电源最大输出功率的条件论证及应用

课时授课计划
§1—9 电源输出的最大功率
教学目的：了解电源输出的功率与负载的电阻有关；
掌握电源输出最大功率的条件；
教学重点：掌握电源输出最大功率的条件；
教学难点：最大功率和条件的推导
教学关键：应用配方法
教学过程
引入:当电源一定时，电源输出的功率大小由负载的电阻决定，负载的电阻为多少时，电源输出的功率最大？如下图
因为Ｐ＝Ｉ２Ｒ
又Ｉ＝Ｅ／（Ｒ＋r）
则Ｐ＝（Ｅ／Ｒ＋r）２R
＝Ｅ２Ｒ／（Ｒ—r）2+4R r
故当Ｒ＝r时，电源输出的功率最大:
Ｐm＝Ｅ２／４Ｒ；
说明：①当Ｒ＝r时，叫阻抗匹配;
②阻抗匹配时，电源的效率为５０﹪。

练习：一信号源的内阻为r＝５Ω，电动势为１０Ｖ，负载电阻为多少时，负载得到的功率最大，最大是多少？
例题：第１７页
练习：第１７页。

关于电源输出功率及应用一、电路模型如图1所示，电源电动势为，内阻为r ，外电阻为R ，则当外电阻发生变化时，电源的输出功率随之发生变化. 二、定性讨论1. 当外电R=0时，电源处于短路状态，电源输出功率等于零.2. 当外电R=∝时，电源处于断路状态，电源输出功率等于零.所以当外电路的电阻R 发生变化时，电源的输出功率发生变化.中间出现及值. 三、定量推导设电源的电动势和内电阻为ε、r ，外电路的电阻为R ，则：P=I 2R=•)+(22Rr R ε=r Rr R 4+)(22—ε，作出相应的P —R 图线，如图2所示. 四、推论1．电源最大输出功率（外电路获得的最大功率）：由P=r Rr R 4+)(22—ε得：当R=r 时，P 最大，P m =r42ε2．如图3，可变电阻R 上获得最大功率的条件：R= R 0+r 即可以将R 0看成是电源内电阻的一部分.3．由图4可以看到，在ε、r 一定的条件下，对于某一输出功率P ，可以对应两个外电阻R 1、R 2.由P=r Rr R 4+)(22—ε推得：R 1·R 2=r 24．由图4还可以看到若R<r ，则当R 增大时，P 增大；若R>r ，则R 减小时P 增大. 五、应用例1如图5，电源电动势ε=9V ，内电阻r=2.5Ω，电路中的四盏灯相同,规格为“6V6W ”，电阻R=0.5Ω.则（1）欲使电源输出功率最大，灯应开几盏？（2）欲使点亮的灯上消耗的功率最大，灯应开几盏？ 解：电灯的电阻R 0=U 2/P=62/6=6Ω （1）由电源输出功率最大的条件应有：r=R+ R 0/n,即2.5=0.5+6/n ，解的：n=3， 即开三盏灯时电 源输出功率最大.（2）欲使点亮的灯上消耗的功率最大，只要r+R= R 0/n ，2.5+0.5=6/n n=2. 即应点两盏.例2电源内阻忽略不计，电动势为ε，电阻R 1、R 2阻值相等，现保持R 1不变，改变R 2的阻值，则关于R 2消耗的功率P 下述正确的是： A ．R 2增大P 增大，R 2减小P 减小 B. R 2增大P 增大，R 2 减小P 增大C ．无论R 2增大还是R 2减小，P 均减小D ．无论R 2增大还是R 2减小，P 均增大解答：可将R 1看成是电源的内阻，则原来R 2=R 1，R 2获得功率最大，所以当R 2发生变化时，由电源输出功率的知识知无论R 2是增大还是减小，其上获得的功率均减小，所以正确答案为C.例3．把一个“10V2.0W ”的小灯泡A 接到电源电动势和内电阻均不变的电源上，小灯泡消耗的实际功率为2.0W ，去掉A ，电源上接上一个“10V5.0W ”的小灯泡B ，则小灯泡B 消耗的实际功率A ．一定大于2.0W B.一定小于2.0W C ．可能大于2.0W D.可能小于2.0W解答：因为电源的内电阻不知，所以就可能出现R A =r 或R B =r 或R A R B =r 2等其他情况.若R A =r 则A 灯获得最大功率，则B 灯获得功率一定小于2.0W ；若R B =r 则B 将灯将获得最大功率，则B 灯获得功率一定大于2.0W ；R A R B =r 2则A 、B 两灯获得的功率相同，所以B 灯获得的功率就等于2.0W ，所以该题的正确的答案应是C 、D. 例4某电池，第一次用它与4欧姆的电阻连接，第二次把它与9欧姆的电阻连接，在这两种情况下，测出外电阻在相等的时间内产生的焦耳热相同，求电源的内电阻.解答：外电阻在相等的时间内产生的焦耳热相同，即两种情况下，两个电阻的电功率相同，根据R 1R 2=r 2得，4×9= r 2，所以r=6欧姆.巧用电源输出功率图象解题电源的输出功率也称为外电路的电功率。

