变阻器的 最大阻值为10 Ω.
当输出功率为120 W时,由题图中P-I关系图线看出对应干路电流为4 A,
再从U-I图线读取对应的输出电压为30 V,D正确.
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图1
功率最大
D.当P移到滑动变阻器的右端时,电源的效率最高
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解析 滑动变阻器的滑片P向右移动,电路总电阻减 小,根据I=RE总可知,电流表的示数变大,根据E=U +Ir可知电压表的示数减小,故A正确,B错误; 当P移到滑动变阻器的右端时,外电阻R最小,根据 I=RE总可知,电路中的电流最大,根据P内=I2r可知此时电源内部消耗的 电功率最大,故C正确; 根据效率η=R+R r×100%可知,此时电源的效率最低,故D错误.
(2)滑动变阻器接入电路的阻值R为多大时,滑动变 阻器上消耗的功率最大?最大为多大?
答案

9 8
W
解析 将电阻R0和电源等效成新的电源,滑动变阻器上消耗的功率就是 等效电源的输出功率.
当R=r+R0=2 Ω时,滑动变阻器上消耗的功率最大,为: Pm=4ER2=4×322 W=98 W.
总结提升
图7
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解析 电源的路端电压和电流的关系为:U
=E-Ir,显然直线①的斜率的绝对值等于r,
纵轴的截距为电源的电动势,从题图中看出
E=50 V,r=560--020 Ω=5 Ω,A正确,B

专题11 闭合电路U-I图像和功率问题、电路动态分析、故障分析(解析版)

专题11 闭合电路U-I图像和功率问题、电路动态分析、故障分析(解析版)

高二物理期末综合复习(特训专题+提升模拟)专题11 闭合电路U -I 图像和功率问题、电路动态分析、电路故障分析一、闭合电路U -I 图像和功率问题1.如图甲所示,电动势为E ,内阻为r 的电源与R =6Ω的定值电阻、滑动变阻器R p 、开关S 组成闭合回路。

已知滑动变阻器消耗的功率P 与其接入电路的有效阻值R p 的关系如图乙所示。

下述说法中正确的是( )A .图乙中R x =15ΩB .电源的电动势E =10V ,内阻r =4ΩC .滑动变阻器消耗功率P 最大时,定值电阻R 也消耗功率最大D .调整滑动变阻器R p 的阻值,可以使电源的输出电流达到1.25A 【答案】B【详解】B .由图乙知,当10ΩP R R r =+=时,滑动变阻器消耗的功率最大,6ΩR =时,则4Ωr =最大功率()22.5W 4E P R r ==+解得10V E =,B 正确; A .滑动变阻器的阻值为5Ω与阻值为R x 时消耗的功率相等,有22()()P x P x E ER R R R r R R r=++++解得20Ωx R =,A 错误;C .当回路中电流最大时,即0P R =时定值电阻R 消耗的功率最大,C 错误;D .当滑动变阻器P R 的阻值为0时,电路中电流最大,最大值为10A=1A 64m E I R r ==++则调整滑动变阻器R p 的阻值,不可能使电源的输出电流达到1.25A ,选项D 错误。

故选B 。

2.如图甲所示的电路中,定值电阻04ΩR =。

可变电阻R 的功率随自身阻值变化的函数关系如图乙所示,由此可知( )A .电源电动势2V E =B .内阻43r =ΩC .增大R ,电源效率增大D .增大R ,电源效率可能增大,也可能减小 【答案】C【详解】AB .将定值电阻0R 与电源看成新的电源,当新的电源内阻与可变电阻R 的阻值相等时,可变电阻R 的功率最大,新的电源的输出功率最大,则有002ΩR rR r R ==+解得4Ωr=由功率的定义可知,此时流过可变电阻的电流为R 1A I =其两端电压为R R 2V U I R ==干路电流为RR 01.5A U I I R =+=根据闭合电路欧姆定律有2V 1.5A 4Ω8V E U Ir =+=+⨯=端,AB 错误;CD .电源效率IU U IE E η==,00ErU E Ir E RR r R R =-=-++增大R ,路端电压增大,电源效率增大,C 正确,D 错误。

电路中的能量-PPT课件

电路中的能量-PPT课件
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1.电功、电功率和焦耳定律 (1)电功 ①定义:电路中电场力移动电荷所做的功. ②公式:W=qU=UIt(适用于任何电路) ③实质:电能转化为其他形式的能 (2)电功率 ①意义:单位时间内电流所做的功,表示电流做功的快慢.
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②公式:P=Wt =UI(适用于任何电路) (3)电热与热功率 ①电热:电流通过导体产生的热量,由焦耳定律来计算,即 Q=I2Rt(适用于任何电路). ②热功率:单位时间内热量的表达式 P=Qt =I2R(适用于任何电路).
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大家学习辛苦了,还是要坚持
继续保持安静
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2.如图所示,R1为定值电阻,R2为可变电阻,E为电源电动势,r为电源的内电阻, 以下说法中正确的是( D ) A.当R1=R2+r时,R2上获得最大功率 B.当R1=R2+r时,R1上获得最大功率 C.当R2=R1+r时,R1上获得最大功率 D.当R2=0时,电源的输出功率可能最大 解析:当R1+R2=r时,即R2=0而R1=r时电源输出功率可能最大,D正确.当R2=R1 +r时,R2获得最大功率,A错;R2=0时,R1获得最大功率,BC错.
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答案:(1)3 Ω 0.75 W (2)0 2 W
(对应学生用书第 95 页)
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(2010 年课标全国卷,19)电源的效率 η 定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率 之比.在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示,图中 U 为路端电压,I 为干路电流,a、b 为图线上的两点,相应状态下电源的效率分别为 ηa、ηb.由图可知 ηa、ηb 的值分别为( D )
高三物理复习课件(导与练福建)第7章
第三课时 电路中的能量
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(对应学生用书第 93 页)
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1.理解电功、电功率的概念和公式,能进行有关的计算. 2.理解焦耳定律,并会应用定律计算相关问题. 3.知道电功率与热功率的区别与联系. 4.理解闭合电路的功率表达式,知道闭合电路中能量的转化.

