考前回归14 电源输出功率最大值的结论推导-【奇点物理】冲刺2020高考物理考前回归

奇点物理《考前回归》 高考物理教研互助联盟 (1)变阻器R的阻值为多大时,R0消耗的功率最大? (2)变阻器R的阻值为多大时,R上消耗的功率最大且为多少? (3)变阻器R的阻值为多大时,电源的输出功率最大且为多少? 【解析】(1)Ro消耗的功率 由于R是定值电阻,故R0两端的电压越大,Ro消 耗的功率P大而Ro两端的电压随着外电阻的增大而增大,所以当R=10g时,R0消 耗的功率最大. ①U=Er② ③R RRn R R+R 由①②③④得:P0=(W) (2)可以把电源和定值电阻R0合起来看作一个等效电源,等效电路图如图4所示 R 图4 等效电源的电动势EBF3v,等效内阻rB3,当时,即R=30时R上 消耗的功率最大, Pray= 44 奇点物理《考前回归》 高考物理教研互助联盟 (3)当外电路电阻与内电路电阻相等时,电源输出功率最大,即P=A0一r时,代 Ro+R 入数值得:R=2Q时,电源输出功率最大.最大输出功率Pn=B=1w 【例2】(2018北京卷T23)如图1所示,用电动势为E、内阻为r的电源,向滑动 变阻器R供电。改变变阻器R的阻值,路端电压U与电流Ⅰ均随之变化。 R eI r S 图1 图2 (1)以U为纵坐标,Ⅰ为横坐标,在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U-Ⅰ图像的 示意图,并说明U-Ⅰ图像与两坐标轴交点的物理意义 (2)a.请在图2画好的U-I关系图线上任取一点,画出带网格的图形,以其面积表 示此时电源的输出功率 b.请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件。 (3)请写出电源电动势定义式,并结合能量守恒定律证明:电源电动势在数值上等于 内、外电路电势降落之和 答案:(1)U-I图像如答图3所示。图像与纵轴交点的坐标值为电源电动势,与横轴交 点的坐标值为短路电流。 (2)a.如答图3所示。