2024-2025学年人教版高一物理必修第三册教学课件 第十二章 4 专题：闭合电路的功率 两种U－I图像的对比

专题：闭合电路的功率

两种U－I图像的对比第十二章电能能量守恒定律熟练掌握闭合电路中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。会区分用电器的U－I图像与电源的U－I图像，并能根据两个图像进行相关计算。重点重难点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？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，此时应有电路中电阻最小，即当R＝0时，R0上消耗的功率最大为(2)当满足什么条件时，电源的输出功率最大？最大为多少？电源输出功率随外电阻变化曲线如图所示.(3)当滑动变阻器R阻值为多少时，滑动变阻器消耗的功率最大？最大为多少？此种情况可以把R0和电源看作等效电源，这样滑动变阻器上消耗的功率相当于电源的输出功率.(4)当电源的输出功率最大时，电源的效率也是最大吗？为什么？不是.1.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。(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？答案见解析根据公式P＝I2R0，当电流最大时，定值电阻R0上消耗的功率最大，根据闭合电路欧姆定律，有所以当R＝0时，电流最大，定值电阻R0上消耗的功率最大，此时I＝1.5A，最大消耗功率P1＝I2R0＝3.375W。(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？答案见解析当外电阻的阻值越接近电源内阻时，电源的输出功率越大，所以当R＝0时，电源的输出功率最大，电源的最大输出功率为P2＝U′I′＝2.25×1.5W＝3.375W。(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？答案见解析将电阻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＝2Ω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，此时滑动变阻器两端的电压U＝1.5V，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，下列说法正确的是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＝4V，内阻r＝2ΩD.电源的最大输出功率Pmax＝2W√√√电源的总功率PE＝EI∝I，故PE－I图线是直线a，故A正确；输出功率PR＝PE－Pr＝EI－I2r，应为开口向下的曲线，故曲线b表示PR－I图线；电源内部的发热功率Pr＝I2r，应为开口向上的曲线，故曲线c表示Pr－I图线，故B错误；由题图知，电源的输出功率PR＝PE－Pr，最大为2W，故D正确。

功率最大值的求解方法两种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的读数随电流表读数的变化图像应分别为U－I图像中的哪一条直线？电流增大，路端电压减小，定值电阻R0的分压增大，V1测量电阻R0两端电压，读数变化如b直线所示，V2测量路端电压，读数变化如a直线所示。(2)a、b直线的斜率分别表示什么？a直线斜率的绝对值表示电源的内阻r的大小，b直线的斜率表示电阻R0的大小。斜率kb=R0斜率ka=rR＝0时，U1＝U2，a、b直线相交。(3)R取何值时，a、b直线相交？定值电阻的U－I图像与电源U－I图像的区别项目定值电阻的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定值电阻的U－I图像与电源U－I图像的交点坐标的意义→定值电阻图线→电源图线→交点表示定值电阻和电源连接时的电压与电流EASB↓面积表示输出功率3.(多选)(2023·陕西宝鸡高二期末)如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流的变化而变化的特性图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线。曲线Ⅲ与直线Ⅰ、Ⅱ交点的坐标分别为P(5A,3.5V)、Q(6A,5V)。如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法正确的是A.电源1与电源2的内阻之比是3∶2B.电源1与电源2的电动势之比是1∶1C.在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是21∶25D.在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是7∶10√√√根据P＝UI可得在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是P1∶P2＝3.5×5∶5×6＝7∶12，故D错误。4.(2023·江西临川一中高二期中)我国综合性太阳探测专用卫星“夸父一号”于2022年10月9日在酒泉卫星发射中心发射升空，开启对太阳的探测之旅。卫星两翼的太阳能电池板把太阳能转化为电能供卫星使用。如图所示，图线a是太阳能电池在某光照强度下路端电压U与电流I的关系图像(电池内阻不是恒量)，图线b是某电阻的U－I图像。在该光照强度下将它们组成闭合回路时，则A.电源的电动势为6VB.电阻两端电压为4VC.电阻消耗的功率为0.9WD.太阳能电池的内阻为5Ω√根据闭合电路欧姆定律U＝E－Ir，图线a与纵轴交点为(0,4V)，可知电源的电动势为4V，故A错误；图线a、b交点为电源与电阻的工作状态，由图像可知电阻两端的电压为3V，通过电阻的电流为0.2A，则电阻消耗的功率为P＝UI＝3×0.2W＝0.6W，故B、C错误；5.(多选)(2023·安徽宣城高二期末)如图甲所示电路中，定值电阻R0与滑动变阻器R串联在电动势为E、内阻为r的电源两端，所有电表均为理想电表，当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乙图中的AC、BC两直线所示，根据图上的已知信息，判断下列说法中正确的是A.滑动变阻器R的最大阻值是8ΩB.电源的电动势E＝8V，内阻r＝0.5ΩC.当滑动变阻器R＝1Ω时，定值电阻R0

上消耗的电功率最大D.在电流表示数逐渐减小的过程中，电源的效率逐渐增大√√当I2＝4.0A时，电流最大，回路阻值最小，故滑动变阻器的滑片在最左端，据欧姆定律可得E＝I1(R0＋R＋r)，E＝I2(R0＋r)，联立解得E＝8V，r＝0.5Ω，B正确；当滑动变阻器接入电路的阻值为零时，回路电流最大，根据P＝I2R0可知，定值电阻R0上消耗的电功率