高中必修第三册《2 闭合电路的欧姆定律》优质课教案教学设计

高中必修第三册《2 闭合电路的欧姆定律》优质课教案教学设计

7闭合电路的欧姆定律[学习目标] 1.会从能的守恒和转化定律推导出闭合电路的欧姆定律.2.理解内、外电压,理解闭合电路的欧姆定律.(重点)3.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系,会进行相关的电路分析和计算.(难点)一、闭合电路的欧姆定律1.描述闭合电路的几个基本物理量用导线把电源、用电器连接起来就构成了闭合电路,如图所示.(1)内电路:电源内部的电路叫作内电路,其电阻叫作内电阻,通常用r表示.表示Ir,它是内电路的电势降落,称为内电压.闭合电路中,通常用U内(2)外电路:电源两极之间的外部电路叫作外电路,其电阻叫作外电阻.表示IR,它是外电路的电势降落,称为外电压,闭合电路中,通常用U外也常称为路端电压,简单地记为U.2.闭合电路中的能量转化如图所示,电路中电流为I,在时间t内,非静电力做功等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和,即EIt=I2Rt+I2rt.3.闭合电路的欧姆定律(1)内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比.(2)公式:I =E R +r;适用范围:纯电阻电路. (3)常用的变形公式:E =U 外+U 内或U 外=E -Ir ;适用范围:任何闭合电路.二、路端电压与负载的关系1.路端电压与外电阻的关系:U 外=E -U 内=E -E R +rr . 结论:①R 增大→U 外增大;②外电路断路时U 外=E ;③外电路短路时U 外=0.2.路端电压与电流关系(1)公式:U 外=E -Ir .(2)图象(U -I 图象):如图所示是一条倾斜的直线,该直线与纵轴交点的坐标表示电动势E ,斜率的绝对值表示电源内阻r .1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)电动势越大,闭合电路的电流就越大. (×)(2)电源的内阻越大,闭合电路的电流就越小. (×)(3)电源一定时,负载电阻越大,电流越小.(√)(4)电源发生短路时,电流为无穷大. (×)(5)外电路断路时,电源两端的电压就是电源电动势. (×)2.一太阳能电池板,测得它的开路电压为800 mV ,短路电流为40 mA.若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻连成一闭合电路,则它的路端电压是( )A .0.10 VB .0.20 VC .0.30 VD .0.40 V D [电源电动势为0.8 V ,根据I 短=E r ,解得r =E I 短=20 Ω,所以U =R R +rE =0.4 V ,D 正确.]3.(多选)如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U -I 图象,则下列说法中正确的是()A.电动势E1=E2,短路电流I1>I2B.电动势E1=E2,内阻r1>r2C.电动势E1>E2,内阻r1<r2D.当两电源的工作电流变化量相同时,电源2的路端电压变化较大AD[由图象可知两电源的U-I图线交纵轴于一点,则说明两电源的电动势相同;交横轴于两不同的点,很容易判断电源1的短路电流大于电源2的短路电流,则A项正确.又由两图线的倾斜程度可知图线2的斜率的绝对值大于图线1的斜率的绝对值,即电源2的内阻大于电源1的内阻,则可知B、C项错误.由图象可判断当两电源的工作电流变化量相同时,电源2的路端电压的变化量大于电源1的路端电压的变化量,可知D项正确.]对闭合电路欧姆定律的理解1.几种形式说明`(1)E=U+U内(2)I=E R+r(3)U=E-Ir (U、I间关系)(4)U=RR+rE (U、R间关系)(1) I=ER+r和U=RR+rE只适用于外电路为纯电阻的闭合电路(2) 由于电源的电动势E和内电阻r不受R变化的影响,从I=ER+r不难看出,随着R的增加,电路中电流I减小(3) U=E-Ir既适用于外电路为纯电阻的闭合电路,也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路(1) 外电路短路时电路中电流较大,为防止将电源、电路烧坏或引发火灾事故,一般不允许这种情况发生.(2) 外电路含有非纯电阻元件(如电动机、电解槽等)时,不能直接用欧姆定律解决电流问题,可以根据串、并联电路特点或能量守恒定律列式计算.【例1】如图所示的电路中,当S闭合时,电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6 V和0.4 A.当S断开时,它们的示数各改变0.1 V和0.1 A,求电源的电动势和内电阻.思路点拨:(1)两表读数增减的分析:①开关S断开后,外电阻的变化:由R1、R2并联变化为只有R1接入电路,电阻变大;②两表读数的变化:电流表读数减小,电压表读数变大.(2)电压表测量的是路端电压,电流表测量的是干路电流,它们之间的关系满足闭合电路欧姆定律,即U=E-Ir.[解析]当S闭合时,R1、R2并联接入电路,当S断开时,只有R1接入电路,此时路端电压增大、干路电流减小.当S 闭合时,由闭合电路欧姆定律得:U =E -Ir ,即1.6=E -0.4r ①当S 断开时,只有R 1接入电路,由闭合电路欧姆定律得:U ′=E -I ′r ,即1.6+0.1=E -(0.4-0.1)r ② 由①②得:E =2 V ,r =1 Ω.[答案] 2 V 1 Ω闭合电路问题的求解方法(1)分析电路特点:认清各元件之间的串、并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流.