江苏省南京师范大学附属中学物理竞赛讲义-12.3等效电源

2020-03-29 18:32

12.3等效电源

一、电动势ε

电动势反映了电源将其他形式能量转化为电能的本领。电动势的大小等于电源内将单位正电荷从负极移动到正极,非静电力做的功。

W非 ??q

二、路端电压U

电源两端的电压即路端电压。

当电路开路时,路端电压等于电动势,若外电路闭合,路端电压小于电动势

??I(R?r)?U?Ir

三、输出功率

输出功率等于路端电压乘以电流

P?IR?2?2(R?r)2R??2r2R??2rR

当R=r,即外电阻等于电源内阻时,输出功率最大

四、电源的效率

输出功率占电源提供的总功率的百分比

??P输出P总?U E

五、叠加原理

当电路中有多个电源时,电路中的总电流,等于各电源单独存在时的电流的叠加。 计算各电源单独存在时的电流,其它电源应看作电动势为0,但保留内阻。 叠加时要注意电流的方向。

例1、如图所示,已知电路中电源电动势?1?3.0V,?2?1.0V,内阻?1r1r1?0.50?,r2?1.0?,电阻R1?10.0?,R2?5.0?,R3?4.5?,R4?19.0?,

R3求通过R1的电流.

R1

R 4?2r2

R2

例2、如图,电源内阻不计,当电动势减小1.5V以后,怎样改

变电动势使流经电池的电流强度与改变前流经的电流强度相同。

六、等效电源

1、等效电压源:两端有源网络可以等效为电压源。 (1)电压源可以看等效电动势和等效内阻串联 (2)等效电动势等于网络的开路端电压。 (3)将网络内部电源短路后(保留内阻),两端点之间的等效电阻 *2、等效电流源:两端有源网络可以等效为电流源。 (1)电流源可以看等效电动势和等效内阻并联

(2)其提供的等效电流等于网络两端短路时的路端电流。 (3)将网络内部电源短路后(保留内阻),两端点之间的等效电阻

由于等效电压源和我们通常电源的概念类似,因此常用电压源来解决问题

例3、甲乙两个电路中电源电动势ε和内阻r已知,定值电阻R0已知,求电阻R调到多大时,电源输出功率最大?电阻R调到多大时,R上获得的电功率最大?

例4、利用等效电压源的方法解决例1

如图所示,已知电路中电源电动势?1?3.0V,?2?1.0V,内阻r1?0.5?0,r2?1.0?,电阻R1?10.0?,R2?5.0?,R3?4.5?,R4?19.0?,?1r1求通过R1的电流.

例5、利用等效电压源的方法解决例2

如图,电源内阻不计,当电动势减小1.5V以后,怎样改变电动势使流经电池的电流强度与

改变前流经

的电流强

度相同。

R3R2RR14?2r2

例6、右图中ε = 100V ,ε′= 40V ,均不计内阻,R = 10Ω,R′= 30Ω,求流过R′支路上的电流。(用基尔霍夫定律、叠加原理、等效电压源三种方法求解,并比较几种方法的难易程度)

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