第4節(jié)：閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化

1、第4節(jié)：閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化第4節(jié)：閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化第四節(jié)：閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化.基本概念和規(guī)律1閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系根據(jù)閉合電路歐姆定律我們可以得到El =IU端+ IU內(nèi)，這表明電源非靜電力所做功的功率 等于電流在內(nèi)、外電路的電功率之和，反映了在電路中的能量轉(zhuǎn)化和守恒關(guān)系。 閉合電路中各部分的電 功率情況可以用如圖8-23所 示的U-I圖象來表示。其中圖 線A表示閉合電路路端電壓 隨外電流的變化情況；圖線B表示外電路的電流 隨電壓的變化情況。兩圖線的交點即為此時電路 的工作狀態(tài)，從交點的橫、縱坐標可讀出此時電 路中的總電流和路端電壓。、（P出EI總）7”怎7Pm圖 8-24此時圖象

2、中DEOI總所圍的面積大小 表示了電源的釋放功率；CU端 OI總所圍的面積大?。║I總） 表示了電源的輸出功率；而這 兩面積之差DEU端C所圍的面 積大?。‥I總-UI總）則表示了電源內(nèi)部所消耗的 功率。2. 閉合電路中各部分電功率隨外電路的變化關(guān)系電源的釋放功率：P釋=EI=旦隨外電路電阻R + r的增大而減小電源內(nèi)部所消耗的功率：P內(nèi)=l2r=（旦九也隨R + r外電路電阻的增大而減小。電源的輸出功率：P岀=I2R=（旦）2r隨外電路R + r電阻的變化情況較為復(fù)雜，理論上可以證明：P圖 8-25岀與R的關(guān)系如圖8-24所示。由圖象可知，當(dāng) R=r時，P岀有極大值，且輸出功率除最大值以 外

3、任意一個輸出功率都將有兩個外電阻值的可例題例題1 如圖&25所示電路中， 電池的電動勢是30V,內(nèi)阻是1Q ,燈泡L的額 定值是“ 6V、12W”，電動機線圈的電阻FM = 2Q。燈泡恰能正常發(fā)光。求電動機的輸出功率。分析：在作能量轉(zhuǎn)化分析時，應(yīng)抓住兩個關(guān)鍵 問題：一是能量轉(zhuǎn)化的去向，即能量是由什么形 式向另外的什么形式轉(zhuǎn)化；二是能量轉(zhuǎn)化的量值 關(guān)系，即電源輸出的總能量與電路中轉(zhuǎn)化成其它 形式的總能量相等。本題總的能量傳輸?shù)姆较蚴菑Sf內(nèi)電路（電能f內(nèi) 能）電 池一f I廠f燈（電能f內(nèi)能）(非靜電能f電能) 廠f機械能機(電能f根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，其功率關(guān)系可表示 為：廠f電源內(nèi)阻熱耗功率

4、電源的fl廠f燈泡的熱耗功率總功率 f電源輸出fl廠f電機熱耗功率功 率 f電機的fl輸入功率-電 機輸出功率解答：根據(jù)閉合電路的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系有：P源=P內(nèi)+ P燈+ P電機，所以IE = 12r + P燈+ 12 Rm+ P機輸岀。由題目條件“小燈泡恰能正常發(fā)光”可知 I=Il = P 額/U 額=2A,因此 P 機輸岀=IE P 燈一12 ( Rm + r) = 36W。 說明：這道題常見的錯誤是電動機當(dāng)作純電阻 來考慮，算出I = E/ ( Rl + Rm + r)= 5A，電機 的電壓U電機=E UL Ir =佃V,得到電機的功 率P= U2/Rm = 180.5W,比電源的總功率還大

5、。避免錯誤的辦法還是老老實實地作一下能量分 析，切不可亂套公式在電路中電S卜Er t圖 8-26每一個電路都是能量的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)， 源將其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能，用 電器再將電能轉(zhuǎn)化成其它形式的 能。在這個過程中，能的總量既不 會創(chuàng)生也不會消滅，這是分析電路 問題的依據(jù)。例題2如圖8-26所示電路中，電源電動勢 恒定，內(nèi)阻r= 10Q , Ri = 15Q。問要使開關(guān)S 閉合和斷開時電源的輸出功率不變，則 R2應(yīng)為 多大？分析：由題意電鍵S閉合或斷開只改變外電路 電阻的大小，而電源的輸出功率不變。根據(jù) P岀 R圖線，如圖8-27所示中的A、B兩點。當(dāng)外 電阻R大于電源內(nèi)阻r和小于電源內(nèi)阻r時，電 源

6、的輸出功率可能相等。由題中條件可知， S閉 合前 Rb= Ri+ R2 r, S 閉合后 Ra = R2V r。Pm |P 出圖 8-27解答：S閉合前 Pb= Ib2 Rb =E2 (Ri+ R2) / (Ri+ R2+ r 2。S 閉合后Pa = I a2 Ra =2 2E2R2 / (R2+ r) 2。解方程可得R2由題意Pa = Pb=5Q o說明：（1）對于電路變化的計算問題，應(yīng)首 先弄清電路變化前后的電路結(jié)構(gòu)，認清外電路各 用電器之間的連接關(guān)系，這是進 行電路計算的基礎(chǔ)。（2）本題 中涉及到P岀一R圖線在分析電 源的輸出功率的問題中的應(yīng)用。0圖808I/該圖象的峰值表示電源的最大

7、輸出功率值，從理論上可以證明，此時外電路的 總電阻應(yīng)等于電源的內(nèi)電阻。練習(xí)1有A、B兩電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線如圖8-28所示，電源的內(nèi)阻小；若將阻值為Q的電阻分別接到兩電源上，可有相同的功率。2如圖8-29所示為一 電源路端電壓隨外電阻的變 化而變化的圖線，從圖線上可 以看出，電源電動勢為V，內(nèi)電阻為Q,電源最大輸出功率為W。3. 直流電源的電動勢為E、內(nèi)電阻為r,用它 給直流電動機供電使之工作。電動機的線圈電阻 是R,電動機兩端的電壓為U,通過電動機的電流強度為I，導(dǎo)線電阻不計，若經(jīng)過時間t,則( )A電流在整個電路中做的功等于I2 (R+r) t B.電流在整個電路中做的功等于( U+Ir)ItC 電動機輸出的機械能等于(E-Ir) ItD 電動機輸出的機械能等于E-I (R+r) It圖 8-314. 如圖8-30所示，直線A為電源的路端電壓 U與電流I的關(guān)系圖象，直線B是電阻R兩端 的電壓U與其中電流I的關(guān)系圖象。用該電源與 電阻R組成閉合電路，求此時電源的輸出功率和 電源的效率。5如圖8-31所示，電阻Ri=