(
课件网) 研专项 素养提升 第九章 2023 一、典型物理方法指导突破:等效电源法 【方法概述】 1.电路中电源与某一电阻串联(如图甲)或并联(如图乙)时,可把图中虚线框内的整体看为一个电源,我们称为“等效电源”,这种思想方法叫等效电源法,使用时一定要正确地求出等效电源的电动势与内阻;一般情况仅讨论将定值电阻等效视为电源内阻,即原电源、等效电源的内阻、电动势均为定值,新电源开路时两端的电压为等效电源的电动势,新电源的内阻为等效电源内部所有电阻的总内阻,如图,图中这个等效电源的正极为A,负极为B,则A、B断开时,A、B两点间的电压即为等效电源的电动势,A、B两点间的电阻即为等效电源的内阻。甲图中等效电源内部没有电流,其等效电动势和内阻分别为E等效=UAB=E、r等效=RAB=r+R>r; 【考向分析】 等效电源法是高中物理学习中的一种解题方法,也是考查电路知识时常常涉及的一种方法。应用这种方法可以将电源内阻提出来,作为外电阻处理,也可将外电阻与电源内阻合并在一起,看作一个新的电源,便于我们使用电源的输出功率与外电阻的关系、电源的特性曲线等知识点快速解题等。 【案例探究】 案例1.(多选)如图甲所示电路中,电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,外电路接有三个定值电阻R1=2 Ω、R2=3 Ω、R3=6 Ω,虚线框内的电路可等效为一个电源,如图乙所示,其等效电动势E'等于CD间未接入用电器时CD间的电压,若用导线直接将C和D两点连接起来,通过该导线的电流等于等效电源的短路电流。下列说法正确的是( ) A.等效电源的电动势E'=5 V B.等效电源的短路电流为1.2 A C.等效电源的内阻r'=7.5 Ω D.等效电源的最大输出功率为0.3 W 答案 CD 拓展.(1)本题不求等效电源的短路电流,能直接求出等效电源的内阻吗 (2)根据本题的情境,如果在C、D间接入一个滑动变阻器,则滑动变阻器接入电路的阻值多大时变阻器消耗的功率最大 最大值为多少 答案(1)能,等效电源的内阻就是C、D断开时C、D两点间的电阻,故大小为r、R1串联后与R2并联,最后再与R3串联的阻值,即 (2)滑动变阻器消耗的功率即为等效电源的输出功率,故变阻器接入电路的阻值为7.5 Ω时消耗的功率最大,最大值为0.3 W。 案例2.(2020北京卷)用图甲、乙所示的两种方法测量某电源的电动势和内阻(约为1 Ω)。其中R为电阻箱,电流表的内电阻约为0.1 Ω,电压表的内阻约为3 kΩ。 丙 (1)利用图甲所示的实验电路测电源的电动势E和内阻r,所测量的实际是图丙中虚线框所示“等效电源”的电动势E'和内阻r'。若电流表内电阻用RA表示,请你用E、r和RA表示出E'、r',E'= ,r'= 。 (2)某同学利用图像分析甲、乙两种方法中由电表内阻引起的实验误差。在图丁中,实线是根据实验数据(图甲:U=IR,图乙: )描点作图得到的U-I图像;虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的U-I图像(没有电表内电阻影响的理想情况)。 在图丁中,对应图甲电路分析的U-I图像是 ;对应图乙电路分析的U-I图像是 。 (3)综合上述分析,为了减小由电表内阻引起的实验误差,本实验应选择图 (选填“甲”或“乙”)。 丁 答案 (1)E r+RA (2)C A (3)乙 解析 (1)将电源和电流表视为等效电源,所以等效电源的电动势仍然为E'=E,而电流表的内阻和电动势的内阻作为等效电源的内阻,即r'=r+RA。 (2)对比以下两种解法,体会应用“等效电源”模型的优越性。 常规解法:对图甲,考虑电表内阻时,根据闭合电路欧姆定律得E=U路+Ir内=U+I(r+RA),变形得U=-(r+RA)I+E,直接通过实验获得数据,可得U=-rI+E,纵截距均为电源电动势E,虚线对应的斜率大小为r,实线对应的斜率大小为(r+RA),所以对应图甲电路分析的U-I图像是C; 等效电源法:电源的路端电压U随电流I变化的U-I图像的斜率表示电源内阻,纵 ... ...