求解电源的最大输出功率的几种方法及其规律【题目1】如图1所示的电路，若电源的电动势为E ，内电阻为r ，外部电路有滑动变阻器R ，问在什么条件下电源的输出功率最大？设电源的输出功率为P ，端压为U ，流过电源的电流为I 。

方法一：运用P~R 函数关系法：因为UI P =、IR U =和Rr EI +=， 所以22)(R r RE P +=，得R r Rr E P ++=222。

可见，当R Rr =2，即r R =时P 有最大值， 且最大值rE P 42max=。

P~R 的函数图像如图2所示。

①当R=r 时，电源的输出功率最大，P m =rE 42。

②当R ＞r 时，随着R 的增大输出功率减小。

③当R ＜r 时，随着R 的减小输出功率减小。

方法二：运用P~I 函数关系法因为UI P =、Ir E U -=，所以r I EI P 2-=， 推得rE r E I r P 4)2(22+--=。

可见，当rEI 2=时P 有最大值， 且最大值rE P 42max=。

P~I 的函数图像如图3所示。

方法三：运用P~U 函数关系因为UI P =、rUE I -=，所以r U U r E P 2-=，推得rE E U r P 4)2(122+--=。

可见，当2EU =时P 有最大值，图1图4图3图2且最大值rE P 42max=。

P~U 的函数图像如图4所示。

【规律总结】当R=r 时电源的输出功率最大，且电源的最大输出功率为r E 42，此时2E U =，rE I 2=。

此时 U ~I 图像如图5所示，图5中斜线部分的“面积”表示了电源的最大输出功率。

“等效电源”解决功率问题【题目2】如图所示，电源的电动势E=2V ，内阻r=1Ω，定值电阻R 0=2Ω，变阻器R 的阻值变化范围为0~10Ω，求：（1）变阻器R 的阻值为多大时，R 0消耗的功率最大？（2）变阻器R 的阻值为多大时，R 上消耗的功率最大？是多少？ （3）变阻器R 的阻值为多大时，电源的输出功率最大？是多少？方法：（1）对定值电阻，直接运用公式。

【最新整理，下载后即可编辑】求解电源的最大输出功率的几种方法及其规律太原市第十二中学 姚维明【题目1】如图1所示的电路，若电源的电动势为E ，内电阻为r ，外部电路有滑动变阻器R ，问在什么条件下电源的输出功率最大？设电源的输出功率为P ，端压为U ，流过电源的电流为I 。

方法一：运用P~R 函数关系法：因为UI P =、IR U =和R r EI +=， 所以22)(R r RE P +=，得R r RrE P ++=222。

可见，当R Rr =2，即r R =时P 有最大值，且最大值rE P 42max =。

P~R 的函数图像如图2所示。

①当R=r时，电源的输出功率最大，P m =rE 42。

②当R ＞r 时，随着R 的增大输出功率减小。

③当R ＜r 时，随着R 的减小输出功率减小。

方法二：运用P~I 函数关系法因为UI P =、Ir E U -=，所以r I EI P 2-=，推得r E r E I r P 4)2(22+--=。

可见，当r EI 2=时P 有最大值，且最大值rE P 42max =。

P~I 的函数图像如图3所示。

方法三：运用P~U 函数关系因为UI P =、rUE I -=，所以rU U r E P 2-=，图1图4图3图2推得rE E U r P 4)2(122+--=。

可见，当2EU =时P 有最大值，且最大值rE P 42max =。

P~U 的函数图像如图4所示。

【规律总结】当R=r 时电源的输出功率最大，且电源的最大输出功率为rE 42，此时2EU=，rE I 2=。

此时 U ~I 图像如图5所示，图5中斜线部分的“面积”表示了电源的最大输出功率。

“等效电源”解决功率问题【题目2】如图所示，电源的电动势E=2V ，内阻r=1Ω，定值电阻R 0=2Ω，变阻器R 的阻值变化范围为0~10Ω，求：（1）变阻器R 的阻值为多大时，R 0消耗的功率最大？（2）变阻器R 的阻值为多大时，R 上消耗的功率最大？是多少？（3）变阻器R 的阻值为多大时，电源的输出功率最大？是多少？方法：（1）对定值电阻，直接运用公式。

电源的输出功率和电路的最大功率有关求“电源的最大输出功率”、“电路中某部分消耗的最大功率” 或“电源的效率”等问题，在解题中容易出现一些错误，本文着重阐述电源的输出功率及其变化规律。

