高中物理必修三 第十二章　专题强化8　闭合电路的功率　两种U－I图像的对比同步学案

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专题强化8　闭合电路的功率　两种U－I图像的对比[学习目标]　1.熟练掌握闭合电路的功率和相关物理量之间的关系，会计算闭合电路的功率问题(重点)。2.能区分用电器的U－I图像与电源的U－I图像，并能根据两种图像进行相关计算(重难点)。一、闭合电路的功率如图所示，电路中电源的电动势为E、内阻为r，R为滑动变阻器，R0为定值电阻。闭合开关S，则：(1)当满足什么条件时，定值电阻R0上消耗的功率最大？最大为多少？(2)当满足什么条件时，电源的输出功率最大？最大为多少？(3)当电源的输出功率最大时，电源的效率也是最大吗？为什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例1　如图所示，电路中E＝3 V，r＝0.5 Ω，定值电阻R0＝1.5 Ω，滑动变阻器的最大阻值为10 Ω。(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？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(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？(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？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________功率最大值的求解方法1．对定值电阻来说，其电流最大时功率也最大。2．电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻，电源的输出功率越大。3.如图，求解滑动变阻器R2消耗的最大功率时，可把定值电阻R1等效为电源内阻的一部分，则R2＝R1＋r时，R2上消耗的功率最大。例2　(多选)(2023·乌鲁木齐市八一中学高二期末)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系上，如图中的a、b、c所示，下列判断正确的是(　　)A．直线a表示电源的PE－I图线B．曲线c表示电源的PR－I图线C．电源的电动势E＝4 V，内阻r＝2 ΩD．电源的最大输出功率Pmax＝2 W二、两种U－I图像的对比如图所示，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a、b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直线的斜率分别表示什么？(3)R取何值时，a、b直线相交？________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．定值电阻的U－I图像与电源U－I图像的区别2.定值电阻的U－I图像与电源U－I图像的交点坐标的意义：如图所示，电源和定值电阻的U－I图线在同一个坐标系中，两条图线的交点(1 A,3 V)的含义是，当图线A所示的外接电阻与图线B所示的电源连接后，流过电阻的电流是1 A，电阻两端的电压为3 V；电源的输出电流是1 A，路端电压为3 V。电源的输出功率P＝UI＝3 W，其大小等于图中两条虚线与坐标轴所围的面积的数值。例3　(多选)(2022·泉州市泉港一中高二期末)如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图像，直线B为电源b的路端电压与电流的关系图像，直线C为一个电阻R两端的电压与电流的关系图像。将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么(　　)A．R接到b电源上，电源的输出功率较大B．R接到b电源上，电源的效率较高C．R接到a电源上，电源的输出功率较大，但电源效率较低D．R接到b电源上，电阻的发热功率和电源的效率都较高针对训练　a、b分别表示一个电池组和一只电阻的伏安特性曲线，则以下说法正确的是(　　)A．电池组的内阻是0.33 ΩB．电阻的阻值为0.33 ΩC．将该电阻接在该电池组两端，电池组的输出功率将是4 WD．改变外电阻的阻值时，该电池组的最大输出功率为4 W例4　(多选)(2022·新安县第一高级中学高二阶段练习)如图所示，图线甲、乙分别为电源和某金属导体的U－I图线，电源的电动势和内阻分别用E、r表示，下列说法正确的是(　　)A．电源的电动势E＝50 VB．电源的内阻r＝eq \f(25,3) ΩC．当该导体直接与该电源相连时，该导体的电阻为20 ΩD．当该导体直接与该电源相连时，电路消耗的总功率为80 W项目定值电阻的U－I图像电源的U－I图像图像的形状关系式U＝IRU＝E－Ir图像的物理意义表示导体的性质，U与I成正比的前提是电阻R保持不变表示电源的性质，电源的电动势和内阻保持不变，外电路电阻R变化，才有U和I的变化图像斜率的物理意义等于定值电阻R的阻值绝对值等于电源内阻r