(2)求干路中的电流:若各电阻阻值和电动势都已知,可用闭合电路的欧姆定律直接求出,也可以利用各支路的电流之和来求.(3)应用闭合电路的欧姆定律解决问题时,应根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流.1.如图所示的电路中,电阻R 1=9 Ω,R 2=15 Ω,电源电动势E =12 V ,内电阻r =1 Ω.求当电流表示数为0.4 A 时,变阻器R 3的阻值多大?[解析] 对R 2,有U 2=I 2R 2=0.4×15 V =6 V则R 1和r 上的电压U =E -U 2=(12-6) V =6 V故总电流I 1=U R 1+r =69+1A =0.6 A流过R3的电流I3=I1-I2=(0.6-0.4) A=0.2 A故R3=U2I3=60.2Ω=30 Ω.[答案]30 Ω闭合电路的动态变化和每一部分的电流、电压都发生变化.其分析的一般思路为:(1)明确电路结构,即电路各元件的连接方式;(2)明确局部电阻的变化和外电路总电阻R总的变化;(3)运用I总=ER总+r判断I总的变化;(4)运用U内=I总r判断U内的变化;(5)运用U外=E-U内判断U外的变化;(6)运用电学公式实行定性分析各支路相关量变化.【例2】如图所示的电路中,电源内阻不可忽略.开关S闭合后,在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中()A.电压表与电流表的示数都减小B.电压表与电流表的示数都增大C.电压表的示数增大,电流表的示数减小D.电压表的示数减小,电流表的示数增大思路点拨:(1)滑动变阻器的滑动端向下滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,总电阻减小.(2)分析电路的动态变化的一般思路是“先局部后整体再局部”.A[滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中,R0接入电路的电阻变小,电路的总电阻变小,总电流变大,电源的内电压变大,外电压变小,电压表的示数变小,R1两端的电压变大,R2两端的电压变小,电流表的示数变小,A正确.]直流电路的动态分析思路基本思路是“部分→整体→部分”,即从阻值变化入手,由串、并联规律判知R总的变化情况,再由欧姆定律判知I总和U端的变化情况,最后由部分电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判知各部分的变化情况.2.(多选)在如图所示的电路中,闭合S,A、B、C三只灯均正常发光,当可变电阻R′的滑动触头上移时,对A、B、C三只灯亮度的变化,下列叙述正确的是()A.A灯变亮B.B灯变亮C.C灯变亮D.三灯均变暗AC[滑动触头上移,R′变大,则R总变大,I总=ER总减小,U内=I总r减小,U外=E-U内增大,A灯变亮,A正确;I支=I总-I A,I支减小,B灯与R 并联部分的电压减小,C灯与R′并联部分电压增大,故B灯变暗,C灯变亮,C正确,B、D错误.]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P总=U外E,对于纯电阻电路,η=RR+r=11+rR.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P=I2R=E2(R+r)2R=E2(R-r)2+4RrR=E2(R-r)2R+4r.(1)当R=r时,电源的输出功率最大,P m=E2 4r.(2)当R>r时,随着R增大,P减小.(3)当R<r时,随着R增大,P增大.【例3】电路图如图甲所示,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象,滑动变阻器的最大阻值为15 Ω,定值电阻R0=3 Ω.甲乙(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?思路点拨:(1)由题图乙可求出电源的电动势和内电阻,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 +R 0为电源外电阻,当r =R 0+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 =20-52Ω=7.5 Ω 由题图甲分析知道,当R =0时,R 0消耗的功率最大,最大值为P ′max =⎝ ⎛⎭⎪⎫E R 0+r 2R 0=⎝ ⎛⎭⎪⎫203+7.52×3 W ≈10.9 W. (2)当r =R +R 0,即R =4.5 Ω时,电源的输出功率最大,最大值为P max ″=⎝ ⎛⎭⎪⎫E R 0+R +r 2(R 0+R ) =⎝ ⎛⎭⎪⎫203+4.5+7.52×(3+4.5)W ≈13.3 W. [答案] (1)0 10.9 W (2)4.5 Ω 13.3 W上例中,当R 为何值时,R 消耗的功率最大?最大值为多少?提示:把R 0看作电源内电阻,则电源的等效内阻为r ′=r +R 0=10.5 Ω 即当R =r ′=10.5 Ω时,R 消耗的功率最大,最大功率P max =⎝ ⎛⎭⎪⎫E R 0+R +r 2R =⎝ ⎛⎭⎪⎫2010.5+10.52×10.5 W =9.5 W.3.如图所示,线段A 为某电源的U -I 图线,线段B 为某电阻的U -I 图线,当上述电源和电阻组成闭合电路时,求:(1)电源的输出功率P 出多大?(2)电源内部损耗的电功率是多少? (3)电源的效率η多大?