并举例说明如何求电路的最大功率。

电源输出功率指的是电源提供给外电路用电器的功率。

在数值上等于UI。

电源发出的功率，实质就是电源释放的功率(又称为电源的总功率)，它是电源通过非静电力将其他形式的能转化为电能的功率。

在数值上等于£I o电源的效率指的是电源的输出功率与电源总功率的比值,即号如果电源的电动势为£，内电阻为r，外电路的电阻为R,通过电路的电流強度为I，根据全电路欧姆定律I = 亠和U =凤R + r则P. = = *R = ■- R出[R+iJ (R + r)2对于给定的电源，一般它的电动势和内电阻是不变的，所以从上述表达式中不难看出：电源的输出功率P出是随着外电路的电阻R而变化的。

若用图象表示P出与R关系，从图象1P出梍R图像可进一步看出电源输出功率随外电阻变化的规律：(1) 当外电路电阻R小于电源内电阻r时，电源输出功率随着外电路电阻的增大而增大。

UI(2) 当外电路电阻R大于电源内电阻r时，电源输出功率随着外电路电阻的增大而减小。

(3) 当外电路电阻R等于电源内电阻r时，电源输出功率最大。

其最大输岀功率由％(R +町电源输出功率最大时，电源的效率并不高，此时电源的效率UI K［例一］电源的电动势c =10伏特，内电阻r=1欧姆，外电路由定值电阻R1可变电阻R2并联组成(如图2)R1=6欧姆。

求：(I)当R2调到何值时，电源输出功率最大？最大输出功率是多少？(2)要使电源输出功率为16瓦特，R2应调到何值？这时电源的效率是多少？——2——解：(1)电源输出最大功率的条件是R外=尺故有R 十％= r将r=l欧姆，R1=6欧姆代人上式.解得Ra=1.2 欧姆。

电源的最大输出功率为：/ 10a“F厂石’我厂强瓦特)⑵电源的输岀功率I' = —代入数据:岀(R +r)16 = ^X(R<l)a解得：R=4欧姆或R抇=0. 25欧姆。

电源最大功率问题的几种解法关于学习的“三部曲”，西方有的学者总结为”3W”，就是“1.是什么(What)2.为什么(Why)3.怎么样(How)”。

中国学者总结为“知其然知其所以然和举一反三”。

把它用到物理学习上，就是说，首先要知道某个知识，还要知道这个知识为什么是这样的，最后，还有应用这个知识解决问题。

但是，有的人知其然不知其所以然，照本宣科，死记硬背，套用公式，就会造成错误。

本文以电源最大输出功率问题为例加以说明。

关于电源最大输出功率问题，1980年代的教科书上有这个实验，以后没有了。

高考也以计算题考过，全国卷考过，江苏卷考过，上海卷考过，每题都不同。

可见此问题的重要。

本文从基本问题谈起。

一、电源最大输出功率问题的基本问题如下图所示，电源电动势为E=6V,内阻为r=2Q,外电路接一滑动变阻器_9R,求电源输出功率最大的条件及其值。

rz_"RE,r【解法1】公式法E-R厂八仟2电源输出功率为P=I2R=------=------2----(R+')2(R t)23R£2当R=r=2Q时，电源输出功率最大值为7^=——=4.5W.4r【解法2】图象法根据p=〃R=E R,=36^2作出p~R图象如下：(R+尸)(R+2)2PR—-PR从图象可以看出，当R=2Q时，电源输出功率最大值为p m=4.5W.【解法3】求导数法电功率表达式：P=-^R,根据求导公式(凹)，=凹胃史，得导数：(R+r)2v v2P，(R)=E"(R+r)2_E2R.2(R+r)=E2.(R+r).(r_R),当R=r时，导数的分(R+r)4(R+r)4''A2x9子为零，即此时有极大值，将R=r=2Q代入P式得最大值pg=(二2)2=4.5W.二、变式如下图所示，电源电动势为E=6V,内阻为r=2Q,外电路接一滑动变阻器R和一定值电阻氏=0.50,求：(1)滑动变阻器的功率最大的条件及其最大值。

功率及应用论文：纯电阻电路中电源的最大输出功率及应用纯电阻电路中电源的最大输出功率问题，学生解答起来容易出错，本文结合例题，作些分析说明。

【例1】如图1所示的电路，设电源的电动势为e，内阻为r。

问：外电路电阻r为何值时，电源的输出功率最大。

图1 图2析与解：滑动变阻器阻值为r时,电流i=er+r，路端电压u=rr+re，外电路的功率，即输出功率为：p出＝ui=re2(r+r)2=re2(r-r)2+4rr，分子、分母都除以r得：p出=e2(r-r)2r+4r由数学知识可知，当r=r时，输出功率最大。

