高考物理-电源的输出功率和电路的最大功率
高考物理-电源的输出功率和电路的最大功率
有关求“电源的最大输出功率”、“电路中某部分消耗的最大功率”或“电源的效率”等问题，在解题中容易出现一些错误，本文着重阐述电源的输出功率及其变化规律。并举例说明如何求电路的最大功率。
电源输出功率指的是电源提供给外电路用电器的功率。在数值上等于UI。
电源发出的功率，实质就是电源释放的功率(又称为电源的总功率)，它是电源通过非静电力将其他形式的能转化为电能的功率。在数值上等于εI。
如果电源的电动势为ε，内电阻为r，外电路的电阻为R，通过电
对于给定的电源，一般它的电动势和内电阻是不变的，所以从上述表达式中不难看出：电源的输出功率P出是随着外电路的电阻R而变化的。若用图象表示P出与R关系，从图象1P出梍R图像可进一步看出电源输出功率随外电阻变化的规律：
(1)当外电路电阻R小于电源内电阻r时，电源输出功率随着外电路电阻的增大而增大。
(2)当外电路电阻R大于电源内电阻r时，电源输出功率随着外电路电阻的增大而减小。
(3)当外电路电阻R等于电源内电阻r时，电源输出功率最大。其最
电源输出功率最大时，电源的效率并不高，此时电源的效率
[例一]电源的电动势ε=10伏特，内电阻r=1欧姆，外电路由定值电阻R1可变电阻R2并联组成(如图2)R1=6欧姆。求：(l)当 R2调到何值时，电源输出功率最大？最大输出功率是多少？(2)要使电源输出功率为16瓦特，R2应调到何值？这时电源的效率是多少？
=R，故有
解：(1)电源输出最大功率的条件是R
外
将r=l欧姆，R1=6欧姆代人上式.解得
=1.2欧姆。
R
2
电源的最大输出功率为：
解得：R=4欧姆或R抇=0. 25欧姆。
解得：
R2=12欧姆或 R2抇=0.26欧姆。(
由此可知，要使电源输出功率为16瓦特，R2应调到12欧姆，这时电源效率为80%；或者将R2调到0.26欧姆，这时电源效率为20%。
从图1还可知，当电源输出功率小于电源最大输出功率时，外电路的电阻将有两于阻值与同一个输出功率相对应，且阻值大的外电阻所组成的电路电源的效率较高.
[例二]电源的电动势ε=60伏特.内电阻r=2欧姆，R
1=4欧姆，R
2
为变阻器(如
图3)，要使变阻器消耗的功率最大，R
2应是多大？这时R
2
消耗的电功率是多少？
解法一：根据闭合电路欧姆定津，I=ε/(R
1+R
2
＋r)，且U
2
=ε-1(r+R
1
)。因此，
令r
0=R
1
+r,由于[R
2
+(R
l
+r)]
2
=(R
2+r
)
2
=(R
2- r
)
2
+4R
2
r
，
这样上式可以改写为
因为电源的电动势ε和内电阻r
0与电路无关，可以看作恒量，因此,只有R
2
=r
时，上式中分母的值最小，整个分式的值最大，这时在R
2
上消耗的电功率就达到最大值，所以
R
2=r
=R
1
+r=4+2=6(欧姆)
这时R
2
消耗的最大功率是
P
2
m==150(瓦特)
上式解法，给我们一个启示：我们可以把R
1
看成是电源内电阻的一部分。这样
内电阻r
0就是R
1
+r。利用电源输出功率最大的条件：外电阻等于电源的内电阻，即
R
2=r
=R
1
+r，本题就能直接算出变阻R
2
的值，及R
2
消耗的最大电功率。解法如下。
解法二：利用电源输出功率最大的条件，可得：
R
2
=r+R
1
=2+4=6(欧姆).
这时R
2
消耗的最大功率是
[例三]在例二的图中，若电源的电动势为10伏特，内电阻为2.5欧姆。当R
1
=10
欧姆时。求：(1)要使R
1消耗的电功率最大，变阻器R
2
应多大？这时R
1
消耗的电功
率是多少？(2)要使电源输出功率最大，变阻器R
2
应多大？这时电源输出功率是多少？
有的同学作如下的解答：把R
2
作为电源内电阻的一部分，那么，电源输出功率
最大的条件是R
1=R
2
+r，所以
R
2=R
1
-r =10-2.5=7.5(欧姆)。
这样的解答是错误的。因为把R
2
作为电源内电阻的一部分，但是这样的电源内电阻却是变化的，而不是恒量。不符合电源输出功率最大值的条件的前提，即把电源电动势与内电阻看作恒量。这题正确的解法如下：
(l)R
1消耗的功率P
1
=I
2
R
1
，因为R
1
恒定，要使P
1
最大，必须使I最大。
根据全电路欧姆定律I=ε/(R
2+r+R
1
)，由于ε、r、R
1
恒定，当R
2
=0时I最大，
即P
1最大，这时R
1
消耗的最大功率
(2)由题意可知R外=R
1+R
2
＞r，从P出梍P外图象(参见图4)的MBC段可以看出，
当R外＞r时，输出功率随着外电阻的减少而增大，这个电路的电源输出功率这时
是在BC段变化，所以当R2
=0时，外电阻R外=R1
所对应的电源输出功率最大，其数值为
如果例三中
R1
改为1.5欧姆。则第(l)问解法同例三，当R2
=0
时I最大、Ri消耗的功率最大，
其值为
第(2)问，因为R
1
挘糭r，从p出梍P外图象可以看出，外电阻的变化范围在
R1到无限大之间
(设R2为理想变阻器，变化范围从
→∞)，图象将可在AMBC段变化，
当R外=r时，电源输出功率最大。这时R1+R
2=r
，所以
R
2=r-R
1=2.5-1.5=1(
欧姆
)。这时电源输出功率的最大值为
高考物理动态电路分析完整
电路的动态分析 直流电流 分析思路 长沙四校联考)如图所示，图中的四个电表均为理想电表，当滑动变阻器滑片 1 (多选)(2015· P向右端移动时，下面说法中正确的是() A．电压表V1的读数减小，电流表A1的读数增大 B．电压表V1的读数增大，电流表A1的读数减小 C．电压表V2的读数减小，电流表A2的读数增大 D．电压表V2的读数增大，电流表A2的读数减小 2．(多选) (2015·湖北省公安县模拟考试)如图所示电路中，电源内阻不能忽略，两个电压表 均为理想电表。当滑动变阻器R2的滑动触头P移动时，关于两个电压表V1与V2的示数，下列判断正确的是() A．P向a移动，V1示数增大、V2的示数减小 B．P向b移动，V1示数增大、V2的示数减小 C．P向a移动，V1示数改变量的绝对值小于V2示数改变量的绝对值 D．P向b移动，V1示数改变量的绝对值大于V2示数改变量的绝对值 3．(多选)如图所示，电源的电动势和内阻分别为E、r，R0＝r，滑动变阻器的滑片P由a向b缓慢移动，则在此过程中(
