问题 问答题

某兴趣小组进行电学实验,设计了如图甲所示电路,电源电压保持不变.闭合开关S,调节滑动变阻器阻值从最大变化到最小,电路中某个元件的“I-U”关系图线如图乙所示.求:

(1)定值电阻与滑动变阻器最大阻值之比.

(2)在乙坐标系中画出另一个元件的I-U图象.

(3)电路消耗的最大功率.

(4)滑动变阻器滑片从右端移到左端的过程中,变阻器消耗的电功率变化情况是______.

A.先变大后变小B.变小C.先变小后变大D.变大.

答案

(1)由图象可知,电压和电流值没有为零的坐标,故乙图为R1的“I-U”图象,

当滑片P在最左端时,R1两端的电压即为电源的电压,

由图象可知,电源的电压U=6V,电路中的电流I1=0.6A,

由I=

U
R
可得:R1=
U
I1
=
6V
0.6A
=10Ω.

当滑片在最右端时,R1与R2串联,I2=0.2A,

R=

U
I2
=
6V
0.2A
=30Ω,

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,

所以,滑动变阻器的最大阻值:

R2=R-R1=30Ω-10Ω=20Ω,

则定值电阻与滑动变阻器最大阻值之比:

R1:R2=10Ω:20Ω=1:2;

(2)因串联电路中总电压等于各分电压之和,

所以,滑动变阻器两端的电压U2=U-IR1=6V-10Ω×I,则I-U图象如下图所示:

(3)电路消耗的最大功率:

P=UI1=6V×0.6A=3.6W;

(4)电路中的电流:

I=

U
R1+R2
=
6V
10Ω+R2

滑动变阻器消耗的电功率:

P2=I2R2=(

6V
10Ω+R2
2×R2=
(6V)2
(10Ω+R2)2
R2
=
(6V)2
(10Ω-R2)2
R2
+40Ω

当R2=10Ω时,滑动变阻器消耗的电功率最大,最大为P2=0.9W,

当R2=0Ω时,滑动变阻器消耗的电功率为0W,

当R2=20Ω时,滑动变阻器消耗的电功率P2=0.8W,

综上可知,滑动变阻器滑片从右端移到左端的过程中,变阻器消耗的电功率变化情况是先变大后变小.

答:(1)定值电阻与滑动变阻器最大阻值之比为1:2;

(2)另一个元件的I-U图象如上图所示;

(3)电路消耗的最大功率为3.6W;

(4)A.

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