電源輸出功率效率及含容電路習(xí)題課 2

rU輸OI輸U輸=E－I輸r電壓表和電流表示數(shù)的比值的含義是什么？

電源的外特性曲線電源的輸出功率和效率

rU輸OI輸電源的輸出功率如何表達？

電源的外特性曲線輸出功率EUIIE/2r結(jié)論：當外電路電阻等于電源內(nèi)阻時，電源的輸出功率最大。R＝rU輸OI輸輸出功率EUIr總功率典題示例如圖所示，線段A為某電源的U-I圖線，線段B為某電阻的U-I圖線，當上述電源和電阻組成閉合電路時，求：(1)電源的輸出功率P出多大？(2)電源內(nèi)部損耗的電功率是多少？(3)電源的效率η多大？例1交點的含義：電源和電阻串聯(lián)時的輸出電壓和電流。UIRI'U'BA一電子元件的電壓與電流的關(guān)系如圖所示，將該電子元件與一個R＝8Ω的電阻串聯(lián)，再接至電動勢E＝3V、內(nèi)阻r＝2Ω的電源上，試求電路中的電流及電源的效率．例2【答案】

130mA

91.3%【名師點評】該電子元件為非線性元件，其電阻是變化的，所以設(shè)法求出該元件在實際電路中的電流和電壓是解決本題的關(guān)鍵．本題就是利用兩個圖象的交點，來找到實際工作的電壓和電流的．嘗試應(yīng)用1.(2013·南京外國語學(xué)校高二檢測)如圖所示，直線A為電源a的路端電壓與電流的關(guān)系圖線；直線B為電源b的路端電壓與電流的關(guān)系圖線；直線C為一個電阻R兩端電壓與電流的關(guān)系圖線．將這個電阻分別接到a、b兩電源上，那么(

)A．R接到b電源上時電源的效率高B．R接到b電源上時電源的輸出功率較大C．R接到a電源上時電源輸出功率較大，但電源效率較低D．R接到a電源上時電阻的發(fā)熱功率較大，電源效率也較高3.某額定電壓為8V的燈泡的伏安特性曲線如圖所示．若將它與一個R＝7Ω的定值電阻串聯(lián)后接在電動勢E＝8V，內(nèi)阻r＝1Ω的電源上，求通過該燈泡的實際電流和實際電功率．(保留一位有效數(shù)字)．解析：在本題中燈泡與定值電阻R串聯(lián)接在電源兩端，所以在處理問題時應(yīng)把該定值電阻等效地看成電源的內(nèi)阻．故在坐標系里應(yīng)作出等效電源U＝E－I(R＋r)圖線，如圖所示．該直線與圖中曲線的交點坐標為U＝4V，I＝0.5A，所以電路中的電流為0.5A，即為通過該燈泡的實際電流．由燈泡的伏安特性曲線可知此時燈泡兩端的電壓U＝4V，則燈泡的實際功率P＝UI＝2W.答案：0.5A

2W二、含電容器電路的分析與計算知識檢索電容器是一個儲存電能的元件．在直流電路中，當電容器充放電時，電路里有充放電電流，一旦電路達到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當于一個阻值無限大的元件，在電容器處電路看做是斷路，畫等效電路時，可以先把它去掉．1．分析和計算含有電容器的直流電路(1)電路穩(wěn)定時，電容器所在支路相當于斷路．因此，該支路上的電阻兩端無電壓，該電阻相當于導(dǎo)線．(2)當電容器與電阻并聯(lián)后接入電路時，電容器兩端的電壓與并聯(lián)電阻兩端的電壓相等．(3)電路中的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充放電,如果電容器兩端的電壓升高，電容器將充電，反之電容器放電，通過與電容器串聯(lián)的電阻的電荷量等于電容器帶電量的變化．2．解答含電容器電路問題的步驟(1)應(yīng)用電路的有關(guān)規(guī)律分析出電容器兩極板間的電壓及其變化情況．(2)根據(jù)平行板電容器的相關(guān)知識進行分析求解．典題示例如圖所示，電路中E＝10V，R1＝4Ω，R2＝6Ω，C＝30μF.電池內(nèi)阻可忽略．(1)閉合開關(guān)S，求穩(wěn)定后通過R1的電流．(2)然后將開關(guān)S斷開，求這以后通過R1的總電量．例3(2)S斷開前，C兩端電壓U1＝IR2＝6VC所帶電量Q1＝CU1＝30×10－6×6C＝1.8×10－4C開關(guān)S斷開穩(wěn)定后，總電流為零，電容器兩端電壓為E，所帶電量Q2＝CE＝30×10－6×10C＝3×10－4C通過R1的電量，即為電容器增加的電量ΔQ＝Q2－Q1＝1.2×10－4C.【答案】

