電源外特性和輸出功率

關(guān)于電源外特性和輸出功率電源外特性和輸出功率第2頁,共27頁，2024年2月25日，星期天學(xué)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(guān)系，知道這種關(guān)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(xué)生記憶當電路為三種不同工作狀態(tài)時，分別對應(yīng)的路段電壓的值，記憶電源輸出總功率、電源內(nèi)耗功率、電源向負載輸出功率的公式。

第3頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

技能目標

1、學(xué)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(guān)系的表達式及路段電壓公式。3、學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)知識完成相關(guān)題目。

第4頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

情感目標

1、養(yǎng)成通過親自實驗推導(dǎo)一般規(guī)律的動手能力。

2、通過學(xué)生的動手實踐，使其能夠獲得成功帶來的愉悅，從而引起學(xué)生的學(xué)習興趣。第5頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

學(xué)習重難點

學(xué)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(guān)系，各自的表達式。學(xué)習難點

電源外特性曲線的理解。

第6頁,共27頁，2024年2月25日，星期天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，2024年2月25日，星期天第8頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

前面的課程我們首先學(xué)習了電源的相關(guān)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(xué)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(xué)習的內(nèi)容。

第9頁,共27頁，2024年2月25日，星期天ErSRAB外電路I閉合電路第10頁,共27頁，2024年2月25日，星期天任務(wù)導(dǎo)入今天我們學(xué)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，2024年2月25日，星期天任務(wù)實施一、電源的外特性——路端電壓與負載電流的關(guān)系，主要通過實驗演示的方法來學(xué)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(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，電壓表和電流表的讀數(shù)情況。第12頁,共27頁，2024年2月25日，星期天負載E、rsR1AVR0實驗電路連接圖實驗電路圖第13頁,共27頁，2024年2月25日，星期天1.開關(guān)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，2024年2月25日，星期天2.開關(guān)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，2024年2月25日，星期天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，2024年2月25日，星期天電源的外特性關(guān)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(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，2024年2月25日，星期天二、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(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，2024年2月25日，星期天已知在閉合回路中，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，2024年2月25日，星期天

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=電源向負載輸出的功率即為電源的輸出功率。第20頁,共27頁，2024年2月25日，星期天案例分析一、設(shè)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(guān)系式U=E-Ir，以U為縱坐標，I為橫坐標，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，2024年2月25日，星期天二、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(guān)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，2024年2月25日，星期天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，2024年2月25日，星期天學(xué)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，2024年2月25日，星期天小結(jié)與作業(yè)項目小結(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，2024年2月25日，星期天課后作業(yè)：1.設(shè)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(guān)系式U=E-Ir，以U