实验六十八 研究电源的输出功率与电源效率实验目的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阻时，电源的输出功率最大；当电源的输出功率最大时，电源的效率为 50%。实验原理实验电原理见图 68-1。因学生电源内阻很小（约 1Ω），当外电路负载很小时，电路中的电流太大，会损坏电源，所以在实验时给电源串联一个电阻圈 r，把电源和电阻圈 r 合起来看作是一个电源，选择电压输出 12V，r＝10Ω，R 为电阻箱作为电源的负载。当电源的负载是纯电阻时，电源的输出功率为：P＝I2R＝＝，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：Pmax＝，电源电动势 E 与电路中电流强度 I 的乘积为电源的功率：P0＝EI＝I2（R＋r），电源的效率：η＝＝＝＝，当 R＝r 时，η＝0.5。实验器材朗威®DISLab、计算机、直流稳压电源、电阻箱、电阻圈、单刀开关、电线等。实验过程与数据分析1．按电原理图连接好电路，将电压传感器和电流传感器接入数据采集器。2．打开“计算表格”，增加变量“R”代表电阻箱的值，增加变量“E”为常量，代表电源的电动势，“I2”代表通过电源的电流；3．将电阻箱的阻值从 1Ω 起，逐渐增大它的阻值，增大的幅度逐渐变大，到电流很小为止，图 68-1 实验电原理图1在 R＝r 附近多取几组值。每改变一次变阻箱的值，“点击记录”此时的电压、电流值，手动输入电阻箱的阻值；4．点击“公式”，分别输入自定义公式“P ＝ U 1*I2”、“P0＝ E*I 2”、“n ＝ P/P 0”，计算出电源的功率、电源的输出功率和电源的效率（图 68-2）；5．由计算结果可看出，当外电阻与电源内阻相等时（约 11Ω），电源的输出功率最大（2.974），而此时电源的效率为 50.5%；6．打开“计算表格”，点击“绘图”，选取 X 轴为“R”，Y 轴为“P”，得到电源的输出功率与外电阻的关系图线（图 68-3）；7．再次打开“计算表格”，点击“绘图”，选取 X 轴为“R”，Y 轴为“n”，得到电源的效率与外电阻的关系图线（图 68-4）；图 68-2 实验数据图 68-3 电源输出功率与外电阻关系图线28．比较理论值与实验结果。图 68-4 电源的效率与外电阻关系图线3
