人教版高二物理选修3-1第二章恒定电流第7节闭合电路的欧姆定律专题电源的功率课件 29张PPT
文档属性
| 名称 | 人教版高二物理选修3-1第二章恒定电流第7节闭合电路的欧姆定律专题电源的功率课件 29张PPT |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 342.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-09-21 08:21:27 | ||
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文档简介
(共29张PPT)
高二物理选修3-1
第二章恒定电流
第7节闭合电路的欧姆定律
专题电源的功率
包头市百灵庙中学
史殿斌
一、闭合电路的功率关系
1.电源的功率（电路的总功率）
PE=IE=
2.电源的输出功率（外电路的功率）
PR=IU=I2R=
3.电源内部消耗的功率
Pr=I2r=
4.闭合电路的功率关系：IE=IU+I2r
二、电源的效率
1.电源的效率η为电源的输出功率
与电源的总功率之比。
2.表达式：
3.电源的效率η随外电路电阻R的增大而增大。
三、电源的输出功率
1.当R=r时，电源的输出功率最大且最大值是Pm=E2/4r
2.当电源的输出功率最大时，电源效率为50%，不是最大。
3.电源的输出功率与外电路电阻P-R图像
如图所示，当R=r时电源的输出功率最大。
当R1R2=r2时电源的输出功率相同。
四、用U-I图像表示电源功率的关系
图线A表示电源的U-I图线；
图线B是电阻的U-I图线。
两图线交点的横、纵坐标
表示的是此电源和此电阻组成
闭合电路的电流I和路端电压U。
1.图像中0EDI所围的面积大小（EI）表示电源释放的功率。
2.图像中0UCI所围的面积大小（UI）表示电源的输出功率。
3.而这两个面积之差即UEDC所围的面积大小（EI-UI）表示电源内部所消耗的功率。
4.当A、B两图线的斜率相同时，即内、外电阻相等时，表示电源输出功率的矩形面积最大。此时路端电压为电动势的一半，电流为短路电流的一半。
五、电源的功率随电流变化的图像
如图所示，直线a为电源的总功率PE随电流I变化的图线，其表达式为PE=EI；
抛物线b为电源内部的发热功率Pr随电
流I变化的图线，其表达式为Pr=I2r；
抛物线c为电源输出功率PR随电流I变化
的图线，其表达式为PR=EI-I2r。
1.当外电路短路时，电路中电流最大，短路电流为I短=E/r。电源的输出功率PR为零，电源的总功率PE和电源内部的发热功率Pr最大且相同。
2.当外电路的电阻R=r时，电路中的
电流I1=E/2r=I短/2，电源的输出功
率PR最大，电源内部的发热功率Pr与
电源的输出功率PR相等，电源的总功
率PE=PR+Pr=2PR=2Pr
3.当电路中的电流为任意值I2时，电源的功率关系为PE=PR+Pr
【典例试做】
1.如图所示的电路中，电源的电动势E=12V，内电阻r=4Ω，定值电阻R1=2Ω，滑动变阻器R2的阻值变化范围是0—10Ω。试回答以下问题：
（1）滑动变阻器R2的阻值为多大时，
电源的释放功率最大，最大值是多少；
（2）滑动变阻器R2的阻值为多大时，电源内阻消耗的功率最大，最大值是多少；
（3）滑动变阻器R2的阻值为多大时，电源的输出功率最大，最大值是多少；
（4）滑动变阻器R2的阻值为多大时，R1上消耗的功率最大，最大值是多少；
（5）滑动变阻器R2的阻值为多大时，R2上消耗的功率最大，最大值是多少。
【解析】
（1）电源的释放功率PE=EI=E2/(R1+R2+r)，当滑动变阻器R2=0时，电路中的电流最大，电源的释放功率PE最大，且最大值为PE=24W。
（2）电源内阻消耗的功率Pr=I2r=E2r/(R1+R2+r)2，滑动变阻器R2=0时，电路中的电流最大，电源内阻消耗的功率Pr也最大，且最大值为Pr=16W。
（3）当滑动变阻器R2=2Ω时，外电路的总电阻等于内阻，电源的输出功率最大，且最大值为PR=E2/4r=9W
（4）定值电阻R1消耗的功率P1=I2R1=E2R1/(R1+R2+r)2，当滑动变阻器R2=0时，电路中的电流最大，定值电阻上R1消耗的功率也最大，且最大值为P1=8W
（5）滑动变阻器R=R1+r=6Ω时，滑动变阻器R2上消耗的功率最大，且最大值为P2=
E2/4(R1+r)=6W