A．电压表V1的示数一直增大 B．电压表V2的示数先增大后减小 C．电源的总功率先减小后增大 D．电源的输出功率先减小后增大 含电容器的电路 解决含电容器的直流电路问题的一般方法 (1)通过初末两个稳定的状态来了解中间不稳定的变化过程。 (2)只有当电容器充、放电时，电容器支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器对电 路的作用是断路。 (3)电路稳定时，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻 不起降低电压的作用，与电容器串联的电阻为等势体，电容器的电压为与之并联的电阻两端 的电压。 (4)在计算电容器的带电荷量变化时，如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过所 连导线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之差；如果变化前后极板带电的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。 东北三校二模)如图所示，C1＝6 μＦ，C2＝3 μＦ，R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，电源电动1 (多选)(2015· 势E＝18 V，内阻不计。下列说法正确的是( ) A．开关S断开时，a、b两点电势相等 B．开关S闭合后，a、b两点间的电流是 2 A C．开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大 D．不论开关S断开还是闭合，C1带的电荷量总比C2带的电荷量大
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上海高考物理专题电路 【高考考点梳理】 一．多用电表 将电压表、电流表、欧姆表组合在一起就成了多用电表。目前常用的多用电表主要有指针式和数字式多用电表。 2 ．多用电表的原理 多用电表是一种多用仪表，一般可用来测量直流和交流电流、直流和交流电压以及电阻等，并且每种测量都有几个量程。 (l)测量直流电流、直流电压的原理和直流电流表、直流电压表的原理相同。 (2)测量电阻：内部电路原理如上右图所示，其原理是根据闭合回路的欧姆定律测量，即I=E/(R+r+R g+R x). 式中R、r、R，均为定值电阻，不同的R x对应不同的电流I（当然电流I和被测电阻R x不是正比的关系，所以电阻值的刻度是不均匀的）。如果在刻度盘直接标出与电流I对应的电阻R x值，可以从刻度盘上直接读出被测量电阻的阻值。 (3) “调零”原理：当两表笔接触时，R x=0，此时电流调到满偏值I g=E/(R+r+R g)（最大值），对应电阻值为零. (4）中值电阻：(R+r+R g)是多用电表欧姆挡的内阻，当被测电阻R=R+r+R g时，通过表头的电流I=I g/2,即通过表头的电流为满偏电流的一半，此时指针指在刻度盘的中央，所以一般叫欧姆挡的内阻称为中值电阻. 3 ．多用电表的使用方法 ( 1 ）测量电流时，跟电流表一样，应把多用电表串联在被测电路中，对于直流电，必须使电流从红表笔流进多用电表从黑表笔流出来。 ( 2 ）测量电压时，跟电压表一样，应把多用电表并联在被测电路两端，对于直流电，必须用红表笔接电势较高的点，用黑表笔接电势较低的点。 ( 3 ）测量电阻时，在选择好挡位后，要先把两表笔相接触，调整欧姆挡的调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位置，然后再把两表笔分别与待测电阻的两端相连。应当注意：换用欧姆挡的另一个量程时，需要重新调整欧姆挡的调零旋钮，才能进行测量。 4 ．实验：练习使用多用电表 ( 1 ）观察多用电表的外形，认识选择开关的测量项目及量程。 ( 2 ）检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置。若不指零，则可用小螺丝刀调整机械调零旋钮使指针指零。 ( 3 ）将红、黑表笔分别插入“十”、“一”插孔。 测电压 ( 4 ）将选择开关置于直流电压2.5V挡，测1.5V干电池的电压。
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高三期末计算题复习题 1．两根平行光滑金属导轨MN 和PQ 水平放置，其间距为0.60m ，磁感应强度为0.50T 的匀强磁场垂直轨道平面向下，两导轨之间连接的电阻R ＝ 5.0Ω。在导轨上有一电阻为1.0Ω的金属棒ab ，金属棒与导轨垂直，如图13所示。在ab 棒上施加水平拉力F 使其以10m/s 的水平速度匀速向右运动。设金属导轨足 够长。求： （1）金属棒ab 两端的电压。 （2）拉力F 的大小。 （3）电阻R 上消耗的电功率。 1．（7分）解：（1）金属棒ab 上产生的感应电动势为 BLv E ==3.0V ， （1分） 根据闭合电路欧姆定律，通过R 的电流 I = R r E += 0.50A 。 （1分） 电阻R 两端的电压 U ＝IR ＝2.5V 。 （1分） （2）由于ab 杆做匀速运动，拉力和磁场对电流的安培力大小相等，即 F = BIL = 0.15 N （2分） （3）根据焦耳定律，电阻R 上消耗的电功率 R I P 2=＝1.25W （2分）
