问题 问答题

在如图所示的电路中,合上电键S,变阻器的滑动头C从A端滑至B端的过程中,电路中的一些物理量的变化关系如甲、乙、丙三图所示.电表、导线对电路的影响不计.(甲图为电源的效率η与外电路电阻R的关系曲线,这里的效率指电源的输出功率与总功率的比值;乙图为输出功率P与路端电压U的关系曲线;丙图为路端电压U与总电流I的关系曲线.)

(1)请根据图甲求出滑动变阻器最大阻值Rm与电源内阻r之比;

(2)电路中电源电动势E、内阻r不变,请写出在滑动变阻器滑动头C从A端滑至B端的过程中电源输出功率P与路端电压U的函数关系式(用字母表示);

(3)分别写出甲、乙、丙三图中的a、b、c、d各点的坐标(求出数值并注明单位).

答案

(1)η=

I2R
I2(R+r)
=
R
(R+r)

当外电阻最大时,电源的效率最高,

Rm
(Rm+r)
=80%  

可解得

Rm
r
=4:1  

(2)根据功率公式得

P=UI=U 

E-U
r
=
EU-U2
r
                                          

(3)由P=

EU-U2
r
 可知当U=
E
2
 时P有最大值
E2
4r

又由乙图可知 

E2
4r
=4.5W                                

由丙图可知当U=0时,I=

E-U
r
=
E
r
=3A                     

由上两式可求出E=6V,r=2Ω                                     

进一步可求出Rm=8Ω

当滑片移到B端时,U=

4
5
E=4.8V,P=
U2
Rm
=2.88W,I=
U
Rm
=0.6A          

所以有:a(8Ω,80%),b(3V,4.5W),c(4.8V,2.88W),d(0.6A,4.8V)        

答:(1)滑动变阻器最大阻值Rm与电源内阻r之比

Rm
r
=4:1;

(2)在滑动变阻器滑动头C从A端滑至B端的过程中电源输出功率P与路端电压U的函数关系式P=

EU-U2
r
        

 (3)甲、乙、丙三图中的a、b、c、d各点的坐标分别是a(8Ω,80%),b(3V,4.5W),c(4.8V,2.88W),d(0.6A,4.8V)

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