【典例试做】
2.某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标上，如图中的a、b、c所示，下面说法正确的是（ACD ）
A.直线a表示电源的总功率PE-I图线
B.曲线c表示电源的输出功率PR-I图线
C.电源电动势为4V，电源内阻为2Ω
D.当电流为0.5A时，外电路的电阻为6Ω
【解析】
直线a表示电源的总功率PE随电流I变化的图线，曲线c表示电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线，抛物线b表示电源的输出功率PR随电流I变化的图线。
由PE=EI和Pr=I2r可得E=4V，r=2Ω。
又由I=E/(R+r)可得R=6Ω。
故选ACD
【典例试做】
3.如图所示，直线A为某电源的U-I图线，曲线B为某小灯泡的
U-I图线的一部分，用该电源和小灯泡组成闭合电路，下例说法中正确的是（ABC
）
A．此电源的内阻为0.5Ω
B．电源的总功率为8W
C．电源的输出功率为6W
D．由于小灯泡的U-I图线是一条曲线，所以欧姆定律不适用
【解析】
由电源的U-I图线可得电源的电动势E=4V，内阻r=0.5Ω。
由电动势与电流所围的面积可知电源的总功率为8W
由路端电压与电流所围的面积可知电源的输出功率为6W
小灯泡是纯电阻，欧姆定律是适用的，小灯泡的U-I图线之所以是一条曲线，是因为小灯泡电阻随温度的变化发生改变。
故选ABC
【课堂训练】
1．关于电源和闭合电路下列说法正确的是（
）
A．电源短路时，放电电流无穷大
B．负载电阻的阻值增加时，路端电压增大
C．电源的负载电阻增加时，输出功率一定增大
D．电源输出电压增加，输出功率一定增大
B
2．如图所示，E为电源电动势，r为电源内阻，R1为定值电阻（R1＞r），R2为可变电阻，以下说法中正确的是（?
）
A．当R2=R1+r时，R2上获得最大功率
B．当R1=R2+r时，R1上获得最大功率
C．当R2=0时，电源的效率最大
D．当R2=0时，电源的输出功率最大
AD
3．如图所示，R1为滑动变阻器，R2、R3为定值电阻，r为电源内阻，R3小于r。闭合开关S后，在滑动触头P由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是（
）
A．路端电压变小
B．电流表的示数变大
C．电源内阻消耗的功率变小
D．电源输出功率先变大后变小
AD
4．如图所示电路中，电源电动势为E，电源内阻为r，串联的固定电阻为R2，滑动变阻器的总电阻为R1，电阻大小关系为R1=R2=r，则在滑动触头从a端移动到b端的过程中，下列描述中正确的是（
?
）
A．电路中的总电流先减小后增大
B．电源的内电压先增大后减小
C．电源的输出功率先减小后增大
D．滑动变阻器R1上消耗的功率先增大后减小
ACD
5．如图所示，电源的电动势E=6V，内电阻r=3Ω，定值电阻R0=6Ω，滑动变阻器R的阻值变化范围为0—12Ω。试回答以下问题：
（1）滑动变阻器R的阻值为多大时，
电源的释放功率最大，最大值是多少；
（2）滑动变阻器R的阻值为多大时，电源内阻消耗的功率最大，最大值是多少；
R=0时，PE最大，最大值PE=12W
R=0时，Pr最大，最大值Pr=12W
（3）滑动变阻器R的阻值为多大时，电源的输出功率最大，最大值是多少；
（4）滑动变阻器R的阻值为多大时，R0消耗的功率最大，最大值是多少；
（5）滑动变阻器R的阻值为多大时，R上消耗的功率最大，最大值是多少。
R=6Ω时，P出最大，最大值P出=3W
R=12Ω时，P0最大，最大值P0=1.96W
R=2Ω时，PR最大，最大值PR=4.5W
6.某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在同一坐标系中，如图中的a、b、c所示。则下列说法中正确的是（ ）
A.图线b表示输出功率PR随电流I变化的关系
B.图中a线最高点对应的功率为最大输出功率
C.在图线上A、B、C
三点的纵坐标一定满足关系PA=PB+PC
D.两个图线交点M与N的横坐标之比一定为1:2，纵坐标之比一定为1:4
CD
7.如图所示，曲线C1、C2分别是纯电阻直流电路中内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线。由该图可知下列说法中正确的是（
??