(1)1A

(2)1.2×10－4C【規(guī)律總結(jié)】

處于穩(wěn)定狀態(tài)時，電容器相當于斷路，與之串聯(lián)的電阻不降壓；電容器兩極的電壓等于與之并聯(lián)電路兩端的電壓．嘗試應(yīng)用4.(2013·合肥質(zhì)檢)如圖所示,電源電動勢為4V，內(nèi)阻為1Ω,電阻R1＝3Ω，R2＝R3＝4Ω，電流表的內(nèi)阻不計，閉合S，電路達到穩(wěn)定狀態(tài)后，電容器兩極板間電壓為(

)A．0

B．2.3VC．3VD．3.2V5.(2013·廣州第二中學(xué)高二檢測)如圖所示,E＝10V,r＝1Ω，R1＝R3＝5Ω，R2＝4Ω，C＝100μF.當S斷開時，電容器中帶電粒子恰好處于靜止狀態(tài)．求：(1)S閉合后，帶電粒子加速度的大小和方向；(2)S閉合后流過R3的總電荷量．答案：(1)g，方向豎直向上(2)4×10－4C本部分內(nèi)容講解結(jié)束按ESC鍵退出全屏播放實驗：測電源的E、rEI短（0、0）r一、電源電動勢和內(nèi)阻的測量方法先檢查學(xué)生的畫圖，公式，截距、斜率的含義。大內(nèi)小外外接法五、誤差分析（一）：計算法分析r外接法內(nèi)接法r五、誤差分析（二）：等效法分析電流表放到內(nèi)部后，不影響電流表的讀值和電壓值的讀值，把此時虛線框內(nèi)的部分看成是一個等效電源，此時的電流是通過等效電源的電流，而此時的電壓是等效電源的電壓，故我們測的是等效電源的電動勢和內(nèi)阻。EI短（0、0）rrE'r'四、誤差分析（一）：等效法分析等效電源的電動勢等于等效部分的開路電壓，等效電源的內(nèi)阻等于等效部分的除源電阻。等效電源定理開路電壓不僅僅是電源的電動勢，也是等效電源的電動勢。EI短（0、0）EI短（0、0）五、誤差分析（二）：等效法分析等效電源的電動勢等于等效部分的開路電壓，等效電源的內(nèi)阻等于等效部分的除源電阻。等效電源E'r'開路電壓不僅僅是電源的電動勢，也是等效電源的電動勢。r五、誤差分析：誤差原因：；電流表的分壓的作用誤差原因：；電壓表的分流的作用r29r二、儀器選擇與實驗電路圖安培表：0~0.6A伏特表:0~3V滑動變阻器:0~20Ω0~200Ω0~15V0~3A三、實驗步驟（重點）1：按原理圖連接實物圖2、把變阻器的滑片移到一端使電阻值最大3、閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表的讀數(shù)有一定示數(shù)，記錄一組電流表和電壓表的示數(shù)，用同樣的方法測量并記錄幾組U，I值（為保護電源，維持r穩(wěn)定，不允許短路或電流過大）(0A-0.6A)4、斷開電鍵，整理好器材r32重要注意事項（1）本實驗在電鍵閉合前，變阻器滑片應(yīng)置于阻值最大位置處（2）為測量方便，使用內(nèi)阻較大一些的舊電池，及小點的滑動變阻器。（3）在實驗中不要將電流調(diào)得太大，每次讀完數(shù)后立即斷電，以免使電動勢和內(nèi)阻發(fā)生變化（4）畫Ｕ—Ｉ圖線時，應(yīng)使圖線通過僅可能多的點，并使不在直線上的點均勻分布在直線的兩側(cè)，個別偏離直線太遠的點可舍去。（5）畫U--I圖線時，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當?shù)闹甸_始（但橫坐標必須從0開始)但這時圖線與橫軸的交點不再是短路電流，而圖線與縱軸的截距仍為電動勢E，圖線的斜率的絕對值仍為內(nèi)阻r.r六、其他測E、r的方法EI短（0、0）六、其他測E、r的方法3515、如圖所示，電源的電動勢是6V，內(nèi)電阻是0.5Ω，小電動機M的線圈電阻為0.5Ω，限流電阻R0為3Ω，若電壓表的示數(shù)為3V，試求：(1)電源的功率和電源的輸出功率；(2)電動機消耗的功率和電動機輸出的機械功率．加在電動機上的電壓大于加在其內(nèi)阻上的電壓。

