Physic Labs

第 2 题

将电池建模为恒定电动势 EE 与内阻 r>0r>0 串联,并向纯电阻负载 R>0R>0 供电;忽略导线电阻和温度变化。令电路电流为 II,电池端电压(亦为负载电压)为 UU,负载功率为 PRP_R。(a) 用 E,r,RE,r,R 表示 I,UI,U。(b) 求 PRP_R 及电源内耗散功率。(c) 求使 PRP_R 最大的 RR、最大功率以及该工作点的效率。 电动势表示电源对单位电荷所做的功;接入负载并有电流时,内阻也会产生电压降。因此端电压低于电动势,电能同时在负载和内阻中转化为热。改变外电阻并考察负载功率随之如何变化,可以定量确定最大功率条件,并比较此时有用输出与电源总输出的效率。 对运动的每个区间或过程分别应用相应物理定律,并通过边界处的连续条件衔接结果。所有公式都沿用题目规定的正方向和符号约定,不额外假设题目未给出的数值,答案以已定义符号表示。最后还应检查长度、时间、质量、温度、电荷等单位是否一致,并核对方向及大小关系是否符合物理情形。
Rtot=R+rR_{\rm tot}=R+r
problems.proof.analysis

单回路中 rr 与 RR 通过相同电流,串联总电阻为 r+Rr+R。

problems.proof.pitfall. 坐标轴与符号: 有电流时内阻产生压降 IrIr,不能把端电压 UU 与电动势 EE 混为一谈。