2022年高考物理-电源的输出功率和电路的最大功率.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载高考物理 - 电源的输出功率和电路的最大功率有关求“ 电源的最大输出功率” 、“ 电路中某部分消耗的最大功率” 或“ 电源的效率” 等问题,在解题中简单显现一些错误,本文着重阐述电源的输出功率及其变化规律；并举例说明如何求电路的最大功率；电源输出功率指的是电源供应应外电路用电器的功率；在数值上等于 UI；电源发出的功率,实质就是电源释放的功率 又称为电源的总功率 ,它是电源通过非静电力将其他形式的能转化为电能的功率；在数值上等于 I ；假如电源的 电动势 为 ,内电阻为 r ,外电路的电阻为 R,通过电对于给定的电源,一般它的

2、电动势和内电阻是不变的,所以从上述表达式中不难看出：电源的输出功率P 出是随着外电路的电阻R而变化的；如用图象表示P 出与 R关系,从图象1P出梍 R图像可进一步看出电源输出功率随外电阻变化的规律：1 当外电路电阻R小于电源内电阻r 时,电源输出功率随着外电路电阻的增大而增大；2 当外电路电阻R大于电源内电阻r 时,电源输出功率随着外电路电阻的增大而减小；名师归纳总结 3 当外电路电阻R等于电源内电阻r 时,电源输出功率最大；其最第 1 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载电源输出功率最大时,电源的效率并不高,此时电源的效

3、率 例一 电源的电动势 =10 伏特,内电阻 r=1 欧姆, 外电路由定值电阻R1可变电阻 R2并联组成 如图 2R1=6 欧姆；求： l当 R2 调到何值时,电源输出功率最大？最大输出功率是多少？2 要使电源输出功率为16 瓦特, R2 应调到何值？这时电源的效率是多少？解： 1 电源输出最大功率的条件是 R外=R,故有将 r=l 欧姆, R1=6欧姆代人上式 . 解得R2=1.2 欧姆；电源的最大输出功率为：解得： R=4欧姆或 R抇=0. 25 欧姆；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载解得：R

4、2=12欧姆或 R2 抇=0.26 欧姆； 由此可知,要使电源输出功率为16 瓦特, R2应调到 12 欧姆,这时电源效率为80%；或者将 R2调到 0.26 欧姆,这时电源效率为 20%；从图 1 仍可知,当电源输出功率小于电源最大输出功率时,外电路的电阻将有两于阻值与同一个输出功率相对应,且阻值大的外电阻所组成的电路电源的效率较高. 例二 电源的电动势 =60 伏特 . 内电阻 r=2 欧姆, R1=4 欧姆, R2为变阻器 如图 3 ,要使变阻器消耗的功率最大,R2 应是多大？这时 R2消耗的电功率是多少？解法一：依据闭合电路欧姆定津,I= /R 1+R2r ,且 U2= -1r+R 1

5、 ；因此,令 r 0=R1+r, 由于 R 2+Rl +r 2=R2+r 0 2=R2- r 0 2+4R2r 0,这样上式可以改写为名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 由于电源的电动势学习必备欢迎下载和内电阻 r 0与电路无关, 可以看作恒量, 因此 , 只有 R2=r 0时,上式中分母的值最小,整个分式的值最大,这时在 大值,所以R2=r 0=R1+r=4+2=6 欧姆 这时 R2消耗的最大功率是P2m=150瓦特 R2上消耗的电功率就达到最上式解法,给我们一个启示：我们可以把 R1 看成是电源内电阻的一部分；这样

6、内电阻 r 0就是 R1+r ；利用电源输出功率最大的条件：外电阻等于电源的内电阻,即R2=r 0=R1+r ,此题就能直接算出变阻R2 的值,及 R2消耗的最大电功率；解法如下；解法二：利用电源输出功率最大的条件,可得：R2=r+R1=2+4=6 欧姆 . 这时 R2消耗的最大功率是 例三 在例二的图中, 如电源的电动势为10 伏特,内电阻为 2.5 欧姆；当 R1=10欧姆时；求： 1 要使 R1消耗的电功率最大,变阻器R2应多大？这时R1 消耗的电功率是多少？ 2 要使电源输出功率最大,变阻器 少？R2 应多大？这时电源输出功率是多名师归纳总结 有的同学作如下的解答：把R2 作为电源内电

7、阻的一部分,那么,电源输出功率第 4 页,共 6 页最大的条件是R1=R2+r ,所以- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - R2=R1-r =10-2.5=7.5学习必备欢迎下载欧姆 ；这样的解答是错误的；由于把R2 作为电源内电阻的一部分,但是这样的电源内电阻却是变化的,而不是恒量；不符合电源输出功率最大值的条件的前提,即把电 源电动势与内电阻看作恒量；这题正确的解法如下：lR1消耗的功率P1=I2R1,由于 R1恒定,要使P1最大,必需使I 最大；依据全电路欧姆定律I= /R 2+r+R 1 ,由于 、 r 、R1恒定,当 R2=0 时 I 最大,即

8、P1 最大,这时 R1 消耗的最大功率2 由题意可知 R外=R1+R2r ,从 P 出梍 P 外图象 参见图 4 的 MBC段可以看出,当 R外 r 时,输出功率随着外电阻的削减而增大,这个电路的电源输出功率这时是在 BC段变化,所以当R2=0时,外电阻R外=R1所对应的电源输出功率最大,其数值为假如例三中R1 改为 1.5 欧姆；就第 l 问解法同例三,当 其值为R2=0时 I 最大、 Ri 消耗的功率最大,名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载第2 问,由于 R1挘糭 r ,从 p 出梍 P 外图象可以看出,外电阻的变化范畴在R1到无限大之间 设 R2为抱负变阻器, 变化范畴从 0 ,图象将可在 AMBC段变化,当 R外=r 时,电源输出功率最大；这时 R1+R2=r ,所以 R 2=r-R1=2.5-1.5=1欧姆 ；这时电源输出功率的最大值为名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页