电路工作状态的分析 电池组.docx

电路工作状态的分析电池组

电路工作状态的分析电池组一.教学内容：电路工作状态的分析；电池组1.闭合电路中的能量转化〔1〕电源的总功率〔P总〕单位时间由电源提供的电能：P总＝EI。〔2〕电源的输出功率〔P出〕电源向外电路输送的功率：P出＝UI。〔3〕电源损耗的功率〔P内〕电源内阻上消耗的热功率：P内＝I2r。〔4〕闭合电路中能的转化与守恒〔6〕电源的输出功率与外电阻的关系②图像如下图。2.串联电池组的特点〔1〕电动势等于各个电池电动势之和。〔2〕内阻等于各个电池的内阻之和。3.电容器在电路中的作用在稳恒电流的电路中，当电路稳定时电容器的作用相当于断路，此时电容器的两极板电势差与它所跨接处的电势差相等，因此在分析电路结构时，可认为不存在电容器。当电路的结构发生变化，电容器两端的电势差也随之变化时，电容器要充电或者放电，此时电容器所在的支路有变化的电流流过，直到电路重新稳定，电容器两端的电势差再次与对应跨接点的电势差相等为止，这一过程中，通过电容器所在支路的电量，数值上等于电容器极板上电荷的变化量。【典型例题】例1.如下图的电路中，电源电动势E＝6.0V，内电阻r＝1.0Ω，电阻R＝0.50Ω，R0的最大值为4.5Ω，求：〔1〕当变阻器的阻值R0＝4.5Ω时，电源释放的电功率和输出的电功率。〔2〕变阻器的阻值R0多大时，电源的输出功率是8W。〔3〕变阻器的阻值R0多大时，电源的输出功率最大，最大的输出功率是多少。〔4〕可变电阻R0上消耗热功率最大的条件和最大热功率。〔5〕电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和。分析：这是一道考查闭合电路欧姆定律及电功率计算，运用数学求功率极值问题。对于〔4〕、〔5〕两问，首先应写出其功率表达式，然后再用数学方法求极值。解：〔1〕当R＝4.5Ω时，回路电流将数据代入得：注：也可先求出电流再求R0更方便，电源输出功率：〔4〕可变电阻R0消耗热功率：注：这一过程也可把〔R+r〕等效为电路内阻r＇，将R0看做外电阻，利用当内、外电析。例2.如下图，直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I变化的图线，抛物线OBC为同一直流电源内部热功率Pr，随电流I变化的图线，假设A、B对应的横坐标为2A，那么线段AB表示的功率及I＝2A对应的外电阻是〔〕A.2W，2ΩB.4W，2ΩC.2W，1ΩD.6W，2Ω分析：这是电学的一道图象题，注意图象和函数表达式应该是一致的，对电源总功率P总＝E×I，故斜率为电动势E，对电源内部热功率P内＝I2r，函数图象为抛物线解：由C点代入可得到P总＝E×I，E＝3V对一个电源而言，I、R外可以变化，E、r是不变的∴此题选A例3.如下图电路中，电池的电动势是30V，内阻是1Ω，灯泡L的额定值是“6V、12W〞，电动机线圈的电阻RM＝2Ω，灯泡恰能正常发光，求电动机的输出功率。分析：这是一个非纯电阻电路的问题，要弄清电路中能量转化关系解：例4.如下图，E＝10V，R＝4Ω，R2＝6Ω，C＝30μF，电源内阻可忽略。求：〔1〕闭合开关S，稳定后通过R1的电流。〔2〕将开关S断开，求这以后过R1的总电量。分析：当S闭合到达稳定后，电容器隔直相当于断路，即电路结构为R1和R2串联，同时在这种状态下电容器两端的电压即为电阻R2两端的电路。当S断开后，待电路再次到达稳定时，R1上没有电流通过，此时相当于电容器C直接与电池两端相连。由于电容器在先后两次到达稳定状态时所带电荷量不同〔但极板带电极性不变〕，因此要通过R1进行充电，而新补充的电荷量将是“这以后流过R1的总电荷量〞。解：〔2〕S闭合，电容器上电压为IR2，储存的电量q1＝CIR2。断开S，待稳定后，电容器上的电压为E，储存的电量q2＝CE，故流过R1的总电量Δq＝C(E－IR2)＝1.2×10-4C。小结：在解此题时有的学生认为，将开关S断开，电路稳定后，电阻R1、R2中均无电流，都可认为是断路，错误地把电容器两端电压当作零，由此得出Δq＝0－CIR2＝－1.8×10-4C的错误结果。造成错误的主要原因是：对电容器充放电过程缺乏清晰的认识，因为断开S前，电容器处于充电状态，电容器两端电压为IR2＝6V；断开S瞬间，R2已断路，不存在放电回路，由于电源电压高于电容器原来的电压，电源继续对电容器充电〔充电过程瞬间完成〕，故电路稳定后，不管视R1为短路或视其为断路，电容器C的电压只能为E，而不为零。【模拟试题】1.以下说法中正确的选项是〔〕A.闭合电路中，外电阻越大，电源的输出功率越大B.闭合电路中，电流越大，电源的输出功率越大C.闭合电路中，电源的输出功率越大，电源效率越高D.闭合电路中，外电阻越大，电源的效率越高2.电动势为6V的电池在电路上输出的电流为1A，可以断定〔〕A.外电阻是6ΩB.内、外电阻之和是6ΩC.电源提供的功率是6