2．如图10所示，在绝缘光滑水平面上，有一个边长为L 的单匝正方形线框abcd ，在外力的作用下以恒定的速率v 向右运动进入磁感应强度为B 的有界匀强磁场区域。线框被全部拉入磁场的过程中线框平面保持与磁场方向垂直，线框的ab 边始终平行于磁场的边界。已知线框的四个边的电阻值相等，均为R 。求： ⑴在ab 边刚进入磁场区域时，线框内的电流大小。 ⑵在ab 边刚进入磁场区域时，ab 边两端的电压。 ⑶在线框被拉入磁场的整个过程中，线框产生的热量。 2．（7分）（1）ab 边切割磁感线产生的电动势为E=BLv …………………（1分） 所以通过线框的电流为 I= R BLv R E 44= ……………………（1分） （2）ab 边两端电压为路端电压 U ab =I ·3R ……………………（1分） 所以U ab = 3BLv/4……………………（1分） （3）线框被拉入磁场的整个过程所用时间t=L/v ……………………（1分） 线框中电流产生的热量Q=I 2 ·4R ·t R v L B 432= ……………………（2分） 3．如图16所示，两根竖直放置的足够长的光滑平行金属导轨间距l ＝0.50m ，导轨上端接有电阻R ＝0.80Ω，导轨电阻忽略不计。导轨下部的匀强磁场区有虚线所示的水平上边界，磁感应强度B =0.40T ，方向垂直于金属导轨平面向外。电 阻r ＝0.20Ω的金属杆MN ，从静止开始沿着金属导轨下落，下落一定高度后以v =2.5m/s 的速度进入匀强磁场中，金属 杆下落
高考物理模拟题训练电路专题动态电路分析含解析
高考物理模拟题训练电路专题动态电路分析含 解析 Coca-cola standardization office【ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18】
专题01 动态电路分析 1．(2017黑龙江大庆一模)如图所示的电路中，电源有不可忽略的内阻，R1、R2、R3为三个可变电阻，电容器C1、C2所带电荷量分别为Q1和Q2，下列判断正确的是（） A．仅将R1增大，Q1和Q2都将增大 B．仅将R2增大，Q1和Q2都将增大 C．仅将R3增大，Q1和Q2都将不变 D．突然断开开关S，Q1和Q2都将不变 【参考答案】BC 2．（2016洛阳联考）如图所示电路中，电源的电动势为E，内电阻为r．当变阻器R的滑片P向上移动时，电压表V的示数U和电流表A的示数I变化的情况是
A．U变大，I变大 B．U变小，I变小 C．U变大，I变小 D．U变小，I变大 【参考答案】 C 【名师解析】 当变阻器R的滑片P向上移动时，电流表A的示数I一定减小。外电路总电阻增大，电源输出电流减小，电压表V的示数U一定增大，选项C正确。 3.（2014高考上海物理第18题）如图，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r。将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为△V1、△V2、△V3，理想电流表A示数变化量的绝对值为△I，则 A．A的示数增大 B．V2的示数增大 C．△V3与△I的比值大于r D．△V1大于△V2 【参考答案】ACD 【名师解析】
滑动变阻器滑片向下滑动，外电路总电阻减小，电流表A 中电流增大，A 的示数增大，V 1中的电流增大，V 1的示数增大，V 3的示数减小。由于电源输出电流增大，路端电压减小，所以V 2的示数减小，选项A 正确B 错误。由于理想电压表V 1、V 3示数之和等于电压表V 2的示数.，△V 1大于△V 2，选项D 正确。由V 1+V 3=E-Ir ，△V 1-△V 3=-△Ir,，3V I ??=r+1V I ??，△V 3与△I 的比值大于r ，选项C 正确。 4。(2013高考江苏物理第4题) (问6)在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图所示。 M 是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻 R M 发生变化，导致S 两端电压U 增大，装置发出警报，此时 （A ）R M 变大，且R 越大，U 增大越明显 （B ）R M 变大，且R 越小，U 增大越明显 （C ）R M 变小，且R 越大，U 增大越明显 （D ）R M 变小，且R 越小，U 增大越明显 【参考答案】C B 5.（2015崇明县一模）(问1/2/6/7)如图所示电路中，已知电阻R 1的阻值大于滑动变阻器R 0的最大阻值．闭合电键S ，当滑动变阻器的滑动臂P 由最上端下滑到最下端的过程中，下列说法中正确的是 （ ）
高考物理动态电路分析(20200815054749)
直流电流 分析思路 1 （多选）（2015长沙四校联考）如图所示，图中的四个电表均为理想电表，当滑动变阻器滑片 P 向右端移动时，下面说法中正确的是 （ ） 3.（多选）如图所示，电源的电动势和内阻分别为 E 、r , R o = r ，滑动变阻器的滑片 P 由a 向 b 缓慢移动，则在此过程中（ 电路的动态分析 总的 折 趾化 分 IU 变 A .电压表V 的读数减小, B. 电压表V i 的读数增大, C. 电压表 V 的读数减小, D .电压表V 2的读数增大, 电流表 A i 的读数增大 电流表 A i 的读数减小 电流表 A 2的读数增大 电流表 A 2的读数减小 2.（多选）（2015湖北省公安县模拟考试 ）如图所示电路中，电源内阻不能忽略，两个电压表 均为理想电表。当滑动变阻器 R 2的滑动触头P 移动时，关于两个电压表 V i 与 V 的示数, F 列判断正确的是（ ） A . P 向a 移动，V i 示数增大、 B . P 向b 移动，V i 示数增大、 C . P 向a 移动, D . P 向b 移动, V 2的示数减小 V 2的示数减小 V i 示数改变量的绝对值小于 V i 示数改变量的绝对值大于 V 2示数改变量的绝对值 V 示数改变量的绝对值 % &
