【题目编号】MC1-0972
【题目】电源的内阻对电路的影响是:
【答案】A
[A]使电源的实际输出电压降低
[B]使电源的电动势降低
[C]使电源的输出功率增加
[D]使电源的自身的能耗降低
考点速览
题目问电源内阻对电路的影响,四个选项分别说它使实际输出电压降低、使电动势降低、使输出功率增加、使自身能耗降低。这是电路基础里最容易被一句话带过、又最容易考的知识点。破题的关键是把电源拆成理想电压源串一只电阻这个模型,再套上全电路欧姆定律。
把电源拆成电动势串联内阻
任何实际电源都可以等效成一个理想电压源串联一只电阻,这只电阻就是内阻(internal resistance)。它来自电源内部的真实物理过程:化学电池里是电解液电阻、电极极化和隔膜阻力;发电机里是绕组铜阻和电刷接触电阻。内阻是电源自身的属性,与外面接什么负载无关。
理想电压源的电压叫电动势(electromotive force),由电源内部的非电能量转换过程决定。对电池来说是电极材料和电解液的性质,对发电机来说是磁场和转速。内阻串在它后面,一起封在电源壳里,外面看不到。
端电压为什么随负载下降
接上负载之后,回路电流由全电路欧姆定律给出:电流等于电动势除以总电阻,总电阻是内阻加负载电阻。电流流过内阻时,在内阻上产生一个压降,大小等于电流乘以内阻。电源两端的电压也就是端电压,等于电动势减去这个内部压降。
空载时电流为零,内阻上没有压降,端电压在数值上等于电动势。这就是为什么量电池的开路电压能近似判断它的电动势。带上负载,端电压就掉下来,负载越重、电流越大,掉得越多。电池老化后内阻变大,同一个负载下压降更大,表现出来就是发射时电压明显跌落、大功率档位电台重启或者功率不足,这个现象在野外架台中很常见。
逐项辨析
选项 A 正确。内阻与负载串联,电流流过它必然产生压降,端电压等于电动势减去内部压降,所以带载时电源的实际输出电压确实降低了。
选项 B 错。内阻只影响端电压,不改变电动势。电动势是电源的开路特性,由电源内部的能量转换机制决定。需要区分的是,电池放电到后期电动势本身也会因极化和活性物质消耗而下降,那是另一个独立过程,不能记到内阻账上。
选项 C 错。内阻消耗功率,输出功率反而变小。输出功率等于负载电阻乘以电流的平方,内阻越大,同样负载下电流越小,输出功率越低。负载电阻等于内阻时输出功率取最大值,那是选负载的事,不说明内阻能增加输出。
选项 D 错。内阻上的功率损耗等于电流的平方乘以内阻,内阻越大损耗越大,还会发热使电源升温。它增加而不是降低了电源自身的能耗。
输出功率与效率是两件事
常有人把输出功率最大当成追求目标,其实要分清场合。负载电阻等于内阻时,负载上得到的功率最大,这叫功率匹配;但此时电源内部消耗的功率等于输出功率,效率只有百分之五十。电力系统追求效率,要求负载电阻远大于内阻,让内阻上的比例尽量小;只有在弱信号场合,比如天线与接收机输入端的匹配,才更看重功率传输的最大化。一道题问的是输出功率还是效率,会直接影响结论。
应试要点
记一个式子:端电压等于电动势减去电流乘内阻。再记两句结论:内阻使端电压降低,内阻使自身损耗增加。凡是选项说内阻会改变电动势、能提高输出功率、能减少自身能耗的,一律排除。看到电池带载电压跌落、发射时电压塌陷这类现象,第一反应就是内阻压降。