研究电源的输出功率与电源效率实验方法

研究电源的输出功率与电源效率实验方法【目的和要求】通过实验研究电源的输出功率和电源效率与外电阻的关系，验证当外电阻等于电源内电阻时，电源的输出功率最大；当电源输出功率最大时，电源的效率为50%。【仪器和器材】学生电源（J1202型或J1202－1型），直流电流表（J0407型或J0407－1型），直流电压表（J0408型或J0408－1型），简式电阻箱（J2362型或J2362－1型），电阻圈（J2358型），单刀开关（J2352型），导线若干。【实验方法】1．假内阻的确定。学生电源内阻很小（＜1欧），当它的输出功率最大时，外电路负载也很小，此时电路中的电流太大，会损害电源。必须在实验时给电源串联一个电阻r′，把电源和电阻r′合起来看作是一个电源，这时电源的内阻就可以认为是r′。如学生电源选择12伏挡，则r′应用20欧。2．按图4．13－1接好电路，R为电阻箱，E为学生电源，选择12伏输出，V为电压表选取15伏挡，A为电流表选取0．6安挡，r为假内阻（20欧）。3．将电阻箱的阻值从3欧起，逐次改变它的阻值，到约80欧为止，并记下相应的电流表和电压表的读数。总共取得十几组数据，在R＝r附近可多取几组值。4．根据P＝IU、P0＝IE、η＝P／P0计算出相应的值，填入下表中。电源电动势E=12伏R（欧）U（伏）I（安）P（瓦）P0（瓦）η5．根据上表的数据绘出P－R曲线和η－R曲线。如图4．13－2所示。6．将由P－R曲线上求得的输出功率的最大值与由公式Pmax＝E2／4，算出的值比较，将由P－R曲线求出的输出功率的最大值所对应的外电阻与电源的内电阻比较，能否证明当外电阻R等于电池的内电阻时，电源有最大的输出功率。7．将由η－R曲线求出的当η＝0．5时外电路电阻的值与电路中输出功率最大时的电阻R比较，说明在电源的输出功率最大时，电源效率为0．5。由（3）式η＝1／〔1／1＋（r／R）〕可知，当R→∞时，η→1，因此图4．13－2的η－R曲线以η＝1的直线为渐近线。选自：《高中物理学生实验》