题目
某电源的电动势为E,内电阻为R0,有载时的电流为I,试问该电-|||-源有载和空载时的电压和输出的电功率是否相同,若不相同,各应等于多少?

题目解答
答案

解析
本题考查闭合电路欧姆定律以及电功率的计算,解题思路是分别根据有载和空载两种情况,结合闭合电路欧姆定律求出输出电压,再根据电功率公式求出输出功率,最后比较两者是否相同。
1. 有载时的情况
- 求输出电压:
当电源有载时,电路中有电流 $I$ 流过,根据闭合电路欧姆定律,电源的电动势 $E$ 等于外电路电压 $U$ 与内电路电压 $U_{内}$ 之和,即 $E = U + U_{内}$。
内电路电压 $U_{内}$ 可由欧姆定律 $U_{内}=I{R}_{0}$ 计算得出(其中 $R_{0}$ 为电源内电阻)。
将 $U_{内}=I{R}_{0}$ 代入 $E = U + U_{内}$ 中,可得 $E = U + I{R}_{0}$,移项后得到输出电压 $U = E - I{R}_{0}$。 - 求输出功率:
根据电功率公式 $P = UI$,将 $U = E - I{R}_{0}$ 代入可得输出功率 $P=(E - I{R}_{0})I=EI - I^{2}R_{0}$。
2. 空载时的情况
- 求输出电压:
当电源空载时,外电路电阻无穷大,此时电路中电流 $I = 0$。
再根据闭合电路欧姆定律 $E = U + U_{内}$,由于 $I = 0$,所以内电路电压 $U_{内}=I{R}_{0}=0$。
将 $U_{内}=0$ 代入 $E = U + U_{内}$ 中,可得 $E = U + 0$,即输出电压 $U = E$。 - 求输出功率:
根据电功率公式 $P = UI$,因为 $I = 0$,所以输出功率 $P = U\times0 = 0$。
3. 比较有载和空载时的电压和输出功率
由上述计算可知,有载时输出电压 $U = E - I{R}_{0}$,输出功率 $P=(E - I{R}_{0})I$;空载时输出电压 $U = E$,输出功率 $P = 0$。
显然,电源有载和空载时的电压和输出的电功率不相同。