閉合電路中的功率及效率問題[學(xué)術(shù)參考]

1、閉合電路中的功率及效率問題1電源的總功率(1)任意電路：P總EIU外IU內(nèi)IP出P內(nèi) (2)純電阻電路：P總I2(Rr).2電源內(nèi)部消耗的功率：P內(nèi)I2rU內(nèi)IP總P出3電源的輸出功率(1)任意電路：P出UIEII2rP總P內(nèi)(2)純電阻電路：P出I2R.(3)純電阻電路中輸出功率隨R的變化關(guān)系當(dāng)Rr時(shí)，電源的輸出功率最大為Pm.當(dāng)Rr時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來越小當(dāng)Rr時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來越大當(dāng)P出Pm時(shí)，每個(gè)輸出功率對應(yīng)兩個(gè)外電阻R1和R2，且R1R2r2.P出與R的關(guān)系如圖4所示4電源的效率(1)任意電路：100%100%. (2)純電阻電路：100%100%因此在純電阻電路中

2、R越大，越大；當(dāng)Rr時(shí)，電源有最大輸出功率，效率僅為50%.特別提醒當(dāng)電源的輸出功率最大時(shí)，效率并不是最大，只有50%；當(dāng)R時(shí)，100%，但此時(shí)P出0，無實(shí)際意義 “等效電源法”的應(yīng)用例1如圖5所示，已知電源電動(dòng)勢E5 V，內(nèi)阻r2 ，定值電阻R10.5 ，滑動(dòng)變阻器R2的阻值范圍為010 .求：圖5(1)當(dāng)滑動(dòng)變阻器R2的阻值為多大時(shí)，電阻R1消耗的功率最大？最大功率是多少？(2)當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為多大時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大？最大功率是多少？(3)當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為多大時(shí)，電源的輸出功率最大？最大功率是多少？解析(1)定值電阻R1消耗的電功率為P1I2R1，可見當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值R

3、20時(shí)，R1消耗的功率最大，最大功率為P1m2 W.(2)將定值電阻R1看做電源內(nèi)阻的一部分，則電源的等效內(nèi)阻rR1r2.5 ，故當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值R2r2.5 時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大，最大功率為P2m2.5 W.(3)由電源的輸出功率與外電阻的關(guān)系可知，當(dāng)R1R2r，即R2rR1(20.5) 1.5 時(shí)，電源有最大輸出功率，最大功率為P出m3.125 W.答案(1)R20時(shí)，R1消耗的功率最大，為2 W(2)R22.5 時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大，為2.5 W(3)R21.5 時(shí)，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

4、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(dāng)注意的是，當(dāng)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(shí)，此時(shí)的條件是當(dāng)電阻值最接近等效電源的內(nèi)阻時(shí)，電源的輸出功率最大圖7214即學(xué)即練1如圖7214所示，電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r的電池與定值電阻R0、滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)，已知R0r，滑動(dòng)變阻器的最大阻值是2r.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P由a端向b端滑動(dòng)時(shí)，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(dòng)變阻器消耗的功率變小 D定值電阻R0上消耗的功率先變大后變小解析當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P由a端向b端滑動(dòng)時(shí)，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(xiàng)A正確、

5、B錯(cuò)誤；把定值電阻R0看成電源內(nèi)阻，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P由a端向b端滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率變小，定值電阻R0上消耗的功率變大，選項(xiàng)C正確、D錯(cuò)誤答案AC對閉合電路功率的兩點(diǎn)新認(rèn)識(shí)(1)閉合電路是一個(gè)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，EIP內(nèi)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(shí)，電源的輸出功率變大突破訓(xùn)練2如圖6所示電路中，R為一滑動(dòng)變阻器，P為滑片，若將滑片向下滑動(dòng)，則在滑動(dòng)過程中，下列判斷錯(cuò)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 DR上消耗功率

6、一定逐漸變小答案D解析滑動(dòng)變阻器滑片P向下滑動(dòng)，RR并R外，由閉合電路歐姆定律I推得I，由電源內(nèi)電路消耗功率P內(nèi)I2r可得P內(nèi)，A正確U外EIr，U1(IIL1)R1，UL2U外U1，PL2，故燈泡L2變暗，B正確電源效率，故C正確R上消耗的功率PR，PR增大還是減小不確定，故D錯(cuò)【跟蹤短訓(xùn)】圖7273如圖727所示電路， 電源電動(dòng)勢為E，串聯(lián)的固定電阻為R2，滑動(dòng)變阻器的總電阻為R1，電阻大小關(guān)系為R1R2r，則在滑動(dòng)觸頭從a端移動(dòng)到b端的過程中，下列描述中正確的是()A電路中的總電流先減小后增大 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(dòng)變阻器R1上消耗的功率先減小后

7、增大解析在滑動(dòng)觸頭從a端移動(dòng)到b端的過程中，R1接入電路的電阻(實(shí)際上是RaP與RbP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(dòng)觸頭從a端移動(dòng)到b端的過程中，R1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(cuò)誤；將R2r視為電源內(nèi)阻，在滑動(dòng)觸頭從a端移動(dòng)到b端的過程中，外電阻R1接入電路的電阻先增大后減小，滑動(dòng)變阻器R1上消耗的功率先增大后減小，D錯(cuò)誤答案AB圖7284如圖728所示，閉合開關(guān)S后，A燈與B燈均發(fā)光，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向左滑動(dòng)時(shí)，以

8、下說法中正確的是()AA燈變亮 BB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(dòng)變阻器的滑片P向左滑動(dòng)，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I減小，則B燈變暗，路端電壓UEIr增大，燈泡A兩端的電壓UAUUB增大，A燈變亮，則A選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；電源的輸出功率P外可能減小，電源的總功率PEI減小，則C選項(xiàng)正確、D選項(xiàng)錯(cuò)誤答案AC題組2電路中的功率與效率4在如圖3所示的電路中，電源內(nèi)阻不能忽略，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)時(shí)，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(dòng)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(dòng)態(tài)分析的能力滑片移動(dòng)時(shí)，電流表示數(shù)變大，可知滑片向右移動(dòng)，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(cuò)誤5在純電阻電路中，當(dāng)用一個(gè)固定的電源(E、r是定值)向變化的外電阻供電時(shí)，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，