Question

20．某學校興趣小組利用如圖甲所示的電路做了一個探究性實驗，電路中B是一個黑箱，內(nèi)部連接了一個電學元件，圖中的電壓表與電流表均為理想電表．下表是該小組所測得的實驗數(shù)據(jù)，但由于一個疏忽，將電路中的兩個電壓表誤寫成U₁和U₂，沒有與電路中的V和V?對應起來．他們利用圖乙坐標紙，作了適當?shù)膱D線，并成功地完成了探究實驗．

I （A）	0.12	0.21	0.29	0.34	0.42	0.47	0.50
U1 （V）	0.20	0.40	0.60	0.80	1.20	1.60	2.00
U2（V）	4.20	3.55	2.95	2.50	1.70	1.05	0.50

（1）實驗小組已經(jīng)在坐標紙中正確地標出了數(shù)據(jù)點，請你在上述基礎上完成電學元件B的U-I圖并作好標記“B”（允許在坐標紙上作多個圖進行研究，但必須明確標示出哪個圖是“B”）；

（2）黑箱B中的電學元件最有可能是A
A．小燈炮                   B．定值電阻
（3）實驗時實驗小組的同學意外發(fā)現(xiàn)：“當變阻器滑片向右移動時，電壓表讀數(shù)之和減�。�”他們產(chǎn)生了疑問，在老師的引導下，知道了用久了的普通電池內(nèi)部有不可忽略的電阻，可將它看著是一個理想電源（電壓U₀恒定，電阻為0Ω）與一個電阻r的串聯(lián)（如圖丙所示），上述實驗電路中電源電壓為5 V，電源內(nèi)阻為5Ω．
（4）上述電路中的滑動變阻器阻值調(diào)整為1Ω時，黑箱B消耗的電功率約為1 W．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)閉合電路歐姆定律，通過電壓隨著電流的變化圖線得出電學元件B的U-I圖線．
（2）根據(jù)圖線的形狀確定黑箱中可能的元件．
（3）根據(jù)兩電壓表示數(shù)之和等于外電壓，結(jié)合電流，通過閉合電路歐姆定律求出電動勢和內(nèi)阻的大�。�
（3）將滑動變阻器的電阻等效到電源的內(nèi)部，作出外電壓和電流的關(guān)系圖線，以及B的U-I圖線的交點的橫縱坐標表示此時的電流和電壓．從而得出黑箱B消耗的電功率．

解答 解：（1）滑動變阻器電阻增大，整個電路中電流減小，外電壓增大，B的電壓減小，滑動變阻器的電壓增大．可知，U₁表示B兩端的電壓．U-I圖線如圖所示．

（2）從U-I圖可知，電壓隨著電流的增大而增大，且電阻在增大，可知該元件為燈泡，電阻隨著溫度的升高而增大．
（3）作出U₂與電流的關(guān)系圖線，

當電流為零時，U₁=0，U₂=5.0V，則電源電壓E=U₁+U₂=5.0V．
當電流I=0.50A時，U₁=2V，U₂=0.5V，則內(nèi)阻r=$\frac{E-{U}_{1}-{U}_{2}}{I}$=$\frac{5V-2V-0.5V}{0.5A}$=5Ω．
（4）當滑動變阻器阻值調(diào)整為1Ω時，將滑動變阻器等效到電源的內(nèi)部，則內(nèi)阻r=6Ω，電源的電動勢為5.0V，作出該電源的U-I關(guān)系式為U=5-6I，作出圖線如圖所示，

與黑箱B的U-I圖線交于P，P點的橫坐標為0.5A，縱坐標為2V，則黑箱B消耗的功率P=UI=2V×0.5A=1W．
故答案為：
（1）如圖；（2）A；（3）5；5；（4）1．

點評 本題考查測定電源電壓和內(nèi)電阻的數(shù)據(jù)處理，要求能根據(jù)公式得出圖象中斜率及截距的含義．本題的技巧是應用數(shù)學方法，通過作圖求解B的實際電流和電壓．