p出m=e24r。

上述结论可以用图2所示的图像表示。

当r=r时，电源的输出功率最大。

由图2可知，如果电源的输出功率不是最大，则对应两个可能的外电阻值。

【例2】蓄电池的电动势e=10v，内阻r=1ω，与外电路连接时，在外电路上消耗的功率p外＝9w。

求外电路的电阻。

析与解：设外电路的电阻为r，电路中的电流i=er+r，输出功率p外=(er+r)2r，代入数据得：(10r+1)2r=9。

解出：r1=19ω，r2=9ω。

用等效电源法求滑动变阻器的最大功率。

图3【例3】图3所示的电路中，电源的电动势e=6 v，内阻r=1ω，定值电阻r0=5ω。

求滑动变阻器r的阻值为何值时其功率最大，最大功率是多少。

析与解：将e和r0看作等效电源，等效内阻r′=r+r 0。

根据前面的结论，当滑动变阻器的阻值r=r′=r+r0时功率最大。

p m=e24r′=e24(r+r0)=1.5w。

图4【例4】图4所示的电路中，电源的电动势e=20 v，内阻r=2 ω。

定值电阻r0=18 ω。

求滑动变阻器阻值多大时它消耗的功率最大。

析与解：将变阻器以外部分的电路看作等效电源，如图4所示。

等效电源的电动势，即ab两点的电压，e′=1818+2 20=18v，等效电源的内阻为（除去变阻器r时）ab间的电阻（如图4所示），r′=rr0r+r0=2×182+18=1.8ω。

电源的输出功率及有关的几个重要推论摘要：通过对电源输出功率问题的分析研究，总结出比较实用的电源的输出功率及有关的几个重要推论，以便快速准确解题。

关键词：电源输出功率；等效电源；等效内阻；重要推论电源的输出功率问题是高频出现于各类试卷中的典型题目.现就电源的输出功率及有关的几个重要推论简要探讨其后，以便进一步理解和快速解答此类问题.一、电源输出功率的变化规律探讨 1.对于如图1所示的纯电阻电路，电源电动势E ，内阻为r ，当滑动变阻器R 的滑片移动时，试分析电源的输出功率P 出如何变化？因P 出＝I 2R ＝E 2R (R ＋r )2＝E 2(R －r )2R ＋4r .则电源的输出功率P 出随R 的变化规律大致如图2曲线所示，即：①当R ＝r 时，电源的输出功率最大为P m ＝E 24r ．②当R >r 时，随着R 的增大输出功率越来越小．③当R <r 时，随着R 的增大输出功率越来越大． 针对电源的最大输出功率，由R ＝r 和欧姆定律知：④当端电压2E U =时，电源的输出功率最大为P m ＝E 24r ，⑤当总电流rE I 2=时，电源的输出功率最大为P m ＝E 24r .2.对于图3所示的电路等，可结合等效电源法用上述推论快速解答问题.即当R 2= r ′（r ′为等效内阻，即r ′＝R 1+r ）时，滑动变阻器R 2消耗的功率最大，且P 2m =rE '42…特别说明：上述推论成立有条件的，即电路为纯电阻电路，且内阻及等效内阻必须为定值电阻.典例1. 如图3所示的电路，已知电源电动势E ＝5 V ，内阻＝2 Ω，定值电阻R 1＝0.5 Ω，滑动变阻器R 2的阻值范围为0～10 Ω.求：(1)当滑动变阻器R 2的阻值为多大时，电阻R 1消耗的功率最大？最大功率是多少？ (2)当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大？最大功率是多少？ (3)当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？最大功率是多少？ 解析：(1)定值电阻R 1消耗的电功率为P 1＝I 2R 1＝E 2R 1(R 1＋R 2＋r )2，可见当滑动变阻器的阻值R 2＝0时，R 1消耗的功率最大，最大功率为P 1m ＝E 2R 1(R 1＋r )2＝2 W.