Question

13．如圖甲所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接 a 時(shí)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片 P，根據(jù)測(cè)出的電流、電壓值，畫(huà)出了定值電阻R₀的 U-I 圖象；當(dāng)開(kāi)關(guān)S接 b 時(shí)，同樣根據(jù)測(cè)出的電流、電壓值，畫(huà)出了電燈L的 U-I 圖象，如圖乙所示．

（1）求定值電阻 R₀的阻值；
（2）將R₀與燈L串聯(lián)接在6V的電源兩端時(shí)，求燈絲的實(shí)際電阻值；
（3）將R₀與燈L并聯(lián)接入電路并調(diào)節(jié)電源電壓，當(dāng) R₀消耗的電功率為4.9W時(shí)，燈L恰好正常發(fā)光，求通電100s電燈L的消耗的電能．

Answer 1

分析 （1）從定值電阻R₀的U-I圖象中讀出任意一組數(shù)據(jù)，根據(jù)歐姆定律求出R₀的阻值；
（2）將R₀與燈L串聯(lián)接在6V的電源兩端時(shí)，通過(guò)它們的電流相等，且總電壓等于各分電壓之和，根據(jù)圖象讀出符合題意的電流和電壓，根據(jù)歐姆定律求出燈絲的實(shí)際電阻；
（3）將R₀與燈L并聯(lián)接入電路并調(diào)節(jié)電源電壓，當(dāng) R₀消耗的電功率為4.9W時(shí)，根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)和P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出燈泡兩端的電壓，根據(jù)圖象讀出通過(guò)燈泡的電流，利用W=UIt求出通電100s電燈L的消耗的電能．

解答 解：（1）由R₀的U-I圖象可知，當(dāng)U₀=4V時(shí)，通過(guò)的電流I₀=0.4A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，定值電阻 R₀的阻值：
R₀=$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$=$\frac{4V}{0.4A}$=10Ω；
（2）將R₀與燈L串聯(lián)接在6V的電源兩端時(shí)，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，且總電壓等于各分電壓之和，
所以，由圖象可知，當(dāng)電路中的電流I=0.4A時(shí)，U₀=4V、U_L=2V時(shí)符合電源電壓為6V，
則燈絲的實(shí)際電阻值：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{I}$=$\frac{2V}{0.4A}$=5Ω；
（3）將R₀與L并聯(lián)接入電路并調(diào)節(jié)電源電壓，
因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，
所以，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，R₀消耗的電功率為4.9W時(shí)的電源電壓：
U=U_L′=U₀′=$\sqrt{{P}_{0}{R}_{0}}$=$\sqrt{4.9W×10Ω}$=7V，
由圖象可知，此時(shí)通過(guò)燈泡的電流I_L=0.75A，
通電100s電燈L的消耗的電能：
W_L=UI_Lt=7V×0.75A×100s=525J．
答：（1）定值電阻 R₀的阻值為10Ω；
（2）將R₀與燈L串聯(lián)接在6V的電源兩端時(shí)，燈絲的實(shí)際電阻值為5Ω；
（3）將R₀與燈L并聯(lián)接入電路并調(diào)節(jié)電源電壓，當(dāng)R₀消耗的電功率為4.9W時(shí)，通電100s電燈L的消耗的電能為525J．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串并聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律、電功率公式、電功公式的應(yīng)用，根據(jù)圖象讀出有用的信息是關(guān)鍵．