Question

10．現(xiàn)有一個電阻元件Z，可能是由金屬材料制成的，它的電阻隨溫度的升高而增大；也可能是由某種半導(dǎo)體材料制成的，其電阻隨溫度的升高而減�。�現(xiàn)用圖示電路對其進行測試，其中R為定值電阻，電源電壓可調(diào)節(jié)，實驗中從0開始逐漸增大電源電壓，測得通過Z的電流與加在它兩端的電壓數(shù)據(jù)如下曲線圖所示，請根據(jù)Z的I-U曲線圖解決下列問題：（注：導(dǎo)體兩端電壓越大，通過導(dǎo)體的電流越大，溫度越高）

（1）當(dāng)元件Z兩端電壓為2.5V時，求此時Z的電阻為多大？
（2）通過計算，分析說明元件Z是由什么材料制成的？
（3）當(dāng)電源電壓為U=4V時，電流表的讀數(shù)為0.15A，求定值電阻R的阻值？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖象確定電流值，由R=$\frac{U}{I}$計算出電阻值；
（2）由表中數(shù)據(jù)，根據(jù)歐姆定律和P=UI分別求出電阻、電功率的大小，即可得出Z是由什么材料制成的；
（3）先從圖象中讀出電流表的示數(shù)為0.200A時電壓表的示數(shù)，再根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出R兩端的電壓，最后根據(jù)歐姆定律求出定值電阻R的阻值．

解答 解：（1）由圖象知，當(dāng)U=2.5V時，電路I=0.2A，則根據(jù)I=$\frac{U}{R}$可得：
R_Z=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω；
（2）由表中數(shù)據(jù)利用R=$\frac{U}{I}$可知：
對應(yīng)的電阻為：4Ω、5Ω、6.7Ω、8.3Ω、10.3Ω、12.5Ω、14.5Ω；
對應(yīng)的電功率為：0.01W、0.05W、0.15W、0.27W、0.39W、0.5W、0.615W；
由以上數(shù)據(jù)可知：電熱功率越來越大，而電阻越來越大，說明電阻隨溫度的升高而變大，所以是金屬材料制成的；
（3）電流表的讀數(shù)為0.15A，從圖象查得Z兩端電壓U_Z=1.0V．
根據(jù)串聯(lián)電路的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和可知：
U_R=U-U_Z=4V-1.0V=3.0V，
根據(jù)I=$\frac{U}{R}$可得：
定值電阻R的阻值為R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{3V}{0.15A}$=20Ω．
答：（1）當(dāng)元件Z兩端電壓為2.5V時，此時Z的電阻為12.5Ω；
（2）元件Z是由金屬材料制成的；
（3）定值電阻R的阻值20Ω．

點評 本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律、電功率的計算，關(guān)鍵是根據(jù)數(shù)據(jù)判斷Z制成的材料，難點是元件Z與定值電阻R消耗的電功率相等時電壓和電流的判斷．