· E r SR P 图1 图2图3(2)将定值电阻R 1看做电源内阻的一部分，则等效电源的等效内阻r ′＝R 1＋r ＝2.5 Ω，等效电动势仍为E ，故当滑动变阻器的阻值R 2＝r′＝2.5 Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，最大功率为P 2m ＝E 24r ′＝)(412r R E +=2.5 W.(3)由电源的输出功率与外电阻的关系可知，当R 1＋R 2＝r ，即R 2＝r －R 1＝(2－0.5) Ω＝1.5 Ω时，电源有最大输出功率，最大功率为P m ＝E 24r ＝3.125 W.二、电源输出功率非最大时的电阻、电流和电压的变化规律探讨当P 出<P m 时，每个输出功率P 对应两个外电阻R 1和R 2，两个电流I 1和I 2，两个外电压U 1和U 2，它们的关系如下：①由Ｐ＝I 2R =R rR E 2)(+，即222Pr Pr)2(+--R E PR ＝０ ，分别设两个根为R 1、R 2，整理得：r PE R R 2221-=+ 和221r R R =. ②由I Ir E UI P )(-==整理得，02=+-P EI rI ，由韦达定理等得：rEI I =+21和r P I I =21．③ 由UI P ==rU E U)(- 整理得，0Pr 2=+-EU U ，由韦达定理等得：E U U =+21和Pr 21=U U典例２.如图４甲所示电路中，R 为电阻箱，电源的电动势为E ，内阻为r ．图乙为电源的输出功率P 与电流表示数I 的关系图象，其中功率P 0分别对应电流I 1、I 2，外电阻R 1、R 2．下列说法中正确的是（ ）A ．I 1+I 2＞rE B.r EI I =+21 BC ．rR 1＞2R r D ．r R 1=2R r解析：由闭合电路欧姆定律得：U =E ﹣Ir ，则输出功率为：P =UI =EI ﹣I 2r ，故有，整理得：rEI I =+21，故A 错误，B 正确； 图４根据电功率表达式，P 0==，且rR EI +=，则有：；整理得：221r R R =，则C 错误、D 正确,；故答案为BD ．巩固练习：1.在纯电阻电路中，当用一个固定的电源(E 、r 是定值)向变化的外电阻供电时，关于电源的输出功率P 随外电阻R 变化的规律如图5所示，则( )A ．当R ＝r 时，电源有最大的输出功率B ．电源有最大的输出功率时电源的效率η＝100%C ．电源的总功率P ′随外电阻R 的增大而增大D ．电源的输出功率P 随外电阻R 的增大而增大2．某同学将一直流电源的总功率P E 、输出功率P R 和电源内部的发热功率P r 随电流I 变化的图线画在同一坐标系内，如图6所示，根据图线可知( )A ．反映P r 变化的图线是bB ．电源电动势为8 VC ．电源内阻为2 ΩD ．电源的最大输出功率为2W3. 将阻值相等的R 1和R 2串联后接在一个稳压电源上，两个电阻均是用金属丝绕制而成的，设R 1温度不变，对R 2加热或冷却，则关于R 2的电功率变化情况，下列说法正确的是( )A. 加热变大，冷却变小B. 加热变小，冷却变大C. 加热、冷却都变小D. 加热、冷却都变大4. 在一些电路中，我们常可以将一部分含电源的未知电路等效成一个不知内阻和电动势的电源.如图7所示，电路虚线框内的各元件参数未知但均为定值，当它的输出端a 、b 间分别接入不同阻值的电阻R x 时，电流表有不同读数I ，则（1）表格中①、②的数值应为（ ） A ．①＝28Ω②＝0.1A B ．①＝38Ω②＝0.2A C ．①＝48Ω②＝0.3A D ．①＝58Ω②＝0.4A（2）R x 为多大时其消耗的功率最大？最大功率为多少？ （3）与10Ω电阻消耗功率相等的另一电阻阻值是多大？5. 如图8所示电路中，R 为电阻箱，电源的电动势为E ，内阻为r 。

