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).
(1)η=
=I2R I2(R+r)
,R (R+r)
当外电阻最大时,电源的效率最高,
=80% Rm (Rm+r)
可解得
=4:1 Rm r
(2)根据功率公式得
P=UI=U
=E-U r EU-U2 r
(3)由P=
可知当U=EU-U2 r
时P有最大值E 2
,E2 4r
又由乙图可知
=4.5W E2 4r
由丙图可知当U=0时,I=
=E-U r
=3A E r
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=
E=4.8V,P=4 5
=2.88W,I=U2 Rm
=0.6A U Rm
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
=4:1;Rm r
(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)