--------- 1 } ----------------- , h P R ------ '1 A .电压表V1的示数一直增大 B .电压表V2的示数先增大后减小 C.电源的总功率先减小后增大 D ?电源的输出功率先减小后增大 含电容器的电路 解决含电容器的直流电路问题的一般方法 (1) 通过初末两个稳定的状态来了解中间不稳定的变化过程。 (2) 只有当电容器充、放电时，电容器支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器对电路的作用是断路。 (3) 电路稳定时，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻 不起降低电压的作用，与电容器串联的电阻为等势体，电容器的电压为与之并联的电阻两端 的电压。 (4) 在计算电容器的带电荷量变化时，如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过所 连导线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之差；如果变化前后极板带电的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。 1 (多选)(2015东北三校二模)如图所示，C i= 6 C 2 = 3 R i = 3 Q, R2= 6 Q,电源电动 A ?开关S断开时，a、b两点电势相等 B?开关S闭合后，a、b两点间的电流是2 A C.开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大
计算机电源功率
电源的输出 计算机系统中各部件使用的都是低压直流电，但不同配件具体要求的电压和电流又各不相同，比如转速达到每秒数千转的硬盘主轴电机和硬盘控制电路对供电的要求肯定不可能相同，因此电源也相应有多路输出满足不同的供电需求。通过图1可以看到，该硬盘的供电分为直流 +5V和+12V两部分。 就目前最常用的ATX电源来说，其电源输出有下列几种： +3.3V：主要经主板变换后驱动芯片组、内存等电路。 +5V：目前主要驱动硬盘和光驱的控制电路(除电机外)、主板以及软驱等。 +12V：用于驱动硬盘和光驱的电机、散热风扇，或通过主板扩展插槽驱动其它板卡。在最新的 Pentium 4系统中，由于Pentium 4处理器功耗增大，对供电的要求更高，因此专门增加了一个4Pin的插头提供+12V电压给主板，经主板变换后供给CPU和其它电路。因此配置Pentium 4系统要选用有+12V 4Pin插头的电源。 -12V：主要用于某些串口电路，其放大电路需要用到+12V 和-12V，但电流要求不高，因此-12V输出电流一般小于1A。 -5V：主要用于驱动某些ISA板卡电路，输出电流通常小于1A。 +5VSB：+5VSB表示+5V Standby，指在系统关闭后保留一个+5V的等待电压，用于系统的唤醒。+5VSB是一个单独的电源电路，只要有输入电压，+5VSB就存在。这样，计算机就能实现远程MODEM唤醒或者网络唤醒功能。最早的ATX 1.0版只要求+5VSB供电电流到达0.1A，但随着CPU和主板功耗的提高，0.1A已经不能满足系统要求了，因此现在的ATX电源+5VSB输出一般都可以达到1A以上，甚至2A。 一般而言，正规电源产品的铭牌上都应该标注各路输出的供电电流(图3)，对产品各项指标了解得更加清楚并不是一件坏事，因此购买电源时请尽量选择这类产品。 电源的功率 大家都知道功率的计算方法是电压乘以电流，对于图3中的电源，是否将各路直流输出的电压乘以电流，再累加到一起就是电源的额定输出功率呢？根据图3，我们可以得到表1中的数据，将它们累加起来就会
动态电路分析方法
动态电路分析方法 电路的动态分析，是欧姆定律的具体应用，在历年的高考中经常出现。此类问题能力要求较高，同学们分析时往往抓不住要领，容易出错。电路发生动态变化的原因是由于电路中 滑动变阻器触头位置的变化，引起电路的电阻发生改变，从而引起电路中各物理量的变化， 在此将动态电路的分析方法介绍如下。 一、程序法 根据欧姆定律及串、并联电路的性质进行分析。基本思路是：“部分—整体—部分”，即从阻值变化的部分如手，由串并联电路规律判知R总的变化情况，再由欧姆定律判知I总和U端的变化情况，最后由部分电路的欧姆定律得知个部分物理量的变化情况，一般思路是： 1确定电路的外电阻R外总如何变化。 2根据闭合电路的欧姆定律 E I R r 总 外总 确定电路的总电流如何变化。（利用电动势不变） 3由U I r 内内 确定电源内电压如何变化。（利用r不变） 4由U E U 外内 确定电源的外电压如何变化。 5由部分电路的欧姆定律确定干路上某定值电阻两端电压如何变化。 6由部分电路和整体的串并联规律确定支路两端电压如何变化及通过各支路电路如何变化。 二、图像法 电路发生动态变化时，其电路图可等效为如图（1）所示，根据闭合电路的欧姆定律得到 U E Ir,其图像如图（2）中的a，根据部分电路的欧姆定律可知U IR，其导体的 U—I图像如（2）中b，在电源确定的电路中，由图（2）得，当电阻R增大时（即图中的 角度变大），通过R的电流减小，R两端的电压变大，当电阻R减小时（即图中的角度变小），其电流增大，电压减小。 三、“串反并同”法 所谓“串反”，即某一电阻增大（减小）时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电 压、电功率都减小（增大）。所谓“并同”，即某一电阻增大（减小）时，与它并联或间接并 联的电阻中的电流、两端电压、电功率都增大（减小）。但须注意的前提有两点：1电路中电源内阻不能忽略；2滑动变阻器必须是限流接法。 四、极限法即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将变阻器的滑动端分别滑至 两个极端讨论。（一般应用于滑至滑动变阻器阻值为零） 例1、在图中电路中，当滑动变阻器的滑动片由a向b移动时，下列说法正确的是：
高考物理二轮复习 直流电路与交流电路专题复习教案