368、如圖所示，電源電動勢E＝10V，內(nèi)阻r＝0.5Ω，“8V

16W”的燈泡L恰好能正常發(fā)光，電動機M繞線的電阻R0＝1Ω，求：(1)路端電壓；(2)電源的總功率；(3)電動機的輸出功率．4、如圖所示，電源內(nèi)阻不可忽略，R1為半導(dǎo)體熱敏電阻，R2為錳銅合金制成的可變電阻．當發(fā)現(xiàn)燈泡L的亮度逐漸變暗時，可能的原因是(

)A．R1的溫度逐漸降低B．R1的溫度逐漸升高C．R2的阻值逐漸增大D．R2的阻值逐漸減小在混連電路中，若并聯(lián)電路某一支的電阻變大，則自身電壓變大，但自身電流減小,對側(cè)電流變大。反之，亦然。7、如圖所示，圖線a是某一蓄電池組的伏安特性曲線，圖線b是一只某種型號的定值電阻的伏安特性曲線．若已知該蓄電池組的內(nèi)阻為2.0Ω，(1)則這只定值電阻的阻值為多少？(2)現(xiàn)有3只這種規(guī)格的定值電阻，可任意選取進行組合，作為該蓄電池組的外電路，則所組成的這些外電路中，輸出功率最大時是多少？10、某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系和電阻R1、R2的電壓與電流的關(guān)系如圖所示．用此電源和電阻R1、R2組成電路．R1、R2可以同時接入電路，也可以單獨接入電路．為使電源輸出功率最大，可采用的接法是(

)A．將R1、R2串聯(lián)后接到電源兩端B．將R1、R2并聯(lián)后接到電源兩端C．將R1單獨接到電源兩端D．將R2單獨接到電源兩端如圖2－7－12所示，電路中E＝10V，R1＝4Ω，R2＝6Ω，C＝30μF.電池內(nèi)阻可忽略．(1)閉合開關(guān)S，求穩(wěn)定后通過R1的電流．(2)然后將開關(guān)S斷開，求這以后通過R1的總電量．含容電路例4圖2－7－12【答案】

(1)1A

(2)1.2×10－4C【規(guī)律總結(jié)】處于穩(wěn)定狀態(tài)時，電容器相當于斷路，與之串聯(lián)的電阻不降壓；電容器兩極的電壓等于與之并聯(lián)電路兩端的電壓．16、在如圖所示的電路中，電源的電動勢E＝3.0V，內(nèi)阻r＝1.0Ω，電阻R1＝10Ω，R2＝10Ω，R3＝30Ω，R4＝35Ω；電容器的電容C＝100μF.電容器原來不帶電，求接通電鍵S后流過R4的總電荷量．5．如圖所示的電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻不計，電容器電容為C，電阻R1：R2：R3：R4＝3：2：1：1，開關(guān)S斷開．現(xiàn)將S閉合，在S閉合到電路穩(wěn)定的過程中，通過R3的電荷量是(