[解析] (1)由A 的图线可读出电源电动势E =3 V ,内电阻r =E I m =36Ω=0.5 Ω 从图象的交点可读出路端电压U =2 V ,电路电流I =2 A则电源的输出功率为P 出=UI =4 W.(2)电源内部损耗的电功率P 内=I 2r =2 W.(3)电源的总功率为P 总=IE =6 W故电源的效率为η=P 出P 总×100%≈66.7%.[答案] (1)4 W (2)2 W (3)66.7%电路故障问题路、电阻器内部断路、接触不良等,判断故障的基本方法有两种.1.仪表检测法(1)电压表是由灵敏电流计G 和分压电阻R 0串联组成的,内部结构如图甲所示.甲 乙(2)用电压表检测如图乙所示,合上开关S ,若电压表有示数,说明电路中有电流通过电压表,电路为通路(电压表作为一个高电阻把开关和电源接通了),则开关S 和导线不断路,灯L 断路即故障所在.2.假设法已知电路发生某种故障,寻找故障发生的位置时,可将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路发生故障,运用欧姆定律进行正向推理.推理结果若与题述物理现象不符合,则故障不是发生在这部分电路;若推理结果与题述物理现象符合,则故障可能发生在这部分电路.直到找出发生故障的全部可能为止,亦称排除法.【例4】 如图所示,电灯L 标有“4 V 1 W ”,滑动变阻器R 的总电阻为50 Ω.当滑片P 滑至某位置时,L 恰好正常发光,此时电流表示数为0.45 A .由于外电路发生故障,电灯L 突然熄灭,此时电流表示数变为0.5 A ,电压表示数为10 V .若导线连接完好,电路中各处接触良好.试问:(1)发生的故障是短路还是断路?发生在何处?(2)发生故障前,滑动变阻器接入电路的阻值为多大?(3)电源的电动势和内电阻为多大?[解析] (1)电路发生故障后,电流表读数增大,路端电压U =U 2=I 2R 2也增大,因此外电路总电阻增大,一定在外电路某处发生断路.由于电流表有读数,R 2不可能断路,电压表也有读数.滑动变阻器R 也不可能断路,只可能是电灯L 发生断路.(2)L 断路后,外电路只有R 2,因无电流流过R ,电压表示数即为路端电压U 2=U 端=10 V ,R 2=U 2I 2=100.5Ω=20 Ω. L 未断路时恰好正常发光,U L =4 V ,I L =P U =0.25 AU 端′=U 2′=I 2′·R 2=0.45×20 V =9 VR =U R I R=U 端′-U L I L =9-40.25 Ω=20 Ω. (3)根据闭合电路欧姆定律E =U +Ir .故障前E=9+(0.45+0.25)r,故障后E=10+0.5r.得r=5 Ω,E=12.5 V.[答案](1)电灯L发生断路(2)20 Ω(3)12.5 V 5 Ω如果某用电器被短路,则它两端的电压为零;如果电路中某处断路(且只有一处),则断路处电压不为零,这是解决故障问题的主要依据.4.如图所示的电路中,灯泡A和灯泡B原来都是正常发光的.现在突然发现灯泡A比原来变暗了些,灯泡B比原来变亮了些,则电路中出现的故障可能是()A.R3断路B.R1短路C.R2断路D.R1、R2同时短路C[灯泡A比原来暗了些,说明灯泡A的电流和电压变小;灯泡B比原来亮了些,说明灯泡B的电压和电流变大.采取代入排除法,将选项逐个代入分析:R3断路→R外增大→R总变大→I总减小→U外变大,则易知灯泡A、B两端电压变大,由此可知两灯均变亮,故A错误;R1短路→R外减小→R总减小→I总增大,易知通过灯泡A和B的电流变大,两灯变亮,B错误;同理分析可知C 选项正确,D选项错误.]课堂小结知识脉络1.理解闭合电路欧姆定律.2.分析闭合电路的动态变化问题.3.闭合电路中的功率分析与计算.4.电路中的故障分析.1.关于电源的电动势,下列说法中正确的是()A.电源电动势的大小等于电源没有接入电路时两极间的电压的大小,所以当电源接入电路时,电动势的大小将发生变化B.电路闭合时,并联在电源两端的电压表的示数就是电源电动势的值C.电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电势能的本领大小的物理量D.在闭合电路中,电动势等于内、外电路上电压之和,所以电动势实际上就是电压C[直接利用电动势的概念分析判断可知,选项C正确.]2.(多选)如图所示为两个独立电路A和B的路端电压与其总电流I的关系图线,则()A.路端电压都为U1时,它们的外电阻相等B.电流都是I1时,两电源内电压相等C.电路A的电源电动势大于电路B的电源电动势D.A中电源的内阻大于B中电源的内阻ACD[在路端电压与总电流的关系图线(U-I)中,图线在U轴上的截距表示电动势E,图线斜率的绝对值表示电源的内阻,可见E A>E B,r A>r B.图中两直线的交点坐标为(I1、U1),由R=UI可知,路端电压都为U1时,它们的外电阻相等.由U′=Ir可知,电流都是I1时,因r不相等,故两电源内电压不相等.所以选项A、C、D正确.]3.如图所示是一实验电路图.在滑动触头由a端滑向b端的过程中,下列表述正确的是()A.路端电压变小B.电流表的示数变大C.电源内阻消耗的功率变小D.电路的总电阻变大A[滑动触头由a端滑向b端的过程中,R1值减小,因此电路总电阻变小,D错误;干路电流变大,路端电压变小,A正确;内阻消耗的功率变大,C错误;定值电阻R3两端的电压变小,电流表示数变小,B错误.]4.一电池外电路断开时的路端电压为3 V,接上8 Ω的负载电阻后路端电压降为2.4 V,则可以判定电池的电动势E和内电阻r为()A.E=2.4 V,r=1 ΩB.E=3 V,r=2 ΩC.E=2.4 V,r=2 ΩD.E=3 V,r=1 ΩB[外电路断开时的路端电压等于电动势,即E=3 V,接上8 Ω的负载电阻后,路端电压U=E-UR r=2.4 V,可得r=2 Ω,B正确.]。