直流电路与交流电路专题复习 一、直流电路的动态分析与计算 1、纯电阻直流电路动态分析 例题：（2011年海南）如图，E 为内阻不能忽略的电池，R 1、R 2、R 3为定值电阻，S 0、S 为开关，V 与A 分别为电压表与电流表。初始时S 0与S 均闭合，现将S 断开，则（ ） A 、○V 的读数变大，○A 的读数变小 B 、○V 的读数变大，○A 的读数变大 C 、○V 的读数变小，○A 的读数变小 D 、○V 的读数变小，○A 的读数变大 解析：S 开，相当于电阻变大，总电流减小，故端电压增大， ○V 的读数变大，把R 1归为内阻，则R 3中的电压也增大，R 3中的电流也增大，R 3中的电压也增大，故正确答案为B 。 点评：当直流电路电路中的某一个电阻或某一段电路中的电阻的阻值发生变化，从而引起整个电路的电流、电压、电功率发生变化；分析方法是以电路的串并联知识和闭合电路欧姆定律为基础；基本思路和步骤是：从局部到整体再到局部，电阻变化分析是基础，干路电流分析是核心，内外电路电压变化是关键。此类问题常表现在电路故障分析，滑动变阻器的触头移动和电路中的开关断开与闭合等所引起的电路变化问题。 针对练习1（2009年广东理科基础）如图所示是一实验电路图．在滑动触头由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 ．电路的总电阻变大 解析：当滑片向b 端滑动时，接入电路中的电阻减少，使得总电阻减 小D 错。根据总 R E I =，可知总电流在增加，根据闭合电路中的欧姆定律有外U Ir E +=，可知路端电压在减小，A 对。流过电流表的示数为3R U I 外= ，可知电流在减小，B 错。根据r I P 2 =,可知内阻消耗的功率在增大，C 错。 针对练习2(2001年上海)如图所示的电路中，闭合电键，灯L 1、L 2正常发光，由于电路出现故障，
高中物理三种电路黑盒子问题专题辅导.doc
高中物理三种电路黑盒子问题 万洪禄 黑盒子问题是让判断盒内有什么元件及其这些元件如何连接或放置的问题。它分为电路黑盒子问题和光学黑盒子问题。本文所要探讨的是电路黑盒子问题。 在高中阶段，电路黑盒子内的元件一般涉及的是电池、电阻、二极管。探测电池用电压表，探测电阻和二极管都用欧姆表。在不知黑盒子中有无电池时，要先用电压表探测，在确定无电池时，才能使用欧姆表探测。 说明：二极管具有单向导电性。当欧姆表的黑表笔接二极管的正极，红表笔接二极管的负极，此时二极管加的是正向电压，它的电阻值很小，就像一个接通的开关一样；当黑表笔接二极管的负极，红表笔接二极管的正极，此时二极管加的是反向电压，它的电阻值很大，就像断开的开关一样。 高中阶段的电路黑盒子问题，一般有纯电阻黑盒子问题、纯电池黑盒子问题和电池、电阻、二极管三者混合或两者混合黑盒子问题。下面对这三类电路黑盒子问题的探索思路加以例说。 一. 纯电阻黑盒子问题 例1. 一个盒子内装有由导线和几个相同阻值的电阻组成的电路，盒外的1、2、3、4是该电路的四个接线柱，如图1，若1、2间的电阻是3、4间电阻的3倍，1、3间电阻等于2、4间的电阻，试画出盒内的较简单电路。 图1 解析：从电阻值最大接线柱入手：1、2点间电阻值最大（是3、4间电阻的3倍）画出如图2所示的电路，3、4间只能是一个电阻，1、3间和2、4间有电阻且相等，在图2的基础上找到3、4两点，如图2所示。考虑原题黑盒中接线柱的位置，把图3放入图1中所成的电路图4即为本题所要求的较简单的电路。 图2 图3 图4 二. 纯电池黑盒子问题 例2. 盒内有由导线和三节干电池组成的电池组，A 、B 、C 、B 是四个接线柱，如图5，用伏特表测量任意两点间的电压，测量如果如下，U U U U V U U V AC BD AB CB AD CD ======0153,.,，试画出盒内电池是怎样连接的？
电源输出功率最大问题
电源输出功率最大问题 一、用配方法求极值 例1．如图所示，已知电源内阻r ，电动势ε，滑动变阻器R 调在何处时，电源输出功率最大（R>r ）。 分析：由闭合电路欧姆定律知：I R r ε = +，所以 22222 2 2 2 2 22 2 ( )() 224()44R R R P I R R R r R r R Rr r R Rr r Rr R r Rr r R ε εεεε === = = = -+++-++-++出 由于2 ()0R r -≥，所以当R -r =0即R =r 时，输出功率有最大值2 4P r ε=max 。 结论：当电源的内阻r 等于外电路电阻R 时，电源输出功率最大。 画电源输出功率随外电阻变化的变化规律图像，可采用取值、描点、绘图再连线的步骤得到的图像，也可用Excel 电子表格做出P —R 图像为：【ε=6V ，r =2，R =（0，1，2，3，4，5，6，7，8）】 由图像知：在峰值处R =r 时，电源输出功率最大。最大值为2 4P r ε= max 。 二、根据两项之积为常数，当两项相等时和有最小值求极值 函数b y ax x =+ ，因b ax ab x ?=为常数，所以当b ax x = 即x =y 有最小值 min y = 例2．如图，已知电源电动势ε，内阻r ，外电路电阻R 1和可变电阻R ，在R 由零增加到最大值的过程中，求：可变电阻上消耗的热功率最大的条件和最大热功率。
分析：根据闭合电路的欧姆定律可得电路中的电流为1I r R R ε = ++， 所以2 2 2 2 2 111() () 2()R P I R R r R r R R R r R R εε== = ++++ ++。 讨论电阻R 上消耗的电功率，因为分母中两项之积为常数，当两项相等时，分母有最小值，即当 21()r R R R += （ 1 R r R =+）时， R P 有最大值： 2 2 1112()2() 4() R P r R r R r R εε= = ++++。 例3．如图，已知电源电动势ε和电源电阻r ，外电路电阻R 1与滑动变阻器并联，问滑动变阻器R 调在何处时，在电阻R 上消耗的热电功率最大？ 分析：根据闭合电路欧姆定律和串并联电路的特点知： ε=Ir +U 外 ① 112U I R I R ==外 ② 12I I I =+ ③ 则21122211()()I R R R r R r I r I R I R R ε++=+ +=，所以1 211()R I R R r R r ε=++ 2 2 1 2 11( )()R R P I R R R R r R r ε==++ 2212 2 2 1111()2()() R R R R r R rR R r R r ε= ++++ 22 122 1111()()2()R R r R R r R r R r R ε= ++++ 因为分母中两项之积为常数，当两项相等时分母有最小值，即当2 2 11()()R r R R r R += （11R r R R r =+）时，R P 有最大值存在。max 22211 1114()4() R R R P R r R r r R r εε== ++。
