二電源的功率效率及三類曲線

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二、電源的功率、效率及三類曲線

一、導(dǎo)體的伏安特性曲線

導(dǎo)體中的電流跟電壓的關(guān)系用圖線表示出來，就稱為導(dǎo)體的伏安特性曲線。分析時要注意以下兩點：（如圖1）

1、注意I-U曲線和U-I曲線的區(qū)別。（斜率的含義不同）2、對于線性元件伏安特性曲線是，對于非線性元件伏安特性曲線是或直線。

IU1212OUOI

圖1

二、電源的功率、效率

1、閉合電路中各部分的功率

（1）電源的功率（電源的總功率）P總=（2）電源的輸出功率P出=（3）電源內(nèi)部消耗的功率P內(nèi)=2、電源的效率：η==

圖

3、若外電路為純電阻電路

（1）電源輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖2所示。由圖可知，當(dāng)內(nèi)外電阻相等時，電源的輸出功率最大，為Pm=。由圖像還可知，當(dāng)Rr時，若R增大，則P出減小。對應(yīng)于電源的非最大輸出功率可以有兩個不同的外電阻Rl和R2使

r2?R1R2；得電源輸出功率相等，且

（2）電源的效率隨外電路電阻的增大而增大，當(dāng)R=r時效率為。

三、電源的伏安特性曲線

如圖3所示，路端電壓U與電流I的關(guān)系曲線，也就是U=E—Ir式的函數(shù)圖象，稱為電源的伏安特性曲線。當(dāng)電路斷路即I＝0時，縱坐標(biāo)的截距為電動勢E；當(dāng)外電路電壓為U＝0時，橫坐標(biāo)的截距I短=E/r為短路電流；圖線斜率的絕對值為電源的內(nèi)阻。

圖3

四、兩類曲線的綜合

如圖4中a為電源的U-I圖象；b為外電路電阻的U-I圖象；兩者的交點坐標(biāo)表示該電阻接入電路時電路的總電流和路端電壓；該點和原點之間的矩形的面積表示輸出功率；a的斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻的大小；b的斜率的絕對值表示外電阻的大?。划?dāng)兩個斜率相等時，即內(nèi)、外電阻相等時圖中矩形面積最大，即輸出功率最大，可以得出此時路端電壓是電動勢的一半，電流是最大電流的一半。

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EUNU0M（I0,U0）baβαI0I0Im圖4

恒定電流

1、試驗室用的小燈泡燈絲的I-U特性曲線可用以下哪個圖象來表示（）

IIII

oUoUoUoU

A.B.C.D.

2、下圖所列的4個圖象中，最能正確地表示家庭常用的白熾電燈在不同電壓下消耗的電功率P與電壓平方U2之間的函數(shù)關(guān)系的是以下哪個圖象（）PPPPoooo2U2UU2U2

A.B.C.D.

3、將阻值為R且不隨溫度而變化的電阻接在電壓為U的電源兩端，則描述其電壓U、電阻R

及流過電流I間的關(guān)系圖象中，正確的（）

A、1:3B、3:1C、

D、

4、兩電阻R1，R2的伏安特性曲線如下圖，可知兩電阻的大小之比R1:R2等于（）

5、如下圖，電源的電動勢是6V，內(nèi)阻是0.5Ω,小電動機M的線圈電阻為0.5Ω，限流電阻R0為3Ω，若電壓表的示數(shù)為3V，試求：（1）電源的總功率和電源的輸出功率

（2）電動機消耗的功率和電動機輸出的機械功率

6、如圖，E=6V，r=4Ω，R1=2Ω，R2的最大值為10Ω。求：（1）電源的最大輸出功率；

R2（2）R1上消耗的最大功率；

R1（3）R2上消耗的最大功率；

（4）若r=12Ω，R2的最大值為6Ω，求電源的最大輸出功率。Er

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恒定電流

//

7、如圖中所示的是路端電壓U隨電池的內(nèi)電壓U變化的圖像，當(dāng)內(nèi)電壓U=1.2V時，路端電壓和電池的電動勢為多少？

8、如下圖的電路中，R1、R2均為定值電阻，且R1＝100Ω，R2的阻值未知，R3是一個滑動變阻器，在其滑片從最左端滑至最右端的過程中，測得電源的路端電壓U隨電流I的變化圖線如下圖，其中圖線上的A、B兩點是滑片在變阻器兩個不同的端點時分別得到的。求：（1）電源的電動勢和內(nèi)電阻；（2）定值電阻R2的阻值；（3）滑動變阻器R3的最大值；