电源最大输出功率及其应用一．电源最大输出功率的推导1.第一种情况：外电路为纯电阻电路时，在电源电动势E 和内阻r 一定的前提下，当外电阻R=r 时，电源的输出功率最大，其最大值为P max =E 24r ，其推导过程如下：P =I 2R =(E R +r )2 R =E 2(R +r )2R =E 2(R -r )2+4Rr R =E 2(R -r )2R +4r当R =r 时，P 最大。

此时的电流为I =E 2r P max =E 24r电源的输出功率P 出与外电阻R 的关系可以用P 出—R 图象表示，如图1所示. 由图象可知，对应于电源的非最大输出功率P 可以有不同的外电阻R 1和R 2，且R 1R 2=r 2. 由图象还可以看出，无论R 比r 大还是小，|R-r|值越小，P 越大，反之越小。

2.第二种情况：外电路为非纯电阻电路时，电源的最大输出功率推导过程如下：P =UI =(E －Ir )I =－rI 2+EI ，这是一个二次函数，有极值，根据数学知识可求得P max =E 24r ，此时电流I =E 2r ，这一结论比第一种情况更具有普遍性，第一种情况是第二种情况的特例。

结论：无论纯电阻还是非纯电阻电路，当I =E 2r ，电源的输出功率最大，最大值为P max =E 24r 。

二．纯电阻电路中最大功率的应用1.定值电阻与滑动变阻器串联例题1：如图所示,电源电动势E =3V ,内阻r =3Ω,定值电阻R 1=1Ω,滑动变阻器R 2的最大阻值为10Ω，求：(1) 当变阻器的阻值为多大时，电源输出功率最大?电源输出的最大功率是多少?电源的效率为多大?(2) 当变阻器的阻值R 2为多大时变阻器消耗功率的最大?变阻器消耗的最大功率是多少?(3) 当滑动变阻器的阻值R 2为多大时,电阻R 1消耗的功率最大?电阻R 1消耗的最大功率是多少?【解析】（1）根据结论可知，当电路内外电阻相等时输出功率最大，即当变阻器的阻值为2Ω时输出功率最大，P max =E 24r =0.75W ，效率为50%（2）在变阻器变化过程中若R 减小时，电路中的电流I 增大，根据P =I 2R 无法直接判断最大功率，我们可以借用以上结论，当我们把R 1看作电源内阻时，R 2就作为外电路了，当内外电路电阻相等时，输出功率最大，所以当R 2与等效内阻（R 1+r ）相等时，功率最大，此时R 2应等于4Ω，=916 W（3非常麻烦，也没有必要，大家想一下，当通过R 1的电流最大时，它的功率不就是最大吗？即当R 2=0时，电流最大，R 1的功率也最大，I =E R 1+r =34 A P =I 2R =916 W 2. 定值电阻与滑动变阻器并联例题2 如图所示，电源电动势E =2V ，内阻r =1Ω，电阻R 0=2Ω，滑动变阻器的阻值范围为0～10Ω．求：（1）变阻器R 的阻值为多大时，R 0消耗的功率最大？（2）变阻器R 的阻值为多大时，R 上消耗的功率最大？是多少？（3）变阻器R 的阻值为多大时，电源的输出功率最大？是多少？【解析】（1）当R 0两端的电压最大时，R 0消耗的功率最大，当R 取最大值时，路端电压（即并联电路两端的电压）最大，Ω时R 上消耗的功率最大，最大输出功率为P max =(43)24×23 =23 W（3）当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，即R 并=r ，R =2Ω，P max =E 24r =1W 小结：当把定值电阻等效为电源内阻时，串联、并联的区别：电动机刚好正常工作(额定输出功率为P0=2W),甲图电流为I1,乙图电流为I2,则下列选项正确的是()A. I1=2A,I2=1AB. I1=2A,I2=2AC. R1=2Ω,R2=2ΩD. R1=2Ω,R2=1.5ΩD项，把R3看成电源的内阻，ab间为外电路，电压表的示数就可以看作路端电压，故ΔUΔI=r+R3=6Ω，两种情况下比值相等，故D错误。

纯电阻电路电源最大输出功率的多种解法
纯电阻电路是研究电学理论和实验技术的基础，在电子设备设计以及设备的检测和维修中显得尤为重要。

输出功率是构成一个电路的重要且基本的参数。

因此，如何确定纯电阻电路电源的最大输出功率是极其重要的。

一般来说，纯电阻电路电源最大输出功率的确定方法有两种：一种是使用
Ohm 定律，即国际标准单位系统回路电阻、电压、电流之间的关系式；另一种是
使用有限标准电阻的性能特性。

首先，使用 Ohm 定律可以确定纯电阻电路电源的最大输出功率：通过定义电
阻的有效值，计算电流的大小，根据 Ohm 定律，可以求出回路的总阻值。

通过电
压及其大小，就可以确定电源的最大输出功率。

其次，使用有限标准电阻的性能特性，可以更准确地确定纯电阻电路电源的最大输出功率。

有限标准电阻具有可靠性和稳定性，可以通过某一种特定材料对特定温度下特定电流的测量结果，来推算出有效电流大小，从而推算出最终的最大输出功率。

最后，纯电阻电路电源最大输出功率的计算可以通过数学公式的推导实现，采用这种方法，可以较为精确地揭示出电路上电阻、电压、电流的相互关系，可以更准确地确定纯电阻电路电源的最大输出功率。

因此，确定纯电阻电路电源的最大输出功率一般有三种方法：使用Ohm 定律、采用有限标准电阻的性能特性以及通过数学公式的推导。

这三种方法都针对不同的电路结构及特定电性参数，为确定纯电阻电路电源的最大输出功率提供了可行的方案。

高考物理-电源的输出功率和电路的最大功率有关求“电源的最大输出功率”、“电路中某部分消耗的最大功率”或“电源的效率”等问题，在解题中容易出现一些错误，本文着重阐述电源的输出功率及其变化规律。

并举例说明如何求电路的最大功率。

电源输出功率指的是电源提供给外电路用电器的功率。

在数值上等于UI。

电源发出的功率，实质就是电源释放的功率(又称为电源的总功率)，它是电源通过非静电力将其他形式的能转化为电能的功率。

在数值上等于εI。

如果电源的电动势为ε，内电阻为r，外电路的电阻为R，通过电对于给定的电源，一般它的电动势和内电阻是不变的，所以从上述表达式中不难看出：电源的输出功率P出是随着外电路的电阻R而变化的。

若用图象表示P出与R关系，从图象1P出梍R图像可进一步看出电源输出功率随外电阻变化的规律：(1)当外电路电阻R小于电源内电阻r时，电源输出功率随着外电路电阻的增大而增大。

(2)当外电路电阻R大于电源内电阻r时，电源输出功率随着外电路电阻的增大而减小。

(3)当外电路电阻R等于电源内电阻r时，电源输出功率最大。

其最电源输出功率最大时，电源的效率并不高，此时电源的效率[例一]电源的电动势ε=10伏特，内电阻r=1欧姆，外电路由定值电阻R1可变电阻R2并联组成(如图2)R1=6欧姆。

求：(l)当 R2调到何值时，电源输出功率最大？最大输出功率是多少？(2)要使电源输出功率为16瓦特，R2应调到何值？这时电源的效率是多少？解：(1)电源输出最大功率的条件是R外=R，故有将r=l欧姆，R1=6欧姆代人上式.解得R2=1.2欧姆。