【电路】高中物理电路经典例题
?在许多精密的仪器中，如果需要较精确地调节某一电阻两端的电压，常常采用如图所示的电路.通过两只滑动变阻器R1和R2对一阻值为500 Ω 左右的电阻R0两端电压进行粗调和微调.已知两个滑动变阻器的最大阻值分别为200 Ω和10 Ω.关于滑动变阻器R1、R2的连接关系和各自所起的作用，下列说法正确的是（ B A.取R1=200 Ω，R2=10 Ω，调节R1起粗调作用 B.取R1=10 Ω，R2=200 Ω，调节R2起微调作用 C.取R1=200 Ω，R2=10 Ω，调节R2起粗调作用 D.取R1=10 Ω，R2=200 Ω，调节R1起微调作用 滑动变阻器的分压接法实际上是变阻器的一部分与另一部分在跟接在分压电路中的电阻并联之后的分压，如果并联的电阻较大，则并联后的总电阻接近变阻器“另一部分”的电阻值，基本上可以看成变阻器上两部分电阻的分压.由此可以确定R1应该是阻值较小的电阻，R2是阻值较大的电阻，且与R1的一部分并联后对改变电阻的影响较小，故起微调作用，因此选项B是正确的. 如图所示，把两相同的电灯分别拉成甲、乙两种电路，甲电路所加的电压为8V， 乙电路所加的电压为14V。调节变阻器R 1和R 2 使两灯都正常发光，此时变阻器 消耗的电功率分别为P 甲和P 乙 ，下列关系中正确的是（ a ） A．P 甲＞ P 乙 B．P 甲＜P 乙 C．P 甲 = P 乙 D．无法确 定 ?一盏电灯直接接在电压恒定的电源上，其功率是100 W.若将这盏灯先接一段很长的导线后，再接在同一电源上，此时导线上损失的电功率是9 W，那么此电灯的实际功率将( ) A.等于91 W B.小于91 W C．大于91 W D.条件不足，无法确定
高考物理 43变压器交流动态电路精解分析
高考题精解分析：43变压器交流动态电路 高频考点：变压器交流动态电路 动态发布：2011山东理综卷第20题、2011福建理综第15题、2010全国理综2第19题、2010天津理综物理第7题、2010山东理综第19题 命题规律：变压器交流动态电路是高考考查的重点和热点，考查变压器交流动态电路为选择题，难度中等。 命题分析 考查方式变压器交流动态电路 【命题分析】变压器交流动态电路主要有两种情况：一是负载电阻不变，原副线圈电压、电流、功率随匝数比变化而变化；二是匝数比不变，原副线圈电压、电流、功率随负载变化而变化。解决变压器交流动态电路问题首先要明确变量之间的相互制约关系。在理想变压器中，负线圈的输出电压U2由原线圈的输入电压U1和匝数比决定，与负载电阻无关，即输入电压U1决定输出电压U2；在原线圈输入电压U1和匝数比确定的情况下，原线圈的输入电流由副线圈输出电流决定，副线圈输出电流由负载确定，即负载决定输入电流；变压器输入功率由输出功率确定，即输出功率决定输入功率。分析变压器交流动态电路的思路是：由输入电压和匝数比得出输出电压，由输出电压和负载得出输出电流，最后由输出功率得出输入功率。考查变压器交流动态电路的试题难度中等。 例1（2011山东理综卷第20题）为保证用户电压稳定在220V，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意图。保持输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。某次检测得到用户电压u2随时间t变 化的曲线如图乙所示。以下正确的 是 A、u2πt)V B、u2πt)V C、为使用户电压稳定在220V，应将P适当下移 D、为使用户电压稳定在220V，应将P适当上移 【解析】：由于用户电压u2随时间t变化的曲线周期为0.02s，所以u2πt)V，选项B正确A错误；为使用户电压稳定在220V，由变压器变压公式可知应减小变压器原线圈
高考物理回归教材绝对考点突破十电磁感应中的电路问题
高考物理回归教材之绝对考点突破十 电磁感应中的电路问题 重点难点 在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，则导体或回路就相当于电源．将它们接上电阻或用电器可以对用电器供电，接上电容器可以使电容器充电． 解决电磁感应电路问题的关键就是借鉴或利用相似原型来启发理解和变换物理模型，即把电磁感应的问题等效转换成稳恒直流电路，把产生感应电动势的那部分导体等效为内电路．感应电动势的大小相当于电源电动势．其余部分相当于外电路，并画出等效电路图． 规律方法 【例1】如图（a ）所示的螺线管的匝数n =1500，横截面 积S =20cm 2 ，电阻r =1.5Ω，与螺线管串联的外电阻R 1=10Ω，R 2=3.5Ω．若穿过螺线管的磁场的磁感应强度按图（b ）所 示的规律变化，计算R 1上消耗的电功率． 【解析】由磁感应强度变化规律图象可知，螺线管中磁场磁感强度的变化率为2B t ?=?T/s 通电螺线管产生的感应电动势为6B E n nS t t Φ??===??V 电路中感应电流大小为12610 3.5 1.5 E I R R r ==++++A=1A 所以R 1上消耗的电功率为2110P I R W ==． 训练题如图所示，是用于观察自感现象的电路，设线圈的自感系数 较大，线圈的直流电阻R L 与小灯泡的电阻R 满足R L ＜R ．则在电键S 由 闭合到断开瞬间，可以观察到 （ C ） A ．灯泡立即熄灭 B ．灯泡逐渐熄灭，不会闪烁 C ．灯泡有明显的闪烁现象 D ．灯泡会逐渐熄灭，但不一定有闪烁现象 【例2】如图所示，MN 、PQ 为两平行金属导轨，M 、P 间连有一阻值为R 的电阻，导轨处于匀强磁场中，磁感应强度为B ，磁场方向与导轨所在平面垂直，图中磁场垂直纸面向里．有一金属圆环沿两导轨滑动，速度为υ，与导轨接触良好，圆环的直径d 与两导轨间的距离相等．设金属环与导轨的电阻均可忽略，当金属环向右做匀速运动时 （ B ） A ．有感应电流通过电阻R ，大小为d B R πυ