闭合电路中的功率及效率问题

闭合电路中的功率及效率问题

闭合电路中的功率及效率问题1.电源的总功率(1)任意电路:P 总=EI =U 外I +U 内I =P 出+P 内. (2)纯电阻电路:P 总=I 2(R +r )=E 2R +r.2.电源内部消耗的功率:P 内=I 2r =U 内I =P 总-P 出. 3.电源的输出功率(1)任意电路:P 出=UI =EI -I 2r =P 总-P 内.(2)纯电阻电路:P 出=I 2R =E 2RR +r2=E 2R -r 2R+4r . (3)纯电阻电路中输出功率随R 的变化关系①当R =r 时,电源的输出功率最大为P m =E 24r.②当R >r 时,随着R 的增大输出功率越来越小. ③当R <r 时,随着R 的增大输出功率越来越大.④当P 出<P m 时,每个输出功率对应两个外电阻R 1和R 2,且R 1R 2=r 2. ⑤P 出与R 的关系如图4所示. 4.电源的效率(1)任意电路:η=P 出P 总×100%=U E×100%. (2)纯电阻电路:η=RR +r×100%=11+r R×100%因此在纯电阻电路中R 越大,η越大;当R =r 时,电源有最大输出功率,效率仅为50%.特别提醒 当电源的输出功率最大时,效率并不是最大,只有50%;当R →∞时,η→100%,但此时P 出→0,无实际意义. “等效电源法”的应用例1 如图5所示,已知电源电动势E =5 V ,内阻r =2 Ω,定值电阻R 1=0.5 Ω,滑动变阻器R 2的阻值范围为0~10 Ω.求:图5(1)当滑动变阻器R 2的阻值为多大时,电阻R 1消耗的功率最大?最大功率是多少? (2)当滑动变阻器的阻值为多大时,滑动变阻器消耗的功率最大?最大功率是多少? (3)当滑动变阻器的阻值为多大时,电源的输出功率最大?最大功率是多少?解析(1)定值电阻R1消耗的电功率为P1=I2R1=E2R1R1+R2+r2,可见当滑动变阻器的阻值R2=0时,R1消耗的功率最大,最大功率为P1m=E2R1R1+r2=2 W.(2)将定值电阻R1看做电源内阻的一部分,则电源的等效内阻r′=R1+r=2.5 Ω,故当滑动变阻器的阻值R2=r′=2.5Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率为P2m=E24r′=2.5 W.(3)由电源的输出功率与外电阻的关系可知,当R1+R2=r,即R2=r-R1=(2-0.5) Ω=1.5 Ω时,电源有最大输出功率,最大功率为P出m=E24r=3.125 W.答案(1)R2=0时,R1消耗的功率最大,为2 W(2)R2=2.5 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,为2.5 W(3)R2=1.5 Ω时,电源的输出功率最大,为3.125 W反思总结对于电源输出的最大功率问题,可以采用数学中求极值的方法,也可以采用电源的输出功率随外电阻的变化规律来求解.但应当注意的是,当待求的最大功率对应的电阻值不能等于等效电源的内阻时,此时的条件是当电阻值最接近等效电源的内阻时,电源的输出功率最大.图7-2-14即学即练1 如图7-2-14所示,电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻R0、滑动变阻器R串联,已知R0=r,滑动变阻器的最大阻值是2r.当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时,下列说法中正确的是( ).A.电路中的电流变大 B.电源的输出功率先变大后变小C.滑动变阻器消耗的功率变小 D.定值电阻R0上消耗的功率先变大后变小解析当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时,外电路电阻减小,电路中的电流变大,电源的输出功率变大,选项A正确、B错误;把定值电阻R0看成电源内阻,当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时,滑动变阻器消耗的功率变小,定值电阻R0上消耗的功率变大,选项C正确、D错误.答案AC对闭合电路功率的两点新认识(1)闭合电路是一个能量转化系统,电源将其他形式的能转化为电能.内、外电路将电能转化为其他形式的能,EI=P内+P外就是能量守恒定律在闭合电路中的体现.(2)外电阻的阻值向接近内阻的阻值方向变化时,电源的输出功率变大.突破训练2如图6所示电路中,R为一滑动变阻器,P为滑片,若将滑片向下滑动,则在滑动过程中,下列判断错误的是( )图6A.电源内电路消耗功率一定逐渐增大 B.灯泡L2一定逐渐变暗C.电源效率一定逐渐减小 D.R上消耗功率一定逐渐变小答案D解析滑动变阻器滑片P向下滑动,R↓→R并↓→R外↓,由闭合电路欧姆定律I=Er+R外推得I↑,由电源内电路消耗功率P 内=I 2r 可得P 内↑,A 正确.U 外↓=E -I ↑r ,U 1↑=(I ↑-I L1↓)R 1,U L2↓=U 外↓-U 1↑,P L2↓=U 2L2↓R L2,故灯泡L2变暗,B正确.电源效率η↓=I2R外I2R外+r=R外R外+r=11+rR外↓,故C正确.R上消耗的功率P R=U2L2↓R↓,P R增大还是减小不确定,故D错.【跟踪短训】图7-2-73.如图7-2-7所示电路,电源电动势为E,串联的固定电阻为R2,滑动变阻器的总电阻为R1,电阻大小关系为R1=R2=r,则在滑动触头从a端移动到b端的过程中,下列描述中正确的是( ).A.电路中的总电流先减小后增大 B.电路的路端电压先增大后减小C.电源的输出功率先增大后减小 D.滑动变阻器R1上消耗的功率先减小后增大解析在滑动触头从a端移动到b端的过程中,R1接入电路的电阻(实际上是R aP与R bP的并联电阻)先增大后减小,所以电路中的总电流先减小后增大,电路的路端电压先增大后减小,A、B正确;题中R外总大于电源内阻,外电路电阻R外越接近电源内阻,电源输出功率越大,滑动触头从a端移动到b端的过程中,R1接入电路的电阻先增大后减小,电源的输出功率先减小后增大,C错误;将R2+r视为电源内阻,在滑动触头从a端移动到b端的过程中,外电阻R1接入电路的电阻先增大后减小,滑动变阻器R1上消耗的功率先增大后减小,D错误.答案AB图7-2-84.如图7-2-8所示,闭合开关S后,A灯与B灯均发光,当滑动变阻器的滑片P向左滑动时,以下说法中正确的是( ).A.A灯变亮 B.B灯变亮C.电源的输出功率可能减小 D.电源的总功率增大解析滑动变阻器的滑片P向左滑动,R的阻值增大,外电路的总电阻增大,由闭合电路欧姆定律知,干路的电流I=ER外+r减小,则B灯变暗,路端电压U=E-Ir增大,灯泡A两端的电压U A=U-U B增大,A灯变亮,则A选项正确,B选项错误;电源的输出功率P外=E2R外+2r+r2R外可能减小,电源的总功率P=EI减小,则C选项正确、D选项错误.答案AC►题组2 电路中的功率与效率4.在如图3所示的电路中,电源内阻不能忽略,当滑动变阻器的滑片移动时,电流表示数变大,则 ( )图3A.电源的总功率一定增大 B.电源的输出功率一定增大C.电源内部消耗的功率一定减小 D.电源的效率一定减小答案AD解析本题考查闭合电路的动态分析,意在考查学生对闭合电路欧姆定律的理解以及对闭合电路动态分析的能力.滑片移动时,电流表示数变大,可知滑片向右移动,电路的总电阻减小,总电流增大,因此电源的总功率增大,电源的效率减小,A、D正确;电源内部消耗的功率增大,电源输出功率的变化情况不确定,B、C错误.5.在纯电阻电路中,当用一个固定的电源(E、r是定值)向变化的外电阻供电时,关于电源的输出功率P随外电阻R变化的规律如图4所示,则( )图4A.当R=r时,电源有最大的输出功率 B.当R=r时,电源的效率η=50%C.电源的功率P′随外电阻R的增大而增大 D.电源的效率η随外电阻R的增大而增大答案ABD解析由题图可知,R=r时电源有最大输出功率E24r,A正确;电源的功率P′=E2r+R,随外电阻R的增大而减小,C错误;由η=IUIE=RR+r=11+rR可知B、D正确.。

