電源外特性和輸出功率

關(guān)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(xué)習(xí)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。

第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五

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。

第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五

情感目標(biāo)

1、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。第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五

學(xué)習(xí)重難點(diǎn)

學(xué)習(xí)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)難點(diǎn)

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?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)展的太陽能發(fā)電和風(fēng)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(xué)習(xí)了電源的相關(guān)知識(shí)，知道電源既有電動(dòng)勢E、內(nèi)阻r也有端電壓U，電動(dòng)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(xué)習(xí)了全電路的歐姆定律，如下圖所示一個(gè)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(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。

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(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。第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五任務(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(dòng)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(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。第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五負(fù)載E、rsR1AVR0實(shí)驗(yàn)電路連接圖實(shí)驗(yàn)電路圖第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五1.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)=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(dòng)勢。第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五2.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)外電路電阻增大（或減?。r(shí)，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(guān)系曲線：

1.當(dāng)電流I=0時(shí)，路端電壓U=E。2.當(dāng)電流I≠0時(shí)，路端電壓U=I×R，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)備必須短路，則應(yīng)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(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=I×R，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=

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(dòng)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(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(guān)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(fù)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(shè)電源的電動(dòng)勢E=3V，內(nèi)阻r=2Ω。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/ＡOE=３vI短＝１.５Ａ與y軸交點(diǎn)為開路電壓E，與x軸交點(diǎn)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(dòng)勢E=4.0V，內(nèi)阻r＝0.2Ω，外阻R＝1.8Ω,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=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(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=第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五學(xué)習(xí)評(píng)測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。第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五小結(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=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(shè)電源的電動(dòng)勢E=4.5V，內(nèi)阻r=3Ω。請(qǐng)根據(jù)路端電壓與電流的關(guān)系式U