高中物理电路及故障分析习题集答案
电路及电路故障分析练习 1．下面四个电路图中，开关闭合后，三个电阻并联的是（） A B C D 2. 如图，若只需L1发光，连接；若要求L1和L2串联发光，连接；若要求L1和L2并联发光，连接. 第2题 3．S1合，S2、S3都开联; S1、S2、S3都闭合联 第3题第4题 4．如图所示的电路中，开关S闭合后，小灯泡L1、L2正常发光，请在甲、乙两个“О”内选填“电压表”和“电流表”的符号. 5．如图，电源电压不变，闭合开关S后，灯L1、L2都发光，一段时间后，其中一盏灯突然熄灭，而电流表、电压表的示数都不变，则产生这一现象的原因是（） A 灯L1短路 B 灯L2短路 C 灯L1断路 D 灯L2断路 第5题 6. 如图，当开关S闭合，两只灯泡均发光，两电表均有示数. 一段时间后，发现电压表示数为零，电流表示数增大，经检 查除小灯泡外其余器材连接良好，造成这种情况的原因可能 是（） A．灯L1断路 B.灯L2短路 C．灯L1短路 D.灯L1、L2都断路
第6题 7. 为研究灯泡的发光情况，小明设计了如图所示的电路进行实验.电路中两个灯泡规格相同（额定电压都是1.5V）、电源电压恒为3V，实验时，当开关闭合后，两灯发光，一段时间后，两灯泡突然熄灭，但电压表仍然有示数.经检查发现除灯泡外其余器材的连接良好.请简述造成这种情况的可能原因.（写出两种，并在每种原因中说明两灯的具体情况） 原因一： 原因二： 第7题 8. 如图是小强在做“探究串联电路中电流、电压特点”实验时连接的实物电路.当开关闭合时，发现灯L1不亮、灯L2亮，电流表和电压表均有读数.则出现此故障的原因可能是（）A．灯L2断路 B.灯L2短路 C．灯L1断路 D.灯L1短路 第8题 9.小勇晚上开灯时发现灯不亮，他用测电笔测试，如图，A、B、C三点都能使氖管发光，只有D点氖管不发光，则可判断出故障是（） A．火线和零线短路 B．灯泡断路 C．灯泡短路 D．导线CD某处断开 第10题 10. 小明想在家里安装一盏照明灯，如图是他设计的电路，请帮他在虚线框内填上开关和电灯的符号.小明请电工安装完毕，闭合开关，电灯不亮.电工用测电笔分别测试电灯两接线处和插座的两孔时，测电笔的氖管都发光，则电路的故障是. 11. 如图，电路中除了有一根导线是断的，其余器材均完好，灯L1电阻为10Ω，灯L2电阻为5Ω，电源由两节新的蓄电池组成（4V），为查出断的导线，小刚采用下列方法：将电表的正接线柱与电源的正极a相连，再将电表的负接线柱分别与L1的b接线柱和L2的c 接线柱相连. （1）操作前，小刚选用电表应是下列哪个？ 甲．量程为3V的电压表
研究电源的输出功率与电源效率实验方法
研究电源的输出功率与电源效率实验方法 Newly compiled on November 23, 2020
研究电源的输出功率与电源效率实验方法【目的和要求】 通过实验研究电源的输出功率和电源效率与外电阻的关系，验证当外电阻等于电源内电阻时，电源的输出功率最大；当电源输出功率最大时，电源的效率为50%。 【仪器和器材】 学生电源（J1202型或J1202－1型），直流电流表（J0407型或J0407－1型），直流电压表（J0408型或J0408－1型），简式电阻箱（J2362型或J2362－1型），电阻圈（J2358型），单刀开关（J2352型），导线若干。 【实验方法】 1．假内阻的确定。学生电源内阻很小（＜1欧），当它的输出功率最大时，外电路负载也很小，此时电路中的电流太大，会损害电源。必须在实验时给电源串联一个电阻r′，把电源和电阻r′合起来看作是一个电源，这时电源的内阻就可以认为是r′。如学生电源选择12伏挡，则r′应用20欧。 2．按图4．13－1接好电路，R为电阻箱，E为学 生电源，选择12伏输出，V为电压表选取15伏挡，A 为电流表选取0．6安挡，r为假内阻（20欧）。 3．将电阻箱的阻值从3欧起，逐次改变它的阻值， 到约80欧为止，并记下相应的电流表和电压表的读数。总共取得十几组数据，在R＝r 附近可多取几组值。 4．根据P＝IU、P0＝IE、η＝P／P0计算出相应的值，填入下表中。 电源电动势E=12伏
5．根据上表的数据绘出P－R曲线和η－R曲线。如图4．13－2所示。 6．将由P－R曲线上求得的输出功率的最大值与由公式Pmax＝E2／4，算出的值比较，将由P－R曲线求出的输出功率的最大值所对应的外电阻与电源的内电阻比较，能否证明当外电阻R等于电池的内电阻时，电源有最大的输出功率。 7．将由η－R曲线求出的当η＝0．5时外电路电阻的值与电路中输出功率最大时的电阻R比较，说明在电源的输出功率最大时，电源效率为0．5。由（3）式η＝1／〔1／1＋（r／R）〕可知，当R→∞时，η→1，因此图4．13－2的η－R曲线以η＝1的直线为渐近线。 选自：《高中学生实验》
高考物理电磁感应中的电路问题
第16讲 电磁感应中的电路问题 1.考点分析： 电磁感应中的电路问题是综合性较强的高考热点之一，该内容一般综合法拉第电磁感应定律、楞次定律、直流电路知识、磁场知识等多个知识点，还可以结合图象进行考查，解答过程中对考生的综合应用能力要求较高。 2.考查类型说明： 以选择题（图象类）和计算题为主，主要考查法拉第电磁感应定律及电路的分析。 3. 考查趋势预测： 电磁感应的电路分析主要考查产生感应电动势那部分导体的处理，一般可视为等效电源。再结合闭合电路欧姆定律以及直流电路的分析方法，求解电路中消耗的功率、电量等物理量。 根据闭合电路欧姆定律对电路进行分析，正确画出E —t 、I —t 图象则是高考中对电磁感应电路分析的另一种重要方式。处理该类问题时，要注意电源电动势与外电压的区别，正确分析内电路与外电路。一般可以通过定性分析与定量计算，得出正确的E —t 、I —t 图象，确定图象过程中，还应注意电势的高低关系及电流的方向，即正负值的区别。 1．电磁感应现象分析 （1）题型特点：由于闭合回路中某段导体做切割磁感线运动或穿过某闭合回路的磁通量发生变化，在该回路中就要产生感应电流．可以判断感应电流的方向、大小等问题． （2）分析基本方法： ①当部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生感应电动势和感应电流用右手定则判定： 判定原则： a ．感应电流方向的判定：四指所指的方向为感应电流的方向； b ．对于感应电动势的方向判断，无论电路是否闭合，都可以用右手定则进行判断：四指指向电动势的正极． ②当闭合电路中的磁通量发生变化时，引起感应电流时，用楞次定律判断． （3）感应电动势的大小： ①法拉第电磁感应定律：t n E ??Φ=，适用于所有感应电动势的求解；