闭合电路功率

闭合电路功率

三、闭合电路中的功率:1、电源的总功率(闭合电路的总功率):是电源对闭合电路所提供的电功率,所以等于内外电路消耗的电功率之和。

EI P =总(普遍适用) =总P )(22r R I rR E +=+(只适用于外电路是纯电阻的电路)。

2、电源内部消耗的功率:r 2I P =内3、电源的输出功率(外电路消耗的电功率):UI P =出(普遍适用),222)(r R R E R I P +==出(只适用于外电路是纯电阻的电路)。

222)(r R RE R I P +==出 Rr r R RE 4)(22+-=r Rr R E 4)(22+-= 说明:(1)当固定的电源向变化的外阻供电时, (等效于如图所示的电路)当R =r 时,出P 具有最大值,最大值为rE 42,如右图所示。

推论:要使电路中某电阻R 的功率最大;条件R=电路中其余部分的总电阻应注意:对于内外电路上的固定电阻,其消耗的功率仅取决于电路中的电流大小 例:电阻R 的功率最大条件是:R= R 0+r输出功率随外电阻R变化的图线(2)对应非最大值输出功率可有两个不同的外电阻R 1和R 2,不难证明r 和内阻值相差越大,则输出功率越小。

4、电源的效率:%100%100%100⨯+=⨯=⨯=rR R E U EI UI η即当R =r 时,输出功率最大,但效率仅为50%,且R 增大效率随之提高。

【例题】已知如图,E =6V ,r =4Ω,R 1=2Ω,R 2的变化范围是0~10Ω。

求: ①电源的最大输出功率; ②R 1上消耗的最大功率; ③R 2上消耗的最大功率。

★解析:①R 2=2Ω时,外电阻等于内电阻,电源输出功率最大为2.25W ;②R 1是定植电阻,电流越大功率越大,所以R 2=0时R 1上消耗的功率最大为2W ; ③把R 1也看成电源的一部分,等效电源的内阻为6Ω,所以,当R 2=6Ω时,R 2上消耗的功率最大为1.5W【例题】如图所示,电源电压保持不变,变阻器R 1的最大值大于R 2的阻值,在滑片P 自右向左滑动过程中,R 1的电功率如何变化?★解析:因此,在这两种情况时,R1的电功率都是P1<U2/4R,且不难看出,R l与R2差值越大,P1越小于U2/4R。

专题四 闭合电路电源效率和功率

专题四 闭合电路电源效率和功率

专题四、闭合电路电源的三种功率、效率和最大输出功率1.电源的三种功率(以如图8-4-1所示闭合电路为例):(1)电源总功率:P 总 = EI(2)电源内部消耗功率:P 内 = I 2r (3)电源输出功率:P 出 = UI = I 2R 若外电路是纯电阻电路:则有P 出 = I 2R = r Rr R E R r R E 4)()(2222+-=+。

由上式并绘出P 出-R 图像如图8-4-2所示:①当R =r 时,电源的输出功率最大为P m = E 24r;②当R >r 时,随着R 的增大输出功率越来越小; ③当R <r 时,随着R 的增大输出功率越来越大; 2.电源效率:Η = P 出P 总 = U E = R R +r,R 越大,电源效率η越大;当R =r 时,电源输出功率最大,而效率仅为50%不是最大。

例1.如图8-4-3所示,已知电阻r = 2Ω,定值电阻R 1 = 0.5Ω,电动势E = 4V 。

求: (1)当滑动变阻器R 2为多大时电源输出功率最大?最大为多少?(2)当滑动变阻器R 2为多大时R 2上消耗的功率最大?最大为多少?(3)当滑动变阻器R 2为多大时R 1上消耗的功率最大?最大为多少?例2.如图8-4-4所示的电路中,电路消耗的总功率为40W ,电阻R 1为4Ω,R 2为6Ω,电源内阻r 为0.6Ω,电源的效率为94%,求:(1)ab 两点间的电压;(2)电源的电动势。

3.利用电源U-I 特性图线,电阻U-I 特性图线求电源输出功率和效率。

例3.如图8-4-6所示的U ~I 图像中,直线I 为某电源的路端电压与电流的关系,直线Ⅱ为某一电阻R 的伏安特性曲线,用该电源直接与电阻R 连接成闭合电路,由图像可知( )A .R 的阻值为1.5ΩB .电源电动势为3V ,内阻为0.5ΩC .电源的输出功率为3.0WD .电源内部消耗功率为1.5W图8-4-1图8-4-3图8-4-6 图8-4-4例4.如图8-4-7所示,直线A 为电源a 的路端电压与电流的关系图象;直线B 为电源b 的路端电压与电流的关系图象;直线C 为一个电阻R 的两端电压与电流关系的图象。

闭合电路功率问题

闭合电路功率问题

闭合电路功率问题作者:王冠凯来源:《新教育时代·学生版》2018年第33期摘要:正确理解相关基础原理公式,灵活运用各种解题方法是学习物理学知识的重要途径。

闭合电路是我们在高中阶段学习物理电学知识的基本内容,本文就对闭合电路的功率问题给同学们做一个简单的归纳与总结。

关键词:闭合电路功率纯电阻电路等效电源法引言电荷沿电路绕一周后可回到原位置的电路称为闭合电路。

一个简单而完整的闭合电路由提供电能的电源,消耗电能的电阻,传送电能的导线与控制电流通断的开关组成。

一个闭合电流中存在四个功率分别是电源的总功率、电源的输出功率、电源内部消耗的功率和电源外部消耗功率,在计算各种功率问题时,首先我们应该知道欧姆定律只适用于纯电阻电路。