电源的最大输出功率为：解得：R=4欧姆或R抇=0. 25欧姆。

解得：R2=12欧姆或 R2抇=0.26欧姆。

(由此可知，要使电源输出功率为16瓦特，R2应调到12欧姆，这时电源效率为80%；或者将R2调到0.26欧姆，这时电源效率为20%。

从图1还可知，当电源输出功率小于电源最大输出功率时，外电路的电阻将有两于阻值与同一个输出功率相对应，且阻值大的外电阻所组成的电路电源的效率较高.[例二]电源的电动势ε=60伏特.内电阻r=2欧姆，R1=4欧姆，R2为变阻器(如图3)，要使变阻器消耗的功率最大，R2应是多大？这时R2消耗的电功率是多少？解法一：根据闭合电路欧姆定津，I=ε/(R1+R2＋r)，且U2=ε-1(r+R1)。

最大功率传输原理最大功率传输原理是指在电路中，当发电机的内阻等于负载电阻时，电路能够实现最大功率的传输。

在实际应用中，了解和应用最大功率传输原理对电路设计和能量传输具有重要意义。

一、基本原理最大功率传输原理是基于最大功率定理而建立的。

最大功率定理指出，当负载电阻等于电源内阻时，电路中的功率传输将达到最大值。

这是由于在这种情况下，电路中的功率损耗最小，能够实现最大的功率传输效率。

二、最大功率传输的条件要实现最大功率传输，需要满足以下条件：1.负载电阻等于电源的内阻；2.负载电阻与任何其他电阻之间没有额外的电阻元件；3.电源的电压和能量传输介质的特性保持不变。

三、应用举例最大功率传输原理在实际中有广泛的应用。

以下是一些示例：1.太阳能电池板功率传输：太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置。

为了实现最大功率传输，太阳能电池板通常会通过最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）控制器来调整负载电阻，以匹配电池板的内阻。

2.音响功率传输：在音响系统中，放大器将电源能量转换为声音能量。

为了实现最大功率传输，放大器的输出电阻往往被设计为与扬声器的输入阻抗相匹配。

3.电动车电池充电：电动车的电池充电需要通过充电器来进行。

为了实现最大功率传输，充电器会根据电池的特性和充电状态自动调整输出电流和电压，以匹配电池的内阻。

四、最大功率传输的意义了解和应用最大功率传输原理对电路设计和能量传输具有重要意义。

1.节约能源：通过实现最大功率传输，能够最大限度地利用电源能量，减少能量损耗，从而节约能源。

2.提高效率：最大功率传输原理可以优化电路设计，提高能量传输的效率和质量，对于需要大功率传输的应用，尤为重要。

3.避免损坏：在某些应用中，如果电源功率过大，可能会对电路和设备造成损坏。

通过最大功率传输原理，可以确保功率传输在可控范围内，避免设备过载或过热。

五、总结最大功率传输原理是电路设计和能量传输中的重要原理。

电源最大输出功率及其应用一．电源最大输出功率的推导1.第一种情况：外电路为纯电阻电路时，在电源电动势E 和内阻r 一定的前提下，当外电阻R=r 时，电源的输出功率最大，其最大值为P max =E 24r ，其推导过程如下：P =I 2R =(E R +r )2 R =E 2(R +r )2R =E 2(R -r )2+4Rr R =E 2(R -r )2R +4r当R =r 时，P 最大。

此时的电流为I =E 2r P max =E 24r电源的输出功率P 出与外电阻R 的关系可以用P 出—R 图象表示，如图1所示. 由图象可知，对应于电源的非最大输出功率P 可以有不同的外电阻R 1和R 2，且R 1R 2=r 2. 由图象还可以看出，无论R 比r 大还是小，|R-r|值越小，P 越大，反之越小。

2.第二种情况：外电路为非纯电阻电路时，电源的最大输出功率推导过程如下：P =UI =(E －Ir )I =－rI 2+EI ，这是一个二次函数，有极值，根据数学知识可求得P max =E 24r ，此时电流I =E 2r ，这一结论比第一种情况更具有普遍性，第一种情况是第二种情况的特例。

