閉合電路中的功率及效率問題

1、閉合電路中的功率及效率問題電卸的幾個力到因靖段功率取口產(chǎn)獷總的率人隹七噓際"f1如1.電源的總功率(1)任意電路：P總=EI = U+U內(nèi)I =P出+P內(nèi).純電阻電路:P總= I2(R+ r)=*. r2 .電源內(nèi)部消耗的功率:3 .電源的輸出功率P內(nèi)= I2r=U內(nèi)I =P總P出任意電路：P出UI=EI-I2r = P 總一P 內(nèi)-2 ER純電阻電路：pt R=ER-r2,.H 4rR純電阻電路中輸出功率隨R的變化關(guān)系當當當當E"R= r時，電源的輸出功率最大為 R= 丁.4rR>r時，隨著R的增大輸出功率越來越小.F<r時，隨著R的增大輸出功率越來越大.P出

2、<Pm時，每個輸出功率對應(yīng)兩個外電阻RR = r2.P出與R的關(guān)系如圖4所示.4.電源的效率 任意電路：n =*X100%= UX 100%. PE純電阻電路：XR1-X100%=X100%R+ rr1 + R因此在純電阻電路中 R越大，刀越大；當R= r 特別提醒 當電源的輸出功率最大時，效率并不是最大, “等效電源法”的應(yīng)用夠J 11如圖5所示，已知電源電動勢 E= 5 V,內(nèi)阻 求：時，電源有最大輸出功率，效率僅為50%.只有50%;當 時，刀-100%但此時P出-0,無實際意義.r=2 Q,定值電阻 R = 0.5 Q,滑動變阻器 R的阻值范圍為010 Q.圖5當滑動變阻器R的阻

3、值為多大時，電阻 R消耗的功率最大？最大功率是多少? 當滑動變阻器的阻值為多大時，滑動變阻器消耗的功率最大？最大功率是多少？ 當滑動變阻器的阻值為多大時，電源的輸出功率最大？最大功率是多少？hRR+ R+r解析(1)定值電阻R消耗的電功率為 Pi=I2R =2,可見當滑動變阻器的阻值 R2 = 0時，R消耗的功率最大,E2R取大功率為Pm2=2 W.R + rr' = R+r = 2.5 Q,故當滑動變阻器的阻值R=r' =2.5(2)將定值電阻R看做電源內(nèi)阻的一部分， 則電源的等效內(nèi)阻Q時，滑動變阻器消耗的功率最大，最大功率為E22.5 W.(3)由電源的輸出功率與外電阻的關(guān)

4、系可知，當 R+R = r,即R=r R = (2 0.5) Q = 1.5 Q 時，電源有最大輸出功 率，最大功率為 P*m= E-=3.125 W.4r答案(1)R=0時，R消耗的功率最大，為 2 W(2) R = 2.5 Q時，滑動變阻器消耗的功率最大，為 2.5 W(3) R = 1.5 Q 時，電源的輸出功率最大，為 3.125 W反思總結(jié) 對于電源輸出的最大功率問題，可以采用數(shù)學(xué)中求極值的方法，也可以采用電源的輸出功率隨外電阻的變化規(guī)律 來求解.但應(yīng)當注意的是，當待求的最大功率對應(yīng)的電阻值不能等于等效電源的內(nèi)阻時，此時的條件是當電阻值最接近等效 電源的內(nèi)阻時，電源的輸出功率最大._

5、J圖 7214即學(xué)即練1如圖7 214所示，電動勢為E、內(nèi)阻為r的電池與定值電阻 R、滑動變阻器R串聯(lián)，已知R = r,滑動變阻器的最大阻值是2r.當滑動變阻器的滑片 P由a端向b端滑動時，下列說法中正確的是 ().A.電路中的電流變大B.電源的輸出功率先變大后變小C.滑動變阻器消耗的功率變小D .定值電阻R上消耗的功率先變大后變小解析 當滑動變阻器的滑片 P由a端向b端滑動時，外電路電阻減小，電路中的電流變大，電源的輸出功率變大，選項 A正 確、B錯誤；把定值電阻 R看成電源內(nèi)阻，當滑動變阻器的滑片P由a端向b端滑動時，滑動變阻器消耗的功率變小，定值電阻R上消耗的功率變大，選項 C正確、D錯