一、闭合电路中的四个功率1.电源总功率电源总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。

根据能量守恒定律我们知道电源总功率等于内部消耗功率与外部消耗功率之和。

守恒思想是自然界中重要的基本定律,守恒思想贯穿着中学物理始终。

[1]故电源总功率在任意电路中都可以用公式P 总=IU外+IU内=P出+P内来表达。

又因为在纯电阻电路中电源内部消耗功率总是等于电源外部消耗功率,故在纯电阻电路中P总=IE。

2.电源的输出功率电源的输出功率指的是外电路上的电功率,在数量上等于总电流I与电路路端电压U的乘积。

在任意电路中,电源的输出功率为P出=IU,在纯电阻电路中,电源的输出功率为P出=I2R。

3.电源内部消耗功率和电源外部消耗功率电源内部消耗功率指内电阻的热功率,可以用公式P内=I2r;同理,电源外部消耗功率就是指外电阻的热功率,即P外=I2r。

二、纯电阻电路中输出功率的最值问题与电源效率对于纯电阻电路中输出功率的最值问题,我们可以运用简单线性规划的基本思想求解。

简单线性规划的基本思想是指在一定的约束条件下,通过数形结合求函数的最值。

[2]在前面的分析中,我们得到在外电路为纯电电阻的电路中可以应用欧姆定律,电源的输出功率和外电阻的热功率是相等的,且电源总功率P总=IU外,电源内电阻消耗功率P内=I2r。

闭合电路的欧姆定律 课件-高二物理人教版(2019)必修第三册

闭合电路的欧姆定律 课件-高二物理人教版(2019)必修第三册
数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
2.定义式:
E
W q
(W:非静电力做的功
q:电荷量) 标量
3.单位: 伏特(V) 1 V=1 J/C 4.物理意义:反映电源把其他形式的能转化为电势能本领的 大小。 5.特点:由电源中非静电力的特性决定,跟电源的体积和外电 路均无关。
问 路端电压与负载的关系 题
为什么多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗?
电路中电源电动势E和内阻r是一定的,根据
“越并越小”,路端总电阻减少。
根据 I E 电流增加。
Rr
再根据U=E-Ir 可知,路端电压减少,所以变暗。 为什么路端电压,不通过U=IR 来判断呢?
练 习 1.在如图所示的电路中,电源的电动势为1.5V,内阻为0.12Ω,外电路的
【正确答案】AD
问 闭合电路中的动态分析 题
1.动态电路的特点
断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增
大或减小,导致电路电压、电流、功率等的变化。
2.电路动态分析的两种常用方法
(1)程序法: R局
增大 减小
增大 → R总 减小
减小 → I总
增大

增大 U总
减小

U分 I分
(2)极限法:即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动 变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论。
R
R增大时电 源效率提高
思 闭合电路中的功率和效率 考
输出功率:P出=P- P内=IE- I2r=I U外= I2 R外
5.电源最大输出功率:
P出 IU
I2R
E2R (R r)2
(R
E2 r)2
4r

高中物理【闭合电路欧姆定律的应用】教案知识点

高中物理【闭合电路欧姆定律的应用】教案知识点

高中物理【闭合电路欧姆定律的应用】教案知识点闭合电路的功率和效率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 ′=I 2r 。

(4)电源的效率:η=P 出P 总=U 外E ,对于纯电阻电路,η=R R +r=11+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 P =I 2R =E 2(R +r )2R =E 2(R -r )2+4Rr R =E 2(R -r )2R+4r(1)当R =r 时,电源的输出功率最大,P m =E 24r 。

(2)当R >r 时,随着R 增大,P 减小。

(3)当R <r 时,随着R 增大,P 增大。

如图所示,电路中电池的电动势E =5 V ,内电阻r =10 Ω,固定电阻R =90Ω,R 0是可变电阻,闭合开关,在R 0从零增加到400 Ω的过程中,求:(1)可变电阻R 0上消耗功率最大的条件和最大热功率; (2)电池的电阻r 和固定电阻R 上消耗的最小热功率之和; (3)R 0调到多少时R 上消耗的功率最大,最大功率是多少? [思路点拨] (1)当R 0=R +r 时,R 0消耗的功率最大。

(2)对于固定电阻,由P =I 2R 可知,电流最大时功率最大,电流最小时功率最小。

[解析] (1)将R +r 等效为电源内阻,则r等效=R +r ,可变电阻R 0上消耗的热功率P 0=I 2R 0=E (R 0-r 等效)2R 0+4r 等效,当R 0=r 等效,即R 0=100 Ω时,P 0最大,其最大值P 大=25400 W =116W 。

(2)当电流最小时,电阻r 和R 消耗的热功率最小,此时R 0应调到最大400 Ω,内阻r 和固定电阻R 上消耗的最小热功率之和为P 小=(ER 0+R +r)2(R +r )=0.01 W 。