结论：无论纯电阻还是非纯电阻电路，当I =E 2r ，电源的输出功率最大，最大值为P max =E 24r 。

二．纯电阻电路中最大功率的应用1.定值电阻与滑动变阻器串联例题1：如图所示,电源电动势E =3V ,内阻r =3Ω,定值电阻R 1=1Ω,滑动变阻器R 2的最大阻值为10Ω，求：(1) 当变阻器的阻值为多大时，电源输出功率最大?电源输出的最大功率是多少?电源的效率为多大?(2) 当变阻器的阻值R 2为多大时变阻器消耗功率的最大?变阻器消耗的最大功率是多少?(3) 当滑动变阻器的阻值R 2为多大时,电阻R 1消耗的功率最大?电阻R 1消耗的最大功率是多少?【解析】（1）根据结论可知，当电路内外电阻相等时输出功率最大，即当变阻器的阻值为2Ω时输出功率最大，P max =E 24r =0.75W ，效率为50%（2）在变阻器变化过程中若R 减小时，电路中的电流I 增大，根据P =I 2R 无法直接判断最大功率，我们可以借用以上结论，当我们把R 1看作电源内阻时，R 2就作为外电路了，当内外电路电阻相等时，输出功率最大，所以当R 2与等效内阻（R 1+r ）相等时，功率最大，此时R 2应等于4Ω，=916 W（3非常麻烦，也没有必要，大家想一下，当通过R 1的电流最大时，它的功率不就是最大吗？即当R 2=0时，电流最大，R 1的功率也最大，I =E R 1+r =34 A P =I 2R =916 W 2. 定值电阻与滑动变阻器并联例题2 如图所示，电源电动势E =2V ，内阻r =1Ω，电阻R 0=2Ω，滑动变阻器的阻值范围为0～10Ω．求：（1）变阻器R 的阻值为多大时，R 0消耗的功率最大？（2）变阻器R 的阻值为多大时，R 上消耗的功率最大？是多少？（3）变阻器R 的阻值为多大时，电源的输出功率最大？是多少？【解析】（1）当R 0两端的电压最大时，R 0消耗的功率最大，当R 取最大值时，路端电压（即并联电路两端的电压）最大，Ω时R 上消耗的功率最大，最大输出功率为P max =(43)24×23 =23 W（3）当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，即R 并=r ，R =2Ω，P max =E 24r =1W 小结：当把定值电阻等效为电源内阻时，串联、并联的区别：电动机刚好正常工作(额定输出功率为P0=2W),甲图电流为I1,乙图电流为I2,则下列选项正确的是()A. I1=2A,I2=1AB. I1=2A,I2=2AC. R1=2Ω,R2=2ΩD. R1=2Ω,R2=1.5ΩD项，把R3看成电源的内阻，ab间为外电路，电压表的示数就可以看作路端电压，故ΔUΔI=r+R3=6Ω，两种情况下比值相等，故D错误。

求解电源的最大输出功率的几种方法及其规律【题目1】如图1所示的电路，若电源的电动势为E ，内电阻为r ，外部电路有滑动变阻器R ，问在什么条件下电源的输出功率最大？设电源的输出功率为P ，端压为U ，流过电源的电流为I 。

方法一：运用P~R 函数关系法：因为UI P =、IR U =和Rr EI +=， 所以22)(R r RE P +=，得R r Rr E P ++=222。

可见，当R Rr =2，即r R =时P 有最大值， 且最大值rE P 42max=。

P~R 的函数图像如图2所示。

①当R=r 时，电源的输出功率最大，P m =rE 42。

②当R ＞r 时，随着R 的增大输出功率减小。

③当R ＜r 时，随着R 的减小输出功率减小。

方法二：运用P~I 函数关系法因为UI P =、Ir E U -=，所以r I EI P 2-=， 推得rE r E I r P 4)2(22+--=。

可见，当rEI 2=时P 有最大值， 且最大值rE P 42max=。

P~I 的函数图像如图3所示。

方法三：运用P~U 函数关系因为UI P =、rUE I -=，所以r U U r E P 2-=，推得rE E U r P 4)2(122+--=。

可见，当2EU =时P 有最大值，图1图4图3图2且最大值rE P 42max=。

P~U 的函数图像如图4所示。

【规律总结】当R=r 时电源的输出功率最大，且电源的最大输出功率为r E 42，此时2E U =，rE I 2=。

此时 U ~I 图像如图5所示，图5中斜线部分的“面积”表示了电源的最大输出功率。

“等效电源”解决功率问题【题目2】如图所示，电源的电动势E=2V ，内阻r=1Ω，定值电阻R 0=2Ω，变阻器R 的阻值变化范围为0~10Ω，求：（1）变阻器R 的阻值为多大时，R 0消耗的功率最大？（2）变阻器R 的阻值为多大时，R 上消耗的功率最大？是多少？ （3）变阻器R 的阻值为多大时，电源的输出功率最大？是多少？方法：（1）对定值电阻，直接运用公式。

电源最大输出功率的证明及分析
万保生
【期刊名称】《试题与研究(教学论坛)》
【年(卷),期】2011(000)011
【摘要】电源的最大输出功率和电路的动态分析问题,是一个难点也是一个重点,如果按常规分析对学生的能力要求很高,解题过程繁琐.但是这一问题有规律可循,善于总结和应用规律,则可起到事半功倍效果.
【总页数】1页(P61-61)
【作者】万保生
【作者单位】河南省鲁山县第二高级中学
【正文语种】中文
【相关文献】
1.电源最大输出功率的10种求法 [J], 陈基
2.浅析电源的最大输出功率 [J], 陈福强;
3.电源最大输出功率的巧解妙用 [J], 李建
4.浅谈研究电源最大输出功率的几种方法 [J], 邢占乐;谷树亚;张春梅
5.电源最大输出功率问题的两种典型分析方法及应用 [J], 赵洪新
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