）
A.电源的电动势为4V
B.电源的内电阻为1Ω
C.电源输出功率最大值为8W
D.电源被短路时电源消耗的功率为16W
ABD
8.硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点。如图所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图象，图线b是某电阻R的U-I图象。在同等光照强度下，当它们组成闭合回路时，下列说法正确的是（
）
A．电源的输出功率P=U1I1
B．电池的内阻r=(U2-U1)/I1
C．电池的效率为η=U1×100%/U2
D．硅光电池的内阻消耗的热功率Pr=U2I1-U1I2
ABC
9.如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图象；直线B为电源b的路端电压与电流的关系图象；直线C为一个电阻R的两端电压与电流的关系图象。如果将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么有（?
?
）
A.R接到a电源上，电源的效率较低
B.R接到b电源上，电源的输出功率较小
C.R接到a电源上，电源的总功率较大
D.R接到b电源上，电阻的发热功率大
ABC
10.如图所示，直线A是电源的路端电压和电流的关系图线，直线B、C分别是电阻R1、R2的两端电压与电流的关系图线，若这两个电阻分别接到这个电源上，则（
）
A.R1接在电源上时电源的效率高
B.R2接在电源上时电源的效率高
C.R2接在电源上时电源的输出功率大
D.电源的输出功率一样大
BC
11．将电阻R1和R2分别接到同一电池组的两极时消耗的电功率相同。电池组向两个电阻供电时的电流分别是I1和I2，电池组内阻消耗的功率分别为P1和P2，电池组的效率分别是η1和η2，电阻两端的电压分别是U1和U2。若已知电流I1＜I2，则有（
）
A．R1＞R2
B．U1＞U2
C．η1＞η2
D．P1＞P2
ABC
12.电池甲和乙的电动势分别为E1和E2，内阻分别为r1和r2，已知E1＜E2，若用甲、乙电池分别向某个电阻R供电，则在这个电阻上所消耗的电功率相同。若用甲、乙电池分别向某个电阻R′供电，则在R′上消耗的电功率分别为Pl和P2，已知R′＞R，则（
）
A．r1＞r2，P1＞P2
B．r1＜r2，P1＜P2
C．r1＜r2，P1＞P2
D．r1＞r2，P1＜P2
B
高二物理选修3-1
第二章恒定电流
第7节闭合电路的欧姆定律
专题电源的功率
包头市百灵庙中学
史殿斌
一、闭合电路的功率关系
1.电源的功率（电路的总功率）
PE=IE=
2.电源的输出功率（外电路的功率）
PR=IU=I2R=
3.电源内部消耗的功率
Pr=I2r=
4.闭合电路的功率关系：IE=IU+I2r
二、电源的效率
1.电源的效率η为电源的输出功率
与电源的总功率之比。
2.表达式：
3.电源的效率η随外电路电阻R的增大而增大。
三、电源的输出功率
1.当R=r时，电源的输出功率最大且最大值是Pm=E2/4r
2.当电源的输出功率最大时，电源效率为50%，不是最大。
3.电源的输出功率与外电路电阻P-R图像
如图所示，当R=r时电源的输出功率最大。
当R1R2=r2时电源的输出功率相同。
四、用U-I图像表示电源功率的关系
图线A表示电源的U-I图线；
图线B是电阻的U-I图线。
两图线交点的横、纵坐标
表示的是此电源和此电阻组成
闭合电路的电流I和路端电压U。
1.图像中0EDI所围的面积大小（EI）表示电源释放的功率。
2.图像中0UCI所围的面积大小（UI）表示电源的输出功率。
3.而这两个面积之差即UEDC所围的面积大小（EI-UI）表示电源内部所消耗的功率。
4.当A、B两图线的斜率相同时，即内、外电阻相等时，表示电源输出功率的矩形面积最大。此时路端电压为电动势的一半，电流为短路电流的一半。
五、电源的功率随电流变化的图像
如图所示，直线a为电源的总功率PE随电流I变化的图线，其表达式为PE=EI；
