高二物理专题;电源功率及效率

高二上学期物理学案 序号ZT ○

4 专题：电源功率及效率 电路的动态分析

一．电源的功率和效率

①电源的功率P ：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．

计算式为 P ＝ E I (普遍适用) 或P ＝ E 2

R ＋r ＝I 2(R ＋r ) (只适用于外电路为纯电阻的电路)．

②电源内阻消耗的功率P 内：电源内阻的热功率 P 内＝ ． ③电源的输出功率P 出：是指外电路上消耗的功率． 计算式为P 出＝U 外I (普遍适用) 或 (只适用于外电路为纯电阻的电路)．

电源的输出功率曲线如图5－3所示．当R →0时，输出功率P →0；当R →∞时，输出功率P →0；当R ＝r 时， P max ＝E 24r ；当R ＜r 时，

R 增大，输出功率 ；当R ＞r 时，R 增大，输出功率反而 ．

对于E 、r 一定的电源，外电阻R 一定时，输出功率只有唯一的

值；输出功率P 一定时，一般情况下外电阻有两个值R 1、R 2与之对应，即R 1＜r 、R 2＞r ，可以推导出R 1、R 2的关系为R 1R 2＝r ．

④功率分配关系：P ＝P 出＋P 内，即EI ＝UI ＋I 2r ．

⑤能量表达式为EIt ＝UIt ＋I 2rt (普遍适用) 或EIt ＝I 2Rt ＋I 2rt (只适用于外电路为纯电阻的电路)． ○6电源的效率：η＝UI EI ×100%＝U

E

×100%

对纯电阻电路有：η＝I 2R I 2(R ＋r )×100%＝R R ＋r

×100%＝1

1＋r R ×100%

因此当R 增大时，效率η提高．

【练习巩固】

1.如图所示，直流电动机线圈的电阻为R ，电源内阻为r ，当该电动机正常工作时，电源路端电压为U ，通过电动机的电流为I ，则( )

A ．电动机内部发热功率为I 2r

B ．电动机的机械功率为IU

C ．电源电动势为I (R ＋r )

D ．电源的输出功率为IU ＋I 2R

2.在如图所示的U －I 图象中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图象，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 相连组成闭合电路，由图象可知( )

A ．电源的电动势为3 V ，内阻为0.5 Ω

B ．电阻R 的阻值为1 Ω

C ．电源的输出功率为4 W

D ．电源的效率为50%

3.如图所示，电动势为E 、内阻为r 的电池与定值电阻R 0、滑

动变阻

器R 串联，已知R 0＝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 ．路端电压变大

B ．电路中的电流变小

C ．滑动变阻器消耗的功率变小

D ．定值电阻R 0上消耗的功率变小

4.直流电路如图所示，在滑动变阻器的滑片P 向右移动时，电源的( ) 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

二．电路的动态分析

班级： 姓名： 学号：

所谓动态就是电路中某些元件（如滑动变阻器的阻值）的变化，会引起整个电路中各部分相关电学物理量的变化。

（一）程序法。

动态分析问题的思路程序可表示为：

简单表示为：

例1：如图所示，电键闭合时，当滑动变阻器滑片P 向右移动时，试分析L 1、L 2的亮度变化情况。

练1、如图所示是一种自动测定邮箱内油量多少的装置，R 1是滑动变阻器，其金属滑片是杠杆的一端，从油量表（由电流表改装而成）指针所指的刻度，就能知道邮箱内油量的多少。则（ ） A 、油量增加，R 1的电阻值增大，油量表指针偏转变小。 B 、油量增加，R 1的电阻值减小，油量表指针偏转变大。 C 、油量减少，R 1的电阻值增大，油量表指针偏转变大。 D 、油量减少，R 1的电阻值减小，油量表指针偏转变小

（二）“串反并同”（直观法）

①“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、电功率将增大。 ②“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。

例2：如图所示的电路中，R 1、R 2、R 3、和R 4皆为定值电阻，

R 5为可变电阻，电源的电动势为E ，内阻为r ，设电流表A 的

读数为I ，电压表V 的读数为U ，当R 5的滑动角点向图中a 端移动时（

）

A ．I 变大，U 变小

B 、I 变大，U 变大

C 、I 变小，U 变大

D 、I 变小，U 变小

练2：从2011年5月1日起，驾驶员酒醉后驾车要负刑事责任。酒精测试仪可检测驾驶员是否酒后驾车，如图4所示是它的原理图。图中R 1为定值电阻，酒精气体传感器R 2的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，如果驾驶员呼出的酒精气体浓度越大，那么测试仪的（ ） A ．电压表示数不变 B ．电压表示数越大 C ．通过传感器的电流越小 D ．传感器两端的电压越大

练3：电动势为E 、内阻为r 的电源与定值电阻R 1、R 2及滑动变阻器R 连接成如图所示的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向b 端时，下列说法正确的是 （ ） A.电压表和电流表读数都增大 B.电压表和电流表读数都减小 C.电压表读数增大，电流表读数减小 D.电压表读数减小，电流表读数增大

⇒⇒⇒⇒↑

↓↓

↑↑

↓↑

↓端总总局U I R R I 分

U 分

1L 2L P 3L V

A

1

R 2

R 3

R 4

R 5

R E

r

S

a

b