实验四 直流电路的电功率一、实验目的1研究功率、电压和电流之间的关系。2根据电流和电压计算灯泡的损耗功率。3根据灯泡的损耗功率和电流计算灯泡的电阻。4根据电压和电阻计算灯泡的损耗功率。5根据负载输出功率和电源输入功率计算功率传输效率。6研究具有内阻的电源的输出功率与负载电阻之间的关系7研究负载电阻的大小与获得最大输出功率的关系。8研究负载电阻的大小与得到最高效率之间的关系。二、实验器材直流电压源 1个功率表 2个电压表 1个电流表 1个灯泡12V-25W 1个电阻 数个三、实验原理及实验电路 电功率指的是一秒钟消耗或产生了多少焦耳的电能。如果在1s内消耗或产生了1J的电能，则电功率P就是1W。所以 P =W/t使1C电荷(Q)通过1V电位差(U)所需要的电能(W)为1J，因此 W =UQ由此可得 P =W/t=UQ/t由于电流 I=Q/t当流过电阻R的电流为I时，电阻消耗的电功率为 P=UI=RII=I2R 当电阻R两端的电压为U时，其消耗的电功率为 P=UI=U（U/R）=U2/R功率传输效率是输出功率Po与电源输入总功率PI之比，所以 =( Po/PI)100若电源内阻为RS，负载电阻为RL，当RS=RL时，负载RL可获得最大输出功率。值得注意的是，当负载获得最大输出功率时，效率并不是最高的，因为这时负载电阻与电源内阻相等，电源内阻消耗的功率与负载得到的功率是相同的。因此，如果高效率和最大输出电压相比最大输出功率更加重要，则应该选择RLRS。图7电路用来测量灯泡的损耗功率。图8电路用来验证负载电阻获得最大传输功率的条件。 图7 测量灯泡的损耗功率 图8 负载电阻获得最大传输功率的条件四、实验步骤 1建立如图7所示的测量灯泡的损耗功率实验电路。2以鼠标左键单击仿真电源开关，激活实验电路，测量并记录灯泡两端的电压U和流过的电流I。3. 将光标移动到功率表图标上双击鼠标左键，读取并记录功率表的读数。RL/PI/WPO/W/10040080010001500300050004. 根据步骤2测量的电压U和电流I，计算灯泡的损耗功率P0，并与步骤3读取的功率表读数进行比较。 表2 不同负载实验记录 5根据12V、25W灯泡的损耗功率PO和电流I，计算灯泡的电阻R。 5根据灯泡两端的电压U和电阻计算灯泡的损耗功率PO。 6根据电源的电压和电流计算电源产生的功率PI。 7根据灯泡的损耗功率PO和电源产生的功率PI计算从电源到灯泡的功率传输效率。 8建立如图8所示的最大传输功率实验电路。 9以鼠标左键单击仿真电源开关，激活该实验电路，在表2中记录不同负载电阻RL对应的功率PI和PO，计算效率。 10.以负载电阻RL为横坐标、负载功率PO为纵坐标画出负载功率曲线图，并在曲线上标出最大功率点和相应的RL值。 11以负载电阻RL为横坐标、效率为纵坐标画出效率变化曲线图，并在曲线上标出最高效率点和相应的RL值。五、思考题1灯泡损耗功率的计算值等于灯泡功率的额定值吗?2将步骤4计算的灯泡损耗功率与步骤3测量的功率表读数进行比较情况如何?3根据从电源到灯泡的功率传输效率，说明所产生的功率能全部传送给灯泡吗?如果不能原因何在?其余的功率跑到哪里去了?4当负载电阻RL增大时，负载电压U和负载电流I发生什么变化? 5如果负载电阻RL增大，负载功率将会发生什么变化? 6为了获得从电源到负载的最大传输功率，需要多大的负载电阻RL?负载电阻RL与电源内阻RS之间有什么关系? 7需要多大的负载电阻RL才能得到最高功率传输效率?与获得最大输出功率的电阻值相同吗?