研究功率关系.docVIP

研究电源输出功率和外电路负载的关系 张传奇 2012012784 一、实验目的 1. 在研究、分析中学教材的基础上，总结如何指导学生做好实验； 2. 通过自己的实验过程，研究如何指导学生处理好实验数据，处理实验数据应 该注意的问题。训练学生能够比较熟悉的绘制物理图像，并利用图像说明其物理意义，从中学习用实验来解决问题的方法。 二、实验器材 学生电源、电阻箱、直流电压表、直流电流表、线绕电阻（20Ω左右） 、坐标 三、实验原理 测量电路中路端电压和外电阻的关系，从而研究电源输出功率和外电路负载的关系。 外接电路法 实验电路图如图： 由闭合电路的欧姆定律E = U +Ir知， 路端电压U = E ? Ir， 对给定的电源， E、r为常量，因此路端电压U是电流I的一次函数。将电源，电流表，电压表，可变电阻连接成如图（1）所示的电路。改变可变电阻的阻值，可从电压表和电流表中记录多组对应的数值（U，I）值。 从中选取两点，由闭合电路欧姆电路可得： 联立两式可得到：E= r= 这样测量电源的电动势和内阻，方法虽然简单，但是误差较大。为减少误差，应多测几组U、I值，求出几组E、r值，最后分别算出它们的平均值。还可以利用图像法来求解，方法如下： 将上述测得的多组（U，I）值描绘在U? I坐标中，图像应该是一条直线。显然，直线在U坐标上的截距值就是电池的电动势，直线斜率的绝对值就是电源的 结论： （1） 当电压表示数为零时，Iv = 0，IA = I短 ，短路电流测量值=真实值； （2） E 测 E 真 ； （3） 因为r =，所以r测 r真 。 内接电路法 实验电路图如图： 按照图（2）所示的电路图连接电路，并按照 1 中外接法的操作程序操作，并用图像法分析处理数据。 由上图分析可有如下结论： E为真实值； I短测 I短真 ； 因为r=，所以r测 r真，r测 实际上是r和RA 的串联值，但此种连接方法所测量的r误差非常大。 研究电源的输出功率 实验过程中，根据所测量的实验数据绘制U ?I图像，有图像求出电源电动势E和电源内阻r，计算出电源的最大输出功率Pmax = E2 /4r； 再根据所绘制的P ?R图像和η ? R图像，分析P出最大时对应的外负载阻值R、η = 50%时对应的外负载阻值R是否都与电源内阻r一致。 四、实验内容 （1）按图 1 连接电路图，电压值选取在10v—12v之间的一个值，将滑动变阻器调到将近最大值，根据电流表的示数估算内阻值，然后改变电阻箱的阻值测多组 U、I 值，画 U-I 图像，并求电源电动势和内阻。 （2）按图 2 连接电路图，电压值选取在10v—12v之间的一个值，将滑动变阻器调到将近最大值，根据电流表的示数估算内阻值，改变电阻箱的阻值测多组 U、I 值，画 U-I 图像，求电源电动势和内阻。 （3）求按图 1 连接的电路求出的电源电动势的最大输出功率，并根据实验测量数据，依次计算出电源输出功率P出=U2/R，然后画出P出-R的图像. 在此图像中求出电源输出功率为最大值时，所对应的外电阻电阻 R 的电阻值R0 .并比较内阻 r 与R0有和差异。 （4）求按图 1 连接的电路的实验数据求出电源的效率?=*100%,做出?-R的图像。分析当?=50%时所对应的外电阻的阻值R0与内阻r是否相等。 五、实验数据 1、外接法 E = 11.0V R/Ω 10 15 17 19 21 22 I/A 0.34 0.30 0.28 0.27 0.26 0.25 U/V 3.70 4.80 5.10 5.40 5.60 5.70 P /W 1.258 1,44 1.428 1.458 1.456 1.425 η 0.336 0.436 0.464 0.490 0.509 0.518 R/Ω 24 26 28 33 40 50 I/A 0.24 0.23 0.22 0.20 0.18 0.15 U/V 6.00 6.20 6.40 6.60 7.20 7.70 P /W 1.44 1.426 1.408 1.32 1.296 1.155 η 0.545 0.564 0.582 0.6 0.655 0.7 R/Ω 60 70 80 90 I/A 0.13 0.12 0.11 0.10 U/V 8.10 8.40 8.60 8.80 P /W 1.053 1.008 0.946 0.88 η 0.736 0.764 0.782 0.8 2、内接法 E = 11.0V R/Ω 10 15 17 19 20 22 I/A 0.34 0.30 0.28 0.27 0.26