高中物理:闭合电路中电阻的最大功率 |
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电源的输出功率p=UI,即 对于给定的电源,一般它的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。若用图像表示P出与R关系,从图象P出—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。 (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。其最大输出功率 电源输出功率最大时,电源的效率并不最高, 此时电源的效率η=UI/EI=R/(R+r)=50﹪。 作出相应的P—R图线,如图2所示。 图 2 例题:电源的电动势E=6v,内电阻r=3Ω,R1=1Ω,R2为变阻器,如图3所示。 (1)要使电源输出功率最大,R2应为多大? (2)要使变阻器R2消耗的功率最大,R2应为多大? (3)要使R1消耗的功率最大,R2应为多大? 分析与解答: (1)对电源来讲,R1和R2是外电路,根据电源输出功率最大条件得 R1+R2=r,即R2=2Ω时,电源输出功率最大。此时最大输出功率为 算得Pm=3w。 (2)R1是固定电阻,R2是可变电阻。可以把R1和电源看为一个新的等效电源,这个等效电源的电动势还为E,内阻为r+R1,R2是等效电源的外电阻。根据电源输出功率最大条件得R2=r+R1=4Ω。容易算出此时R2消耗的最大功率为2.25w。 (3)R1是固定电阻,通过R1的电流最大,R1的消耗的功率最大。而当变阻器R2=0时,闭合电路中电流最大。容易算出此时R1最大功率为2.25w。 巩固练习:如图4所示,若电源的电动势为10伏特,内电阻为2.5Ω。当R1=10Ω时。求: (1)要使电源输出功率最大,变阻器R2应多大?这时电源输出功率是多少? (2)要使变阻器R2消耗的功率最大,R2应为多大? (3)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? 图 4 (0、8w;12.5Ω、2w ; 0、8w) 返回搜狐,查看更多 |
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