12.2.2 路端电压与负载的关系 课件 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十二章 电能 能量守恒定律 第2节 闭合电路的欧姆定律 高中物理必修第三册 第2课时　路端电压与负载的关系、闭合电路的功率 电路中，我们把外电路两端的电压称为路端电压，消耗电能的元件常称为负载，负载变化时，电路中的电流就会变化，路端电压也随之变化。那么，路端电压与负载之间到底是怎样的关系呢？ 负载 实验探究 实验现象 R减小，电流增大，路端电压减小 R增大，电流减小，路端电压增大 这是为什么呢？ 一、路端电压U随外电阻R的变化规律 闭合电路欧姆定律: 闭合电路欧姆定律还有哪些常见的表达形式？ (1)当外电阻R减小时，由 可知，电流I增大 由U＝E－Ir可知，路端电压U减小 (2)当外电阻R增大时，同理可得电流I减小，路端电压U增大 (1)外电路断路时 (2)外电路短路时 注意：绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起，防止烧坏电源！ 两种特殊情况： 结论：路端电压U随着外电阻R的增大而增大 随着外电阻R的减小而减小 例1：如图所示，电源的内阻不能忽略，当电路中点亮的电灯的数目增多时，下列说法正确的是(　　) A．外电路的总电阻逐渐变大，电灯两端的电压逐渐变小B．外电路的总电阻逐渐变大，电灯两端的电压不变C．外电路的总电阻逐渐变小，电灯两端的电压不变D．外电路的总电阻逐渐变小，电灯两端的电压逐渐变小 √ 二、路端电压U与电流I的关系 请根据闭合电路欧姆定律写出路端电压U与干路电流I之间的关系式，并画出U－I图像 1．公式：U＝E－Ir 2．U－I图像：一条倾斜向下的直线 3. 图象的物理意义 （1）纵轴上的截距：表示电源的电动势E （2）横轴上的截距：表示电源的短路电流， （3）图像斜率的绝对值：表示电源的内阻， 例2：如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，下面结论正确的是(　　) A．电源的电动势为6.0 V B．电源的内阻为12 Ω C．电源的短路电流为0.5 A D．电流为0.3 A时外电阻是1.8 Ω 根据图象可得：电源电动势E=6V，内阻r=2Ω，故短路电流为3A 电流为0.3 A时，根据闭合电路欧姆定律得 ，故外阻R为18Ω 要注意：纵轴不是从0开始变化的！ √ 三、闭合电路中的功率 1、外电阻R消耗的功率 2、内电阻r消耗的功率 3、电源的（总）功率 电源的输出功率 电源的效率 例3：如图所示，电路中E＝3V，r＝0.5Ω，定值电阻R0＝1.5Ω，滑动变阻器的最大阻值为10Ω。 定值电阻R0上消耗的功率可以表示为：P＝I2R0，因为R0不变，当电流最大时功率最大，此时电路中电阻应该最小，即当R＝0时，R0上消耗的功率最大为： (1)滑动变阻器接入电路的阻值R为多大时，定值电阻R0上消耗的功率最大？最大为多大？ 例3：如图所示，电路中E＝3V，r＝0.5Ω，定值电阻R0＝1.5Ω，滑动变阻器的最大阻值为10Ω。 (2)滑动变阻器接入电路的阻值R为多大时，电源的输出功率最大？最大为多大？ 电源的输出功率 当R外＝r，即R＝r－R0时，电源的输出功率最大，为 其中R外＝R＋R0 这么做有没有问题？如果有，问题出在哪？ R外>r，怎么办？ P出与外电阻R外的函数关系图像 由图像分析可得： R外<r时，R外越大，P出越大 R外>r时，R外越小，P出越大 即外阻越接近内阻，P出越大R外=r时，P出最大 本题R外＝R＋R0>r，故当R＝0时，电源的输出功率最大，为3.375W 思考：此时电源的效率最大吗？ 例3：如图所示，电路中E＝3V，r＝0.5Ω，定值电阻R0＝1.5Ω，滑动变阻器的最大阻值为10Ω。 (3)滑动变阻器接入电路的阻值R为多大时，滑动变阻器上消耗的功率最大？最大为多大？ 将电阻R0和电源看作等效电源，则滑动变阻器上消耗的功率相当于等效电源的输出功率。 当R＝R0+r＝2 Ω时，等效电源的输出功率最大，即滑动变阻器上消耗的功率最大，为 四、两种U－I图像的比较 如图所示，甲图中R0为定值电阻，R为滑动变阻器，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙中的两直线所示。(电表均为理想电表) 1、电压表V1、V2的示数随电流表示数的变化图像应分别为U－I图像中的哪一条直线？ 2、a、b两直线的斜率分别表示什么？ 3、两直线的交点表示什么含义？