实验六研究电源输出功率与电源外电路负载关系高杨.doc

实验六 研究电源的输出功率与电源外电路负载的关系 实验目的 在研究分析的基础上熟悉实验并且能指导学生 通过实验能指导学生如何处理数据分析实验的能力 实验原理 闭合电路及欧姆定律的应用 实验器材 学生电源、电阻箱、直流电压表、直流电流表、电阻器、导线、单刀开关。 研究电源的输出功率 用U~I曲线来求出电动势E和内阻r，然后计算出电源的最大输出功率，做出P~R和η~R之间的关系。 实验方法 如图的接好电路: 安如图连接电路 用学生电源12v或14v电源 依次改变外电阻的阻值R根据测量的u与I的关系求出电源的电动势E和内阻r，根据E;r求出电源的最大输出功率p=E2/4r, 根据数据求出p出—R的图像比较r和R0的关系 求负载变化时求电源的输出功率和R的关系 数据记录及处理 外接法： 1.数据记录： R/Ω 1 3 5 8 12 16 I/A 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 U/V 0.51 1.56 2.4 3.5 4.5 5.25 P出 /W 0.26 0.81 1.15 1.53 1.69 1.72 η/% 0.043 0.13 0.2 0.29 0.38 0.44 R/Ω 22 31 45 I/A 0.3 0.25 0.2 U/V 6.25 7.25 8.25 P出 /W 1.78 1.69 1.51 η/% 0.53 0.61 0.69 2.通过数据做出u~I曲线如下： 3.图中知道内阻为9.04Ω，电动势为11.9 V； 4.电源最大输出功率：Pmax =1.86W 5.作P出~R曲线如图: 我们从功率电阻图中可以看出，当电阻为R0=22Ω时为最大，足以见得在误差范围内当外电阻等于内电阻时功率最大。 证明：P出 =I2R=(R/(R+R)2 ) ε2 Pmax = E2/4r, 所以：R=r 6.η~R的图像曲线 我们知道η=u外/E电源 我们等到的曲线如图: 我们看到随着R的增加效率是增加的。当η=50%时，在误差范围内R0 =r; 证明：η=u外/E电源 =IR/(I(R+r))=1/2 所以：R=r （二）内接法： 1.数据记录： R/Ω 1 3 5 8 11 16 I/A 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 U/V 1.01 2.0 2.75 3.75 4.6 5. 5 P出 /W 1.02 1.33 1.51 1.76 1.92 1.89 η/% 0.08 0.16 0.22 0.31 0.37 0.45 R/Ω 22 30 44 I/A 0.3 0.25 0.2 U/V 6. 5 7.25 8.25 P出 /W 1.92 1.75 1.55 η/% 0.53 0.59 0.67 2.通过数据做出u~I曲线如下： 3.图中知道内阻为9.22Ω，电动势为12.3 V； 4.电源最大输出功率：Pmax =1.97W 5.作P出~R曲线如图: 我们从功率电阻图中可以看出，当电阻为R0=23Ω时为最大，足以见得在误差范围内当外电阻等于内电阻时功率最大。 证明：P出 =I2R=(R/(R+R)2 ) ε2 Pmax = E2/4r, 所以：R=r 6.η~R的图像曲线 我们知道η=u外/E电源； 我们等到的曲线如图: 我们看到随着R的增加效率是增加的。当η=50%时，在误差范围内R0 =r。 证明：η=u外/E电源 =IR/(I(R+r))=1/2 所以：R=r 实验分析 由内接法、外接法分别测量得到的数据有一定的差异，主要是：内接法时电流变因为有内阻而分压，使电压表的值偏大，使所测电阻比实际电阻值大。外接法时，电流表的测量值比实际值大，因为有电压表的支流使测量电阻值小于实际电阻的值。所以电源内阻实际为19.04Ω~19.22Ω之间。