Question

現(xiàn)有一個(gè)電阻元件Z，用圖甲電路對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，其中R為定值電阻，電源電壓U可調(diào)，實(shí)驗(yàn)中電源電壓U從0V開(kāi)始逐漸增大，測(cè)出通過(guò)Z的電流與它兩端的電壓，并繪出Z的I-U圖象如圖乙所示，請(qǐng)根據(jù)圖線解決下列問(wèn)題：

（1）當(dāng)Z兩端電壓為1.5V時(shí)，Z消耗的電功率是多少；
（2）當(dāng)電源電壓為U=3.5V時(shí)，電流表的讀數(shù)為0.20A，求定值電阻R的阻值；
（3）當(dāng)電源電壓調(diào)到某一適當(dāng)值時(shí)，元件Z與定值電阻R消耗的電功率相等，求此時(shí)電源電壓．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)圖象讀出電壓表為1.5V時(shí)對(duì)應(yīng)的電流，根據(jù)P=UI求出Z消耗的電功率．
（2）先從圖象中讀出電流表的示數(shù)為0.20A時(shí)電壓表的示數(shù)，再根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)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．
（3）根據(jù)串聯(lián)電路各處的電流相等和P=I²R可知Z、R的電阻相等，由圖象可知Z兩端的電壓為0.5V、通過(guò)的電流為0.1A時(shí)Z、R的電阻相等，再根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出電源的電壓．

解答：解：（1）根據(jù)圖乙可知，當(dāng)Z兩端電壓為1.5V時(shí)，通過(guò)的電流為0.18A，則Z消耗的電功率：P=UI=1.5V×0.18A=0.27W．
（2）電流表的讀數(shù)為0.20A，從圖象可知，當(dāng)Z兩端電壓U_Z=2.5V．
因?yàn)榇��?lián)電路兩端電壓等于各部分電壓之和，所以R兩端電壓：U_R=U-U_Z=3.5V-2.5V=1.0V，
定值電阻R的阻值為R=

UR

I

=

1.0V

0.20A

=5Ω．
（3）∵R與Z串聯(lián)，
∴I_Z=I_R，
∵P_R=P_Z，P=IR²，
∴R_R=R_Z，
由圖象可知：I_Z=0.1A，U_Z=0.5V時(shí)，R=

UZ

RZ

=5Ω=R_R，
故電源電壓：U=U_R+U_Z=IR+U_R=0.1A×5Ω+0.5V=1.0V．
答：（1）當(dāng)Z兩端電壓為1.5V時(shí)，Z消耗的電功率是0.27W；
（2）定值電阻R的阻值為5Ω；
（3）當(dāng)元件Z與定值電阻R消耗的電功率相等時(shí)電源電壓為1.0V．

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