抛物线b为电源内部的发热功率Pr随电
流I变化的图线，其表达式为Pr=I2r；
抛物线c为电源输出功率PR随电流I变化
的图线，其表达式为PR=EI-I2r。
1.当外电路短路时，电路中电流最大，短路电流为I短=E/r。电源的输出功率PR为零，电源的总功率PE和电源内部的发热功率Pr最大且相同。
2.当外电路的电阻R=r时，电路中的
电流I1=E/2r=I短/2，电源的输出功
率PR最大，电源内部的发热功率Pr与
电源的输出功率PR相等，电源的总功
率PE=PR+Pr=2PR=2Pr
3.当电路中的电流为任意值I2时，电源的功率关系为PE=PR+Pr
【典例试做】
1.如图所示的电路中，电源的电动势E=12V，内电阻r=4Ω，定值电阻R1=2Ω，滑动变阻器R2的阻值变化范围是0—10Ω。试回答以下问题：
（1）滑动变阻器R2的阻值为多大时，
电源的释放功率最大，最大值是多少；
（2）滑动变阻器R2的阻值为多大时，电源内阻消耗的功率最大，最大值是多少；
（3）滑动变阻器R2的阻值为多大时，电源的输出功率最大，最大值是多少；
（4）滑动变阻器R2的阻值为多大时，R1上消耗的功率最大，最大值是多少；
（5）滑动变阻器R2的阻值为多大时，R2上消耗的功率最大，最大值是多少。
【解析】
（1）电源的释放功率PE=EI=E2/(R1+R2+r)，当滑动变阻器R2=0时，电路中的电流最大，电源的释放功率PE最大，且最大值为PE=24W。
（2）电源内阻消耗的功率Pr=I2r=E2r/(R1+R2+r)2，滑动变阻器R2=0时，电路中的电流最大，电源内阻消耗的功率Pr也最大，且最大值为Pr=16W。
（3）当滑动变阻器R2=2Ω时，外电路的总电阻等于内阻，电源的输出功率最大，且最大值为PR=E2/4r=9W
（4）定值电阻R1消耗的功率P1=I2R1=E2R1/(R1+R2+r)2，当滑动变阻器R2=0时，电路中的电流最大，定值电阻上R1消耗的功率也最大，且最大值为P1=8W
（5）滑动变阻器R=R1+r=6Ω时，滑动变阻器R2上消耗的功率最大，且最大值为P2=
E2/4(R1+r)=6W
【典例试做】
2.某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标上，如图中的a、b、c所示，下面说法正确的是（ACD ）
A.直线a表示电源的总功率PE-I图线
B.曲线c表示电源的输出功率PR-I图线
C.电源电动势为4V，电源内阻为2Ω
D.当电流为0.5A时，外电路的电阻为6Ω
【解析】
直线a表示电源的总功率PE随电流I变化的图线，曲线c表示电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线，抛物线b表示电源的输出功率PR随电流I变化的图线。
由PE=EI和Pr=I2r可得E=4V，r=2Ω。
又由I=E/(R+r)可得R=6Ω。
故选ACD
【典例试做】
3.如图所示，直线A为某电源的U-I图线，曲线B为某小灯泡的
U-I图线的一部分，用该电源和小灯泡组成闭合电路，下例说法中正确的是（ABC
）
A．此电源的内阻为0.5Ω
B．电源的总功率为8W
C．电源的输出功率为6W
D．由于小灯泡的U-I图线是一条曲线，所以欧姆定律不适用
【解析】
由电源的U-I图线可得电源的电动势E=4V，内阻r=0.5Ω。
由电动势与电流所围的面积可知电源的总功率为8W
由路端电压与电流所围的面积可知电源的输出功率为6W
小灯泡是纯电阻，欧姆定律是适用的，小灯泡的U-I图线之所以是一条曲线，是因为小灯泡电阻随温度的变化发生改变。
故选ABC
【课堂训练】
1．关于电源和闭合电路下列说法正确的是（
）
A．电源短路时，放电电流无穷大
B．负载电阻的阻值增加时，路端电压增大
C．电源的负载电阻增加时，输出功率一定增大
D．电源输出电压增加，输出功率一定增大
B
2．如图所示，E为电源电动势，r为电源内阻，R1为定值电阻（R1＞r），R2为可变电阻，以下说法中正确的是（?