原创2:闭合电路中的功率

原创2:闭合电路中的功率

A.电压表的示数变大 B.电流表的示数变小
注意对实物电路图中 各用电器连接关系的 分析确定。
C.滑动变阻器消耗的功率变小
D.定值电阻R消耗的功率先变大后变小
解析:滑片从a端滑向b端,其接入阻值RPb减小,由“串反并同”原则有, 电压表示数减小,电流表示数增大,电阻R消耗的功率增大,A、B、D 错误;把电阻R当作电源内电阻(等效电源),则R内=2r,RPb减小,且 RPb<2r,等效电源的输出功率减小,即滑动变阻器的功率减小,C正确。
最大输出功率为P出m=
E
2
=3.125
4r
W.
答案 (1)R2=0时,R1消耗的功率最大,为2 W
(2)R2=2.5 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,为2.5 W
(3)R2=1.5 Ω时,电源的输出功率最大,为3.125 W
变式2.如图,电源的电动势为E、内阻为r,定值电阻R的阻值也为r,滑动 变阻器的最大阻值是2r。当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动过程中, 下列说法中正确的是( ) A.电压表的示数变大 B.电流表的示数变小 C.滑动变阻器消耗的功率变小 D.定值电阻R消耗的功率先变大后变小
P出 100% U外 100%
P总
E
对纯电阻电路,电源的效率为:
I
I 2R 2(R
r)
100 %
R 100% Rr
1
1
r
100%
R
结论:电源的效率随外电阻的增大而增大
例 1.(双选)如图所示,R1 为定值电阻,R2 为可变电阻,E 为电源电动势, r 为电源内阻,下列说法正确的是( )
3、当R<r时,随着R的增大输出功率增大
思考: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

闭合电路的输出功率

闭合电路的输出功率

闭合电路的输出功率①电源的总功率:P 总=IE=IU 外十IU 内= IU +I 2r ,(闭合电路中内、外电路的电流相等,所以由E=U外+U内)②电源的输出功率与电路中电流的关系:P=U×I;当I↑时U↓,当I↓时U↑,表明UI有极值存大。

rE r E I r r E r E r E I I r r E I I r r I IE P 4)2(4])2(22[)(2222222+--=++--=--=-=当2EIr=时,电源的输出功率最大,24mEP r=③电源的输出功率与外电路电阻的关系: (等效于如图所示的电路)()rRr R E Rr r R R E R r R E R I IU r I IE P P P 44)()(2222222+-=+-=+===-=-=内总出 当R =r 时(I=E/2r), 电源有最大输出功率: rE P 42max= 结论:当外电路的电阻等于电源的内阻时,电源的输出功率最大。

⇒要使电路中某电阻R 的功率最大;条件R=电路中其余部分的总电阻例:电阻R 的功率最大条件是:R= R 0+r输出功率随外电阻R变化的图线(如图所示);由图象可知,I.对应于电源的非最大输出功率P 可以有两个不同的外电阻R l 和R 2,不难证明rII.当R<r 时,若R 增大,则P 出增大; III.当R>r 时,若R 增大,则P 出减小.IV.在电源外特性曲线上某点纵坐标和横坐标值的乘积为电源的输出功率,在图中的那块矩形的面积表示电源的输出功率,当U=2E 时,P最大。

应注意:对于内外电路上的固定电阻,其消耗的功率仅取决于电路中的电流大小 ④电源内阻上的热功率:P内=U内I=I 2r。

⑤电源的供电效率 rR R r R I R I E U IE IU P P +=+====)(22总出η当电源的输出功率达最大时,η=50%。

电表的改装: 微安表改装成各种表,关健在于原理(1)灵敏电流表(也叫灵敏电流计):符号为G ,用来测量微弱电流,电压的有无和方向.其主要参数有三个:首先要知:微安表的内阻R g 、满偏电流I g 、满偏电压U g 。

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例 . 如图所示的电路中,当开关 K 闭 合时电源总功率为 24 瓦,电源输出 功率为 20 瓦,电源内电阻 r=1 欧,电 阻R1=11欧。 求:开关 K 断开时,电源的总功率 P 为多少瓦?电源电动势为 为多少?
R1
R2 K
, r
• 例:如图所示电路,电源电动势ε=80V,内阻r =2Ω,R1=4Ω,R2为可变电阻。 求:(1)R2阻值为多大时,它消耗的功率最大? (2)如果电源内阻损耗功率不超过总功率的20%, R2应取多大? (3)如果要求电源输出功率为600W,外电路电阻 应取多大?此时电源效率为多大? (4)该电路中R2取多大时,R1上功率最大?
• 4.闭合电路中的能量转化关系: • 电源中的电能,一部分在内电路的内 阻r上转化成内能,另一部分在外电路上 转化成内能或其他形式的能. • (1)外电路中含有电动机等电器时: • IEt=IUt+I2rt , IE=IU+I2r • (2)外电路中只有电阻元件时: • IEt=I2Rt+I2rt , IE=I2R+I2r
(2)当外电阻分别为R1和R2 ,且R1R2=r2 时: 电源有相同的输出功率P1=P2
P出
Pm P1=P2
O
R1 R=r
R2
R
• 例.关于电源的输出功率,下列说法中正 确的是( ) • (A)电源的负载电阻越小,输出功率越大 • (B)电源的输出电流越大,输出功率越大 • (C)电源的输出电压越小,输出功率越大 • (D)以上都不对
• 4.电源的效率: • 电源的输出功率与电源的总功率之 比,称为电源的效率。 • 对纯电阻电路: • P出= I2 R , • P总= I2 ( R + r ) , • 所以: • = P出/ P总= U路/ = R/(R+r)
• 分析:电源输出功率与外电阻关系 • 讨论: P出= 2R/(R+r)2= 2R/[(R-r)2+4Rr] • (1)当R=r时: • 电源输出功率有最大值 Pm= 2/4r
• 例.如图所示的电路中,电源 电动势ε=6V,内阻不计.灯 泡的额定电压U0=4.5V,电阻 R0=20Ω • (1)要求电源对灯的供电效 率(灯消耗的功率与电源总功 率之比)达η=60%,应选用 阻值R多大的可变电阻器 ? • (2)灯处于额定电压下,电 源的最大供电效率为多少?此 时的电路如何连接 ?
闭合电路中的几种功率
• 1.电源的功率(电源总功率的功率. • 2.电源的输出功率: • P出= U I 电源分配给外电路的电功率(外电路消耗的总功率) • 3.电源内阻消耗功率: • P内= I2 r • 电源分配给内电路的电功率
关系: P总= P出+ P内
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