求解电源的最大输出功率的几种方法及其规律
求解电源的最大输出功率的几种方法及其规律 【题目1】如图1所示的电路，若电源的电动势为E ，内电阻为r ，外部电路有滑动变阻器R ，问在什么条件下电源的输出功率最大？ 设电源的输出功率为P ，端压为U ，流过电源的电流为I 。 方法一：运用P~R 函数关系法： 因为UI P =、IR U =和R r E I += ， 所以2 2) (R r R E P +=，得R r R r E P ++=222。 可见，当R R r =2 ，即r R =时P 有最大值， 且最大值r E P 42max =。P~R 的函数图像如图2所示。 ①当R=r 时，电源的输出功率最大，P m =r E 42 。 ②当R ＞r 时，随着R 的增大输出功率减小。 ③当R ＜r 时，随着R 的减小输出功率减小。 方法二：运用P~I 函数关系法 因为UI P =、Ir E U -=，所以r I EI P 2 -=， 推得r E r E I r P 4)2(2 2+--=。 可见，当r E I 2= 时P 有最大值， 且最大值r E P 42max =。P~I 的函数图像如图3所示。 方法三：运用P~U 函数关系 因为UI P =、r U E I -=，所以r U U r E P 2 -=， 推得r E E U r P 4)2(1 2 2+--=。 可见，当2 E U = 时P 有最大值， 图1 图4 图3 图2
且最大值r E P 42max =。P~U 的函数图像如图4所示。 【规律总结】当R=r 时电源的输出功率最大，且电源的最大输出功 率为r E 42 ，此时2E U =，r E I 2=。 此时 U ~I 图像如图5所示，图5中斜线部分的“面积”表示了电 源的最大输出功率。 “等效电源”解决功率问题 【题目2】如图所示，电源的电动势E=2V ，内阻r=1Ω，定值电阻R 0=2Ω，变阻器R 的阻值变化范围为0~10Ω，求： （1）变阻器R 的阻值为多大时，R 0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？是多少？ （3）变阻器R 的阻值为多大时，电源的输出功率最大？是多少？ 方法：（1）对定值电阻，直接运用公式。R 0消耗的功率0 2 00R U p =， 由于R 0是定值电阻，故R 0两端的电压越大，R 0消耗的功率P 0越大. 而路端电压随着外电阻的增大而增大，所以当R=10Ω时，R 0消耗的功率最大. （2）对可变电阻，运用等效电源法。 可以把电源和定值电阻R 0合起来看作一个等效电源，等效电路图如图所示。（断路电压U=E ，短路电流I M =E/r ） 等效电源电动势E ′= V E r R R 3 4 00=+， 等效电源内阻r ′= Ω=+3 2 00r r R R ， 当R=r ′时，即R=2/3Ω时R 上消耗的功率最大，W r E p M 32 4/2/== （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 r R R RR =+0 时，代入数值得：R=2Ω时，电源输出功率最大. 最大输出功率/2 / 4r E P M == 1W 【题目3】图中所示的电路中，电源的电动势为E ，内阻为r ，R 1为定值电阻，那么负载电阻R 取何值时，负载R 上将获得最大功率? 方法一：等效电源法。 将定值电阻R 1和电源看成一个等效电源，如图虚线框所示。
浅析电源的最大输出功率
浅析电源的最大输出功率 山东 宋连义 一、电源的最大输出功率 在电源负载为纯电阻时，电源的输出功率与外电阻R 的关系是：P 出 =I 2R= . r 4R )r R (E Rr 4)r R (RE )r R (RE 2 2 22 2 2+-= +-= +由此式可以看出，当外电阻等于内电阻（即 R=r ）时，电源输出功率最大，最大输出功率为 r 4E P 2 m = . 电源的输出功率P 出 与外电阻R 的关系可以用P 出—R 图象表示，如图1所示. 由图象可知，对应于电源的非最大输出功率P 可以有不同的外电阻R 1和R 2，且R 1R 2=r 2（请同学们自己证明）. 由图象还可以看出，当R
三、典例分析 例1、如图3所示，电源的电动势E=2V ，内阻r=1Ω，定值电阻R 0=2Ω，变阻器R 的阻值变化范围为0~10Ω，求： （1）变阻器R 的阻值为多大时，R 0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？是多少？ （3）变阻器R 的阻值为多大时，电源的输出功率最大？是多少？ 解析（1）R 0消耗的功率 02 0R U P = ，由于R 0是定值电阻，故R 0两端的电压越大，R 0消耗的功率P 0越大. 而路端电压随着外电阻的增大而增大，所以当R=10Ω时，R 0消耗的功率最大. （2）可以把电源和定值电阻R 0合起来看作一个等效电源，等效电路图如图4所示，等效电源的电动势E ′=V 34V 2122E r R R 00=?+=+，等效内阻r ′=Ω =Ω+?=+321221r R rR 00，当R=r ′时，即32R = Ω时R 上消耗的功率最大，. W 32 W 324)34 (r 4E P 2 2 max R =?=''= （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 r R R R R P 00=+= 外时，