6、誤.答案 AC規(guī)律總結(jié)對閉合電路功率的兩點新認識(1)閉合電路是一個能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.內(nèi)、外電路將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，EI = Pp十P外就是能量守恒定律在閉合電路中的體現(xiàn).(2)外電阻的阻值向接近內(nèi)阻的阻值方向變化時，電源的輸出功率變大.【突破訓(xùn)練2】如圖6所示電H中，R為一滑動變阻器，P為滑片，若將滑片向下滑動，則在滑動過程中，下列判斷錯誤的是圖6A.電源內(nèi)電路消耗功率一定逐漸增大B .燈泡L2一定逐漸變暗C.電源效率一定逐漸減小D. R上消耗功率一定逐漸變小答案 D解析 滑動變阻器滑片P向下滑動，RJ - R并J-R外由閉合電路歐姆定律I =推得I T ,由

7、電源內(nèi)電路消耗功r+R12r 可得 P 內(nèi) T , A 正確.u 外(=£ lTr,Uf = (lT IliJ)R, UL2( =U 外 J UH, R2JU1L故燈泡LRL2、.一 ,、I R卜R卜1. 皿 一 ,2變暗，B正確.電源效率 刀J = I2 R=&廣，故C正確.R上消耗的功率Pr= U廠，自增大還是減小rr 1 +-FT-R卜3不確定，故D錯.【跟蹤短訓(xùn)】圖 72 73 .如圖727所示電路，電源電動勢為E,串聯(lián)的固定電阻為R,滑動變阻器的總電阻為R,電阻大小關(guān)系為R=R = r,則在滑動觸頭從a端移動到b端的過程中，下列描述中正確的是 （）.A.電路中的總電

8、流先減小后增大B .電路的路端電壓先增大后減小C.電源的輸出功率先增大后減小D .滑動變阻器R上消耗的功率先減小后增大解析 在滑動觸頭從a端移動到b端的過程中，R接入電路的電阻（實際上是Rp與Rp的并聯(lián)電阻）先增大后減小，所以電路中 的總電流先減小后增大，電路的路端電壓先增大后減小，A、B正確；題中R外總大于電源內(nèi)阻，外電路電阻 R外越接近電源內(nèi)阻，電源輸出功率越大，滑動觸頭從a端移動到b端的過程中，R接入電路的電阻先增大后減小，電源的輸出功率先減小后增大，C錯誤；將R+r視為電源內(nèi)阻，在滑動觸頭從 a端移動到b端的過程中，外電阻 R接入電路的電阻先增大后減小，滑 動變阻器R上消耗的功率先增大

9、后減小， D錯誤.答案 AB圖 72 84 .如圖72 8所示，閉合開關(guān)S后，A燈與B燈均發(fā)光，當滑動變阻器的滑片 P向左滑動時，以下說法中正確的是（）.A. A燈變亮B. B燈變亮C.電源的輸出功率可能減小D.電源的總功率增大解析 滑動變阻器的滑片p向左滑動，r的阻值增大，外電路的總電阻增大，由閉合電路歐姆定律知，干路的電流1=小減R卜十r小，則B燈變暗，路端電壓 Ul= E- Ir增大，燈泡A兩端的電壓UA= UI- UB增大，A燈變亮，則A選項正確，B選項錯誤；電源，一E"的輸出功率P外=E產(chǎn)可能減小，電源的總功率 P= EI減小，則C選項正確、D選項錯誤.答案 AC?題組2電

10、路中的功率與效率4 .在如圖3所示的電路中，電源內(nèi)阻不能忽略，當滑動變阻器的滑片移動時，電流表示數(shù)變大，則（）圖3A.電源的總功率一定增大B.電源的輸出功率一定增大C.電源內(nèi)部消耗的功率一定減小D.電源的效率一定減小答案 AD解析 本題考查閉合電路的動態(tài)分析，意在考查學(xué)生對閉合電路歐姆定律的理解以及對閉合電路動態(tài)分析的能力.滑片 移動時，電流表示數(shù)變大，可知滑片向右移動，電路的總電阻減小，總電流增大，因此電源的總功率增大，電源的效率 減小，A D正確；電源內(nèi)部消耗的功率增大，電源輸出功率的變化情況不確定， B、C錯誤.5 .在純電阻電路中，當用一個固定的電源（E、r是定值）向變化的外電阻供電時，關(guān)于電源的輸出功率P隨外電阻R變化的規(guī)律如圖4所示，則A.當R= r時，電源有