)A．EC/5B．2EC/5C．3EC/5D．EC1．關(guān)于電動勢，下列說法正確的是(

)A．電源電動勢等于電源正負極之間的電勢差B．用電壓表直接測量電源兩極得到的電壓數(shù)值，實際上總略大于電源電動勢的準確值C．電源電動勢總等于內(nèi)、外電路上的電壓之和，所以它的數(shù)值與外電路的組成有關(guān)D．電源電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內(nèi)從負極移送到正極所做的功6．用電壓表檢查如圖所示電路中的故障，當開關(guān)合上時，測得Uad＝5.0V，Ucd＝0V，Ubc＝0V，Uab＝5.0V，則此故障可能是(

)A．L斷路B．R斷路C．R′斷路D．S斷路在用電壓表和電流表測電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，所用電壓表和電流表的內(nèi)阻分別為1kΩ和0.1Ω，圖2－10－6中為實驗原理圖及所需器件圖．(1)在圖中畫出連線，將器件按原理圖連接成實驗電路．實驗數(shù)據(jù)的處理方法例2圖2－10－6圖2－10－7I(A)0.120.200.310.320.500.570U(V)1.371.321.241.181.101.05(2)一位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)見下表，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖2－10－7中畫出U－I圖象，根據(jù)圖象讀出電池的電動勢E＝________V，求出電池內(nèi)阻r＝________Ω.I(A)0.120.200.310.320.500.570U(V)1.371.321.241.181.101.05(3)若不作出圖線，只選用其中兩組U和I的數(shù)據(jù)，用公式E＝U＋Ir列方程求E和r，這樣做可能得出誤差很大的結(jié)果，其中選用第________組和第________組的數(shù)據(jù)，求得E和r誤差最大．四、測電源E、r的其他方法只要獲得兩組關(guān)于E、r的關(guān)系是即可解決問題Ｅ＝Ｕ1＋Ｉ1rＥ＝Ｕ2＋Ｉ2rr作業(yè)：同步測控1-6，最后一題選做。實驗一：描繪小燈泡的伏安特性曲線注意：1、我們一般借助滑動變阻器調(diào)控小燈泡兩端電壓。2、一般情況下，小燈泡是小電阻，阻值一般在10Ω左右。3、伏安特性曲線描繪類實驗，要求小燈泡兩端的電壓變化要從零伏開始。UI四個考點：外接、分壓、線路連接、繪制曲線。畫出“描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗”電路圖（甲），并根據(jù)電路圖在圖乙中畫出實物連線圖。P12210、11實驗二：測量金屬絲的電阻率注意：1、借助滑動變阻器調(diào)控金屬絲兩端電壓。2、一般情況下，金屬絲是小電阻，阻值一般在10Ω左右。3、假定滑動變阻器的最大阻值為20歐P54例3Rg如何將表頭（Rg,Ig)改裝成量程為U的電壓表？URgRIg當被測電壓為量程U量時，此時表頭指針滿偏，通過表頭電流為Ig。U量=Ig（R+Rg)如果要把表頭的電壓量程擴展為原來的n倍，則需串聯(lián)：舉例：n=100實驗三：電表改裝P47變式2Rg如何將表頭（Rg,Ig)改裝量程為I的電流表？R當被測電流為量程I量時，此時表頭指針滿偏，通過表頭電流為Ig。IgRg=(I-Ig）R如果要把表頭的電流量程擴展為原來的n倍，則需并聯(lián)：RgRIgI-Ig舉例：n=100（1）電阻最大∞

，電流I=

.

