研究电源的输出功率与电源效率实验原理
组员：钟凯然 吕涛 殷智华 许庆华 胡志烨 高2〈2〉班
指导老师：徐园
一 研究目的
研究电源的输出功率与电源效率和外电阻的关系，验证当外电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大，当电源的输出功率最大，电源效率为50%。
二 实验原理
当外电路的负载是纯电阻R时，电源的输出功率为
（1）
式中E、r分别为电源的电动势和内电阻。
当R＝r时，输出功率P取极大值 （2）
电源电动势E与电路中电流强度I的乘积为电源的功率
电源的效率
（3）
当R＝r时η＝0．5
三 实验目的和要求
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%。
四 实验器材
学生电源（J1202型或J1202－1型），电流传感器，，电压传感器型，简式电阻箱（J2362型或J2362－1型），电阻圈，单刀开关，导线若干。
五 实验步骤
1． 假设内阻确定。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，把电源的内阻r1和电阻r合起来看作是一个电源的总内阻，这时电源的总内阻就是r+r1。
2．按图1接好电路，R为电阻箱，E为学生电源，选择12伏输出，使用电压传感器，电流传感器，
r为外接内阻（15欧）。
3．将电阻箱的阻值从0欧起，逐次改变它的阻值，到约300欧为止，电脑自动记下相应的电流传感器和电压传感器的读数。总共取得三十组数据。
4．根据P外＝I1*U2、P总＝IE、η＝P外／P总计算出相应的值，填入下表中。
电源电动势E=12伏
|
计算表格
|
U
|
I
|
P外=U*I
|
E
|
R
|
P总=EI
|
η=P外/P总
|
|
1
|
0.18
|
0.76
|
0.1368
|
12
|
0
|
9.1200
|
0.0150
|
|
2
|
0.89
|
0.71
|
0.6319
|
12
|
1
|
8.5200
|
0.0742
|
|
3
|
1.53
|
0.67
|
1.0251
|
12
|
2
|
8.0400
|
0.1275
|
|
4
|
2.10
|
0.64
|
1.3440
|
12
|
3
|
7.6800
|
0.1750
|
|
5
|
2.62
|
0.60
|
1.5720
|
12
|
4
|
7.2000
|
0.2183
|
|
6
|
3.08
|
0.57
|
1.7556
|
12
|
5
|
6.8400
|
0.2567
|
|
7
|
3.50
|
0.55
|
1.9250
|
12
|
6
|
6.6000
|
0.2917
|
|
8
|
3.88
|
0.52
|
2.0176
|
12
|
7
|
6.2400
|
0.3233
|
|
9
|
4.23
|
0.50
|
2.1150
|
12
|
8
|
6.0000
|
0.3525
|
|
10
|
4.56
|
0.48
|
2.1888
|
12
|
9
|
5.7600
|
0.3800
|
|
11
|
4.85
|
0.46
|
2.2310
|
12
|
10
|
5.5200
|
0.4042
|
|
12
|
6.03
|
0.39
|
2.3517
|
12
|
15
|
4.6800
|
0.5025
|
|
13
|
6.89
|
0.33
|
2.2737
|
12
|
20
|
3.9600
|
0.5742
|
|
14
|
7.54
|
0.29
|
2.1866
|
12
|
25
|
3.4800
|
0.6283
|
|
15
|
8.04
|
0.26
|
2.0904
|
12
|
30
|
3.1200
|
0.6700
|
|
16
|
8.45
|
0.23
|
1.9435
|
12
|
35
|
2.7600
|
0.7042
|
|
17
|
8.77
|
0.21
|
1.8417
|
12
|
40
|
2.5200
|
0.7308
|
|
18
|
9.05
|
0.20
|
1.8100
|
12
|
45
|
2.4000
|
0.7542
|
|
19
|
9.28
|
0.18
|
1.6704
|
12
|
50
|
2.1600
|
0.7733
|
|
20
|
9.66
|
0.16
|
1.5456
|
12
|
60
|
1.9200
|
0.8050
|
|
21
|
9.94
|
0.14
|
1.3916
|
12
|
70
|
1.6800
|
0.8283
|
|
22
|
10.17
|
0.12
|
1.2204
|
12
|
80
|
1.4400
|
0.8475
|
|
23
|
10.36
|
0.11
|
1.1396
|
12
|
90
|
1.3200
|
0.8633
|
|
24
|
10.51
|
0.10
|
1.0510
|
12
|
100
|
1.2000
|
0.8758
|
|
25
|
10.64
|
0.09
|
0.9576
|
12
|
110
|
1.0800
|
0.8867
|
|
26
|
10.99
|
0.07
|
0.7693
|
12
|
150
|
0.8400
|
0.9158
|
|
27
|
11.16
|
0.06
|
0.6696
|
12
|
180
|
0.7200
|
0.9300
|
|
28
|
11.32
|
0.05
|
0.5660
|
12
|
220
|
0.6000
|
0.9433
|
|
29
|
11.43
|
0.04
|
0.4572
|
12
|
260
|
0.4800
|
0.9525
|
|
30
|
11.60
|
0.03
|
0.3480
|
12
|
300
|
0.3600
|
0.9667
|
5．根据上表的数据绘出P外－R曲线和η－R曲线。如图2、3所示。
图2电源输出功率与外电阻关系)
（图3电源的效率与外电阻关系）
六 实验结论
当外电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大，当电源的输出功率最大，电源效率为50%。
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