15.如圖甲所示,是某同學(xué)“探究定值電阻R0的發(fā)熱功率P0、滑動(dòng)變阻器R消耗的電功率PR和電源總功率PU隨電流I變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)電路圖,通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)用描點(diǎn)法在同一坐標(biāo)系中作出了a、b、c三條圖線(xiàn),如圖乙所示.根據(jù)圖象可知,R0=1Ω,滑動(dòng)變阻器R消耗的最大電功率為2.25W.

分析 (1)電源電壓U不變,由P=UI可知,電功率P與I成正比,P-I圖象是一條傾斜的直線(xiàn),讀出一組數(shù)據(jù)求出電源的電壓;
(2)當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻為零時(shí),電路中的電流最大,R0的電功率最大,根據(jù)圖象讀出對(duì)于的示數(shù),根據(jù)P=I2R求出R0的阻值;
(3)設(shè)出電路中的電流,根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律表示出變阻器兩端的電壓,根據(jù)P=UI表示出滑動(dòng)變阻器消耗的電功率,進(jìn)一步求出滑動(dòng)變阻器消耗的最大功率.

解答 解:
(1)電源電壓U不變,由P=UI可知,電源總功率PU與電流I成正比,圖象是一條傾斜的直線(xiàn),
由圖象可知,電源總功率PU隨電流I變化的關(guān)系圖線(xiàn)是a;
由圖象可知,電源總功率PU=9W時(shí),電流I=3A,
由P=UI可得,電源電壓:
U=$\frac{{P}_{U}}{I}$=$\frac{9W}{3A}$=3V;
(2)由P=I2R可知,定值電阻R0的發(fā)熱功率P0與電流I是二次函數(shù)關(guān)系,則由圖象可知,定值電阻R0的發(fā)熱功率P0隨電流I變化的關(guān)系圖線(xiàn)是b,且定值電阻R0的最大功率P0=9W,電路電流I=3A,
由P=I2R可得,電阻R0的阻值:
R0=$\frac{{P}_{0}}{{I}^{2}}$=$\frac{9W}{(3A)^{2}}$=1Ω;
(3)圖線(xiàn)a表示PU-I圖象,圖線(xiàn)b表示P0-I圖象,則圖象c表示PR-I圖象,
設(shè)變阻器R消耗的電功率最大時(shí),電路中的電流為I,
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和,
所以,由I=$\frac{U}{R}$可得,滑動(dòng)變阻器兩端的電壓:
UR=U-IR0=3V-I×1Ω,
滑動(dòng)變阻器消耗的電功率:
PR=URI=(3V-I×1Ω)I=2.25W-(I-$\frac{3}{2}$A)2×1Ω,
當(dāng)I=$\frac{3}{2}$A時(shí),滑動(dòng)變阻器消耗的電功率最大,最大為2.25W.
故答案為:1;2.25.

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電功率公式的靈活應(yīng)用,由圖象找出電功率對(duì)應(yīng)的電流是正確解題的前提與關(guān)鍵.

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