∞0

1500142Ω（5）任意刻度R

=150Ω（3）若I=Ig/2,則R=

.（2）電阻最小0，為使表頭滿偏，即I=Ig,歐姆表內(nèi)部總電阻為R內(nèi)=R0+Rg+r=則滑動變阻器需調(diào)至R0=0105mA350（4）若I=3mA,則R=

,350ΩＥ＝1.5V，r=0.5Ω，Rg=7.5ΩIg=10mA150Ω指針半偏時讀數(shù)為中值電阻ABR0G實驗四：歐姆表的使用P132、11機械調(diào)零選量程歐姆調(diào)零測量電阻指針偏角過大或過小指針在中間附近讀數(shù)將選擇開關(guān)置于“OFF”檔三、歐姆表的使用（重點）r安培表：0~0.6A伏特表:0~3V滑動變阻器:選用阻值較小的,最大阻值10~20ΩP654實驗五：E、r的測量五、誤差分析大內(nèi)大、小外小。AVRxAVRx外接法內(nèi)接法“框”指的是電壓表和待測電阻構(gòu)成的框。r五、誤差分析：大內(nèi)大、小外小。六、電源U外-I和電阻U-I圖像EI短U外=E－IrrY=b－kx

U外=E－rI

（0、0）i×U'IU'I交點含義分析：電源U-I：當電源端電壓為3V時，通過電源的電流為2A燈泡U-I：當燈泡的端電壓為3V時，通過燈泡的電流為2A。3V即作為燈泡的端電壓，又作為電源的端電壓，2A即通過電源，又通過燈泡，說明交點指的是燈泡作為電源外電路時（兩者串聯(lián)）時的實際工作電壓和電流。(2A、3V）5.如圖2－7－16所示，線段A為某電源的U－I圖線，線段B為某電阻R的U－I圖線，由上述電源和電阻組成閉合電路時，求：P58圖2－7－16(1)電源的輸出功率P出是多大？(2)電源內(nèi)部損耗的電功率P內(nèi)是多少？(3)電源的效率η是多大？電源和電阻組成閉合電路時，電阻兩端電壓和通過它的電流是多少？4.如圖2－7－18所示，直線A為電源的U－I圖線，直線B和C分別為電阻R1和R2的U－I圖線，用該電源分別與R1、R2組成閉合電路時，電源的輸出功率分別為P1、P2，電源的效率分別為η1、η2，則()P129圖2－7－18A．P1>P2 B．P1<P2C．η1>η2 D．η1<η2R1R2變式訓(xùn)練3如圖2－7－11所示，直線A為電源a的路端電壓與電流的關(guān)系圖線；直線B為電源b的路端電壓與電流的關(guān)系圖線；直線C為一個電阻R兩端電壓與電流的關(guān)系圖線．將這個電阻分別接到a、b兩電源上，那么(

)圖2－7－11A．R接到b電源上時電源的效率高B．R接到b電源上時電源的輸出功率較大C．R接到a電源上時電源輸出功率較大，但電源效率較低D．R接到a電源上時電阻的發(fā)熱功率較大，電源效率也較高五、誤差分析（一）：公式法分析r真實值測量值0E測=E真r測>r真E測

五、誤差分析（二）：圖像法分析Ｕ：路端電壓Ｉ：電源電流原理：Ｅ＝Ｕ＋ＩrE、r五、誤差分析（二）：等效法分析等效電源的電動勢等于等效部分的開路電壓，等效電源的內(nèi)阻等于等效部分的除源電阻。等效電源E'r'電源U-I和電阻U'-I圖像的交點EI短U外=E－IrrY=b－kx

U外=E－rI

（0、0）i×U'IU'I交點含義分析：電源U-I：當電源端電壓為3V時，通過電源的電流為2A燈泡U-I：當燈泡的端電壓為3V時，通過燈泡的電流為2A。3V即作為燈泡的端電壓，又作為電源的端電壓，2A即通過電源，又通過燈泡，說明交點指的是燈泡作為電源外電路時（兩者串聯(lián)）時的實際工作電壓和電流。(2A、3V）5.如圖2－7－16所示，線段A為某電源的U－I圖線，線段B為某電阻R的U－I圖線，由上述電源和電阻組成閉合電路時，求：P58圖2－7－16(1)電源的輸出功率P出是多大？(2)電源內(nèi)部損耗的電功率P內(nèi)是多少？(3)電源的效率η是多大