電源外特性和輸出功率

1、電工電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能訓(xùn)練 基爾霍夫第一定律 簡(jiǎn)單直流電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單直流電路的設(shè)計(jì) 電源外特性和輸出功率電源外特性和輸出功率學(xué)習(xí)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo) 1、了解電源外特性實(shí)驗(yàn)電路的組成。 2、理解路端電壓與負(fù)載電流的關(guān)系，知道這種關(guān)系的公式表達(dá)和圖線表達(dá)，理解閉合電路的功率表達(dá)式。 3、幫助學(xué)生記憶當(dāng)電路為三種不同工作狀態(tài)時(shí)，分別對(duì)應(yīng)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(fù)載輸出功率的公式。 技能目標(biāo)技能目標(biāo) 1、學(xué)會(huì)組裝電源外特性實(shí)驗(yàn)電路。 2、掌握閉合電路路端電壓與電路電流之間變化關(guān)系的表達(dá)式及路段電壓公式。 3、學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)知識(shí)完成相關(guān)題目。 情感目標(biāo)情感目標(biāo) 1、

2、養(yǎng)成通過親自實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)一般規(guī)律的動(dòng)手能力。 2、通過學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐，使其能夠獲得成功帶來的愉悅，從而引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)習(xí)重難點(diǎn) 學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)重點(diǎn)重點(diǎn) 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(guān)系，各自的表達(dá)式。 學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)難點(diǎn)難點(diǎn) 電源外特性曲線的理解。 情境引入 電源在我們的日常生活中非常普遍，它是能夠?yàn)殡娐诽峁┏掷m(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(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電裝置。 前面的課程我們首先學(xué)習(xí)了電源的相關(guān)知識(shí)，知道電源既有電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)阻r也有端電壓U，電動(dòng)勢(shì)只存在于電源的內(nèi)部，端電壓則是電源加在外電

3、路兩端的電壓。接著學(xué)習(xí)了全電路的歐姆定律，如下圖所示一個(gè)簡(jiǎn)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(gè)電路的總電流I=E/(r+R)。當(dāng)外電路電阻R值增大或減小時(shí)，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(xué)習(xí)的內(nèi)容。 ErSRAB外電路外電路I閉合電路閉合電路任務(wù)導(dǎo)入今天我們學(xué)習(xí)的內(nèi)容主要分為兩個(gè)部分： 一、電源的外特性。 二、電源向負(fù)載輸出的功率。任務(wù)實(shí)施一、電源的外特性路端電壓與負(fù)載電流的關(guān)系，主要通過實(shí)驗(yàn)演示的方法來學(xué)習(xí)，如下所示為我們所使用的實(shí)驗(yàn)電路，電路中電壓表V測(cè)量的是路端電壓U的值，電流表

4、A測(cè)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(dòng)變阻器最大值為10，定值電阻R0為5，兩節(jié)干電池組合后E為3V，電源內(nèi)阻r為2。 對(duì)于該電路，開關(guān)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(shí)，電壓表和電流表的讀數(shù)情況。E、rsR1AVR0實(shí)驗(yàn)電路連接圖實(shí)驗(yàn)電路圖 1.開關(guān)S打開時(shí) 此時(shí)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)=rI=0，電壓表測(cè)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(dòng)勢(shì)。 2.開關(guān)S閉合時(shí) 此時(shí)通過不斷的調(diào)整R0改變外電阻R的大小，那么當(dāng)外電路電

5、阻增大（或減小）時(shí)，電流怎樣變化？路端電壓怎樣變化？E r R0 （變阻）R1 R 電流表電壓表 3 2 5 0 50.432.143 2 5 5100.252.53 2 5 10150.152.7R I UR I U閉合電路歐姆定律：閉合電路歐姆定律： I=E/(r+R)外電路電壓：外電路電壓：U=E-U內(nèi)=E-Ir電源的外特性關(guān)系曲線： 1.當(dāng)電流I=0時(shí)，路端電壓U=E。2.當(dāng)電流I0時(shí)，路端電壓U=IR，左圖斜線的斜率即為電源內(nèi)阻。3.當(dāng)電源短路時(shí)，I短=E/r（延長(zhǎng)曲線與X軸交點(diǎn)得到I短值），則 U=E- I短 r=0，此時(shí)為嚴(yán)重的故 障狀態(tài)，應(yīng)該避免發(fā)生。如果為維修或調(diào)試設(shè)備必須短

6、路，則應(yīng)保證在電路安全的狀況下。U/VI I/ /OEU內(nèi)=I rU外=I R二、電源向負(fù)載的輸出功率 電流做功的過程實(shí)際上就是電能轉(zhuǎn)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(shí)間t三者的乘積，即W=UIt，因?yàn)閁=IR，因此W= 電流在單位時(shí)間內(nèi)做的功為功率，通過W的表達(dá)式可以得到功率表達(dá)式：P=W/t=UI= 已知在閉合回路中，電源電動(dòng)勢(shì)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(shí)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外電路外電路I 閉合回路中的功率關(guān)系：電源內(nèi)耗功率：P內(nèi)=U內(nèi)I

7、=電源輸出功率：P外=U外I=電源向負(fù)載輸出的功率即為電源的輸出功率。案例分析一、設(shè)電源的電動(dòng)勢(shì)E=3V，內(nèi)阻r=2。請(qǐng)根據(jù)路端電壓與電流的關(guān)系式U=E-Ir，以U為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，做出U與I關(guān)系的函數(shù)圖像。U/VI I/ /OE=vI I短短.與與y軸交點(diǎn)為開路電壓軸交點(diǎn)為開路電壓E，與，與x軸軸交點(diǎn)為電源短路電流交點(diǎn)為電源短路電流I=E/r。二、如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E=4.0V，內(nèi)阻r0.2，外阻R1.8,閉合開關(guān)時(shí)，電源的總功率，電源內(nèi)消耗的功率、電源向負(fù)載的輸出功率各為多少？I=E/(R+r)=2A，P總總=EI=42=8WP內(nèi)內(nèi)=IIr=220.2=0.8WP外外=UI=IIR=

8、221.8=7.2WVRr E拓展知識(shí)電源向負(fù)載輸出功率的最大值是什么：P外=U外I= = = = 當(dāng) R=r 時(shí),即外阻等于內(nèi)阻時(shí),電源的輸出功率最大。此時(shí)Pmax=RI2rE42學(xué)習(xí)評(píng)測(cè)判斷下列說法是否正確： 1.當(dāng)電源內(nèi)阻為零時(shí)，電源的電動(dòng)勢(shì)的大小就等于電源 的端電壓。 2.當(dāng)電路開路時(shí)，電源電動(dòng)勢(shì)的大小就等于電源的端電 壓。 3.在通路狀態(tài)下，負(fù)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(fù)載是大負(fù)載。小結(jié)與作業(yè) 項(xiàng)目小結(jié)： 1、電源外特性 閉合電路歐姆定律： I=E/(r+R) 開路時(shí)外電壓： U=E 通路時(shí)外電壓： U=IR=E-Ir 短路時(shí)外電壓： U=0 2、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= 課后作業(yè)： 1.設(shè)電源的電動(dòng)勢(shì)E=4.5V，內(nèi)阻r=3