（4）上述過程中R1上得到的最大功率以及電源的最大輸出功率。

9、如下圖，圖線I為電源的路端電壓隨電流變化的圖線。圖線II為一導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體中電流關(guān)系的圖線。若將該導(dǎo)體和電源連接成閉合回路，求路端電壓和電源的輸出功率。

10、如下圖，圖線a是某一蓄電池組的伏安特性曲線，圖線b是一只某種型號的定值電阻的伏安特性曲線。若已知該蓄電池組的內(nèi)阻為2.0Ω，則這只定值電阻的阻值為多少？現(xiàn)有4只這種規(guī)格的定值電阻，可任意選取其中的若干只進行組合，作為該蓄電池組的外電路，則所組成的這些外電路中，電源輸出功率最大時是多少？

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U/V2015105o2.5baI/A5.07.510.0恒定電流

參考答案

1、解：燈絲在通電后一定會發(fā)熱，當(dāng)溫度達到一定值時才會發(fā)出可見光，這時溫度能達到很高，因此必需考慮到燈絲的電阻將隨溫度的變化而變化。隨著電壓的升高，電流增大，燈絲的電功率將會增大，溫度升高，電阻率也將隨之增大，電阻增大，。U越大I-U曲線上對應(yīng)點于原點連線的斜率必然越小，選A。

U2P?2

R，U越大，電阻越大，圖象2、解：此圖象描述P隨U變化的規(guī)律，由功率表達式知：

上對應(yīng)點與原點連線的斜率越小。選C。

3、CD4、A

5、解：⑴在串聯(lián)電路中,電壓表讀R0兩端的電壓,由歐姆定律得I=1A電源的總功率：P總=EI=6W

2

由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律得：P輸出=P總-Pr=6-1×0.5=5.5W⑵電源的輸出功率為電動機和限流電阻獲得功率之和，P輸出=PM+PO

2

PO=IRO=3W

PM=P輸出-PO=5.5-3=2.5W有PM=P機+PMr

2

得P機=PM-PMr=2.5-Ir=2.5-0.5=2W

6、解：①R2=2Ω時，外電阻等于內(nèi)電阻，電源輸出功率最大為2.25W；②R1是定植電阻，電流越大功率越大，所以R2=0時R1上消耗的功率最大為2W；③把R1也看成電源的一部分，等效電源的內(nèi)阻為6Ω，所以，當(dāng)R2=6Ω時，R2上消耗的功率最大為1.5W。④當(dāng)R2為6Ω時，電源輸出功率最大，為1.62w。

7、0.8，2.0.

8、解：⑴由閉合電路歐姆定律得E=U+Ir

將圖象中A、B兩點的電壓和電流代入和得E=16+0.2rE=4+0.8r聯(lián)立解得E=20Vr=20?

⑵當(dāng)R3的滑鍵自左向右滑時，R3阻值變小，使電路總電阻變小，而總電流變大。由此可知，圖線上的A、B兩點是滑鍵分別位于最左端和最右端時所得到的。當(dāng)滑鍵位于最右端時，R3=0，R1被短路，外電路總電阻即為R2，故由B點的U、I值可求出R2。R2=

UB4??5?IB0.8⑶當(dāng)滑鍵在最左端時，其阻值最大，并對應(yīng)著圖線上的A點，故由A點的U、I值可求出此時外電路總電阻，再根據(jù)串、并聯(lián)電路的規(guī)律可求出R3的最大值。

UA16??80?IA0.2R1R3?R2又R總=

R1?R3R總=

代入數(shù)值解得滑動變阻器的最大值R3=300?

⑷當(dāng)R1消耗的功率最大時，它兩端電壓最大，由UR1=E-I（R2+r）知，這時電路的總電流I應(yīng)最小，故應(yīng)把滑動變阻器的阻值調(diào)到最大，再結(jié)合上面求出的有關(guān)數(shù)據(jù)，便不難得出R1消耗的最大功率。

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恒定電流

當(dāng)R3=300?時，I=

ER1R3?R2?rR1?R3R1R3?0.2?75?15V此時R1兩端的電壓為：U1=I·

R1?R3?20?0.2A

100?300?5