电源外特性和输出功率

关于电源外特性和输出功率电源外特性和输出功率第2页,共27页，2024年2月25日，星期天学习目标

知识目标

1、了解电源外特性实验电路的组成。2、理解路端电压与负载电流的关系，知道这种关系的公式表达和图线表达，理解闭合电路的功率表达式。3、帮助学生记忆当电路为三种不同工作状态时，分别对应的路段电压的值，记忆电源输出总功率、电源内耗功率、电源向负载输出功率的公式。

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技能目标

1、学会组装电源外特性实验电路。2、掌握闭合电路路端电压与电路电流之间变化关系的表达式及路段电压公式。3、学生能够应用所学知识完成相关题目。

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情感目标

1、养成通过亲自实验推导一般规律的动手能力。

2、通过学生的动手实践，使其能够获得成功带来的愉悦，从而引起学生的学习兴趣。第5页,共27页，2024年2月25日，星期天

学习重难点

学习重点

1、电源外部特性曲线的理解、画法。

2、电源总功率、电源内耗功率、电源输出功率三者之间的关系，各自的表达式。学习难点

电源外特性曲线的理解。

第6页,共27页，2024年2月25日，星期天情境引入电源在我们的日常生活中非常普遍，它是能够为电路提供持续电能的装置，例如干电池、铅蓄电池、锂电池、锌汞电池等，以及近几年在飞速发展的太阳能发电和风力发电装置。

第7页,共27页，2024年2月25日，星期天第8页,共27页，2024年2月25日，星期天

前面的课程我们首先学习了电源的相关知识，知道电源既有电动势E、内阻r也有端电压U，电动势只存在于电源的内部，端电压则是电源加在外电路两端的电压。接着学习了全电路的欧姆定律，如下图所示一个简单的闭合电路，分为内电路（电源内部的电路）和外电路（电源外部的电路）两部分，通过整个电路的总电流I=E/(r+R)。当外电路电阻R值增大或减小时，U和I怎样变化呢，它们之间是否存在什么规律呢，电源向电阻输出的功率是多少呢？这就是我们今天要学习的内容。

第9页,共27页，2024年2月25日，星期天ErSRAB外电路I闭合电路第10页,共27页，2024年2月25日，星期天任务导入今天我们学习的内容主要分为两个部分：

一、电源的外特性。

二、电源向负载输出的功率。第11页,共27页，2024年2月25日，星期天任务实施一、电源的外特性——路端电压与负载电流的关系，主要通过实验演示的方法来学习，如下所示为我们所使用的实验电路，电路中电压表V测量的是路端电压U的值，电流表A测量的是通过外电路的总电流I的值，外电R=R0+R1。电压表选择量程为3V，电流表选择量程为0.6A，滑动变阻器最大值为10Ω，定值电阻R0为5Ω，两节干电池组合后E为3V，电源内阻r为2Ω。对于该电路，开关S有打开和闭合两种状态，我们来一起分析一下这两种工作状态时，电压表和电流表的读数情况。第12页,共27页，2024年2月25日，星期天负载E、rsR1AVR0实验电路连接图实验电路图第13页,共27页，2024年2月25日，星期天1.开关S打开时

此时电路为开路状态，电路中通过的电流为0，电流表读数为0，内阻压降U内=r×I=0，电压表测量的为电路的开路电压U外=E-U内=E，即电源的开路电压为电源的电动势。第14页,共27页，2024年2月25日，星期天2.开关S闭合时

此时通过不断的调整R0改变外电阻R的大小，那么当外电路电阻增大（或减小）时，电流怎样变化？路端电压怎样变化？第15页,共27页，2024年2月25日，星期天E

r

R0

（变阻）R1

R

电流表电压表

3

2

5050.432.143

2

55100.252.53

2

510150.152.7RIURIU闭合电路欧姆定律：

I=E/(r+R)外电路电压：U=E-U内=E-I×r第16页,共27页，2024年2月25日，星期天电源的外特性关系曲线：

1.当电流I=0时，路端电压U=E。2.当电流I≠0时，路端电压U=I×R，左图斜线的斜率即为电源内阻。3.当电源短路时，I短=E/r（延长曲线与X轴交点得到I短值），则U=E-I短×r=0，此时为严重的故障状态，应该避免发生。如果为维修或调试设备必须短路，则应保证在电路安全的状况下。U/VI/ＡOEU内=I×rU外=I×R第17页,共27页，2024年2月25日，星期天二、电源向负载的输出功率电流做功的过程实际上就是电能转化为其他形式能量的过程，电流在一段电路上做功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即W=UIt，因为U=I×R，因此W=

电流在单位时间内做的功为功率，通过W的表达式可以得到功率表达式：P=W/t=UI=

第18页,共27页，2024年2月25日，星期天已知在闭合回路中，电源电动势为外电路电压和内电路电压之和，即E=U外+U内。

则在等式两边同时乘以该电路的电流I得到EI=U外I+U内I,即P总=P外+P内。ErSRAB外电路I第19页,共27页，2024年2月25日，星期天

闭合回路中的功率关系：电源提供的总功率：P总=EI电源内耗功率：P内=U内I=电源输出功率：P外=U外I=电源向负载输出的功率即为电源的输出功率。第20页,共27页，2024年2月25日，星期天案例分析一、设电源的电动势E=3V，内阻r=2Ω。请根据路端电压与电流的关系式U=E-Ir，以U为纵坐标，I为横坐标，做出U与I关系的函数图像。U/VI/ＡOE=３vI短＝１.５Ａ与y轴交点为开路电压E，与x轴交点为电源短路电流I=E/r。第21页,共27页，2024年2月25日，星期天二、如图所示，电源电动势E=4.0V，内阻r＝0.2Ω，外阻R＝1.8Ω,闭合开关时，电源的总功率，电源内消耗的功率、电源向负载的输出功率各为多少？I=E/(R+r)=2A，P总=EI=4×2=8WP内=I×I×r=2×2×0.2=0.8WP外=UI=I×I×R=2×2×1.8=7.2WVRrE第22页,共27页，2024年2月25日，星期天拓展知识电源向负载输出功率的最大值是什么：P外=U外I====当R=r时,即外阻等于内阻时,电源的输出功率最大。此时Pmax=第23页,共27页，2024年2月25日，星期天学习评测判断下列说法是否正确：1.当电源内阻为零时，电源的电动势的大小就等于电源的端电压。2.当电路开路时，电源电动势的大小就等于电源的端电压。

3.在通路状态下，负载电阻变大，端电压就下降。

4.在短路状态下，电源的内压降等于零。

5.在电源电压一定的情况下，电阻大的负载是大负载。第24页,共27页，2024年2月25日，星期天小结与作业项目小结：1、电源外特性

闭合电路欧姆定律：I=E/(r+R)

开路时外电压：U=E

通路时外电压：U=IR=E-Ir

短路时外电压：U=02、电源输出功率

电源总功率：P总=EI

电源内耗功率：P内=U内I=

电源输出功率：P外=U外I=

第25页,共27页，2024年2月25日，星期天课后作业：1.设电源的电动势E=4.5V，内阻r=3Ω。请根据路端电压与电流的关系式U=E-Ir，以U