電源外特性和輸出功率

關于電源外特性和輸出功率第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五電源外特性和輸出功率第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五學習目標

知識目標

1、了解電源外特性實驗電路的組成。2、理解路端電壓與負載電流的關系，知道這種關系的公式表達和圖線表達，理解閉合電路的功率表達式。3、幫助學生記憶當電路為三種不同工作狀態(tài)時，分別對應的路段電壓的值，記憶電源輸出總功率、電源內(nèi)耗功率、電源向負載輸出功率的公式。

第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五

技能目標

1、學會組裝電源外特性實驗電路。2、掌握閉合電路路端電壓與電路電流之間變化關系的表達式及路段電壓公式。3、學生能夠應用所學知識完成相關題目。

第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五

情感目標

1、養(yǎng)成通過親自實驗推導一般規(guī)律的動手能力。

2、通過學生的動手實踐，使其能夠獲得成功帶來的愉悅，從而引起學生的學習興趣。第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五

學習重難點

學習重點

1、電源外部特性曲線的理解、畫法。

2、電源總功率、電源內(nèi)耗功率、電源輸出功率三者之間的關系，各自的表達式。學習難點

電源外特性曲線的理解。

第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五情境引入電源在我們的日常生活中非常普遍，它是能夠為電路提供持續(xù)電能的裝置，例如干電池、鉛蓄電池、鋰電池、鋅汞電池等，以及近幾年在飛速發(fā)展的太陽能發(fā)電和風力發(fā)電裝置。

第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五

前面的課程我們首先學習了電源的相關知識，知道電源既有電動勢E、內(nèi)阻r也有端電壓U，電動勢只存在于電源的內(nèi)部，端電壓則是電源加在外電路兩端的電壓。接著學習了全電路的歐姆定律，如下圖所示一個簡單的閉合電路，分為內(nèi)電路（電源內(nèi)部的電路）和外電路（電源外部的電路）兩部分，通過整個電路的總電流I=E/(r+R)。當外電路電阻R值增大或減小時，U和I怎樣變化呢，它們之間是否存在什么規(guī)律呢，電源向電阻輸出的功率是多少呢？這就是我們今天要學習的內(nèi)容。

第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五ErSRAB外電路I閉合電路第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五任務導入今天我們學習的內(nèi)容主要分為兩個部分：

一、電源的外特性。

二、電源向負載輸出的功率。第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五任務實施一、電源的外特性——路端電壓與負載電流的關系，主要通過實驗演示的方法來學習，如下所示為我們所使用的實驗電路，電路中電壓表V測量的是路端電壓U的值，電流表A測量的是通過外電路的總電流I的值，外電R=R0+R1。電壓表選擇量程為3V，電流表選擇量程為0.6A，滑動變阻器最大值為10Ω，定值電阻R0為5Ω，兩節(jié)干電池組合后E為3V，電源內(nèi)阻r為2Ω。對于該電路，開關S有打開和閉合兩種狀態(tài)，我們來一起分析一下這兩種工作狀態(tài)時，電壓表和電流表的讀數(shù)情況。第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五負載E、rsR1AVR0實驗電路連接圖實驗電路圖第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五1.開關S打開時

此時電路為開路狀態(tài)，電路中通過的電流為0，電流表讀數(shù)為0，內(nèi)阻壓降U內(nèi)=r×I=0，電壓表測量的為電路的開路電壓U外=E-U內(nèi)=E，即電源的開路電壓為電源的電動勢。第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五2.開關S閉合時

此時通過不斷的調(diào)整R0改變外電阻R的大小，那么當外電路電阻增大（或減?。r，電流怎樣變化？路端電壓怎樣變化？第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五E

r

R0

（變阻）R1

R

電流表電壓表

3

2

5050.432.143

2

55100.252.53

2

510150.152.7RIURIU閉合電路歐姆定律：

I=E/(r+R)外電路電壓：U=E-U內(nèi)=E-I×r第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五電源的外特性關系曲線：

1.當電流I=0時，路端電壓U=E。2.當電流I≠0時，路端電壓U=I×R，左圖斜線的斜率即為電源內(nèi)阻。3.當電源短路時，I短=E/r（延長曲線與X軸交點得到I短值），則U=E-I短×r=0，此時為嚴重的故障狀態(tài)，應該避免發(fā)生。如果為維修或調(diào)試設備必須短路，則應保證在電路安全的狀況下。U/VI/ＡOEU內(nèi)=I×rU外=I×R第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五二、電源向負載的輸出功率電流做功的過程實際上就是電能轉化為其他形式能量的過程，電流在一段電路上做功等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I和通電時間t三者的乘積，即W=UIt，因為U=I×R，因此W=

電流在單位時間內(nèi)做的功為功率，通過W的表達式可以得到功率表達式：P=W/t=UI=

第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五已知在閉合回路中，電源電動勢為外電路電壓和內(nèi)電路電壓之和，即E=U外+U內(nèi)。

則在等式兩邊同時乘以該電路的電流I得到EI=U外I+U內(nèi)I,即P總=P外+P內(nèi)。ErSRAB外電路I第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五

閉合回路中的功率關系：電源提供的總功率：P總=EI電源內(nèi)耗功率：P內(nèi)=U內(nèi)I=電源輸出功率：P外=U外I=電源向負載輸出的功率即為電源的輸出功率。第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五案例分析一、設電源的電動勢E=3V，內(nèi)阻r=2Ω。請根據(jù)路端電壓與電流的關系式U=E-Ir，以U為縱坐標，I為橫坐標，做出U與I關系的函數(shù)圖像。U/VI/ＡOE=３vI短＝１.５Ａ與y軸交點為開路電壓E，與x軸交點為電源短路電流I=E/r。第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五二、如圖所示，電源電動勢E=4.0V，內(nèi)阻r＝0.2Ω，外阻R＝1.8Ω,閉合開關時，電源的總功率，電源內(nèi)消耗的功率、電源向負載的輸出功率各為多少？I=E/(R+r)=2A，P總=EI=4×2=8WP內(nèi)=I×I×r=2×2×0.2=0.8WP外=UI=I×I×R=2×2×1.8=7.2WVRrE第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五拓展知識電源向負載輸出功率的最大值是什么：P外=U外I====當R=r時,即外阻等于內(nèi)阻時,電源的輸出功率最大。此時Pmax=第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五學習評測判斷下列說法是否正確：1.當電源內(nèi)阻為零時，電源的電動勢的大小就等于電源的端電壓。2.當電路開路時，電源電動勢的大小就等于電源的端電壓。

3.在通路狀態(tài)下，負載電阻變大，端電壓就下降。

4.在短路狀態(tài)下，電源的內(nèi)壓降等于零。

5.在電源電壓一定的情況下，電阻大的負載是大負載。第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五小結與作業(yè)項目小結：1、電源外特性

閉合電路歐姆定律：I=E/(r+R)

開路時外電壓：U=E

通路時外電壓：U=IR=E-Ir

短路時外電壓：U=02、電源輸出功率

電源總功率：P總=EI

電源內(nèi)耗功率：P內(nèi)=U內(nèi)I=

電源輸出功率：P外=U外I=

第25頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五課后作業(yè)：1.設電源的電動勢E=4.5V，內(nèi)阻r=3Ω。請根據(jù)路端電壓與電流的關系式U