）
A．当R2=R1+r时，R2上获得最大功率
B．当R1=R2+r时，R1上获得最大功率
C．当R2=0时，电源的效率最大
D．当R2=0时，电源的输出功率最大
AD
3．如图所示，R1为滑动变阻器，R2、R3为定值电阻，r为电源内阻，R3小于r。闭合开关S后，在滑动触头P由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是（
）
A．路端电压变小
B．电流表的示数变大
C．电源内阻消耗的功率变小
D．电源输出功率先变大后变小
AD
4．如图所示电路中，电源电动势为E，电源内阻为r，串联的固定电阻为R2，滑动变阻器的总电阻为R1，电阻大小关系为R1=R2=r，则在滑动触头从a端移动到b端的过程中，下列描述中正确的是（
?
）
A．电路中的总电流先减小后增大
B．电源的内电压先增大后减小
C．电源的输出功率先减小后增大
D．滑动变阻器R1上消耗的功率先增大后减小
ACD
5．如图所示，电源的电动势E=6V，内电阻r=3Ω，定值电阻R0=6Ω，滑动变阻器R的阻值变化范围为0—12Ω。试回答以下问题：
（1）滑动变阻器R的阻值为多大时，
电源的释放功率最大，最大值是多少；
（2）滑动变阻器R的阻值为多大时，电源内阻消耗的功率最大，最大值是多少；
R=0时，PE最大，最大值PE=12W
R=0时，Pr最大，最大值Pr=12W
（3）滑动变阻器R的阻值为多大时，电源的输出功率最大，最大值是多少；
（4）滑动变阻器R的阻值为多大时，R0消耗的功率最大，最大值是多少；
（5）滑动变阻器R的阻值为多大时，R上消耗的功率最大，最大值是多少。
R=6Ω时，P出最大，最大值P出=3W
R=12Ω时，P0最大，最大值P0=1.96W
R=2Ω时，PR最大，最大值PR=4.5W
6.某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在同一坐标系中，如图中的a、b、c所示。则下列说法中正确的是（ ）
A.图线b表示输出功率PR随电流I变化的关系
B.图中a线最高点对应的功率为最大输出功率
C.在图线上A、B、C
三点的纵坐标一定满足关系PA=PB+PC
D.两个图线交点M与N的横坐标之比一定为1:2，纵坐标之比一定为1:4
CD
7.如图所示，曲线C1、C2分别是纯电阻直流电路中内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线。由该图可知下列说法中正确的是（
??
）
A.电源的电动势为4V
B.电源的内电阻为1Ω
C.电源输出功率最大值为8W
D.电源被短路时电源消耗的功率为16W
ABD
8.硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点。如图所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图象，图线b是某电阻R的U-I图象。在同等光照强度下，当它们组成闭合回路时，下列说法正确的是（
）
A．电源的输出功率P=U1I1
B．电池的内阻r=(U2-U1)/I1
C．电池的效率为η=U1×100%/U2
D．硅光电池的内阻消耗的热功率Pr=U2I1-U1I2
ABC
9.如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图象；直线B为电源b的路端电压与电流的关系图象；直线C为一个电阻R的两端电压与电流的关系图象。如果将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么有（?
?
）
A.R接到a电源上，电源的效率较低
B.R接到b电源上，电源的输出功率较小
C.R接到a电源上，电源的总功率较大
D.R接到b电源上，电阻的发热功率大
ABC
10.如图所示，直线A是电源的路端电压和电流的关系图线，直线B、C分别是电阻R1、R2的两端电压与电流的关系图线，若这两个电阻分别接到这个电源上，则（
）
A.R1接在电源上时电源的效率高
B.R2接在电源上时电源的效率高
C.R2接在电源上时电源的输出功率大
D.电源的输出功率一样大
BC
11．将电阻R1和R2分别接到同一电池组的两极时消耗的电功率相同。电池组向两个电阻供电时的电流分别是I1和I2，电池组内阻消耗的功率分别为P1和P2，电池组的效率分别是η1和η2，电阻两端的电压分别是U1和U2。若已知电流I1＜I2，则有（
）
A．R1＞R2
B．U1＞U2
C．η1＞η2
D．P1＞P2
ABC
12.电池甲和乙的电动势分别为E1和E2，内阻分别为r1和r2，已知E1＜E2，若用甲、乙电池分别向某个电阻R供电，则在这个电阻上所消耗的电功率相同。若用甲、乙电池分别向某个电阻R′供电，则在R′上消耗的电功率分别为Pl和P2，已知R′＞R，则（
）
A．r1＞r2，P1＞P2
B．r1＜r2，P1＜P2
C．r1＜r2，P1＞P2
D．r1＞r2，P1＜P2
B