Question

1．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體材料制成的，其電阻隨溫度的升高而減�。�現(xiàn)用圖1所示電路對其進行測試，其中R為定值電阻，電源電壓可調，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據如下表所示：

U/V	0.0	0.2	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
I/A	0.000	0.050	0.100	0.150	0.180	0.195	0.200	0.205

利用這些數據繪出Z的I-U曲線如圖2所示．請根據表中數據和圖線解決下列問題：
（1）Z是由什么材料制成的？為什么？
（2）當Z兩端電壓為1.5V時，Z消耗的電功率是多大？
（3）當電源電壓為U=3.5V時，電流表的讀數為0.200A，求定值電阻R的阻值并在下圖中大致作出R的I-U圖象．

Answer 1

分析 （1）由表中數據，根據歐姆定律和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；（2）根據圖象讀出電壓表為1.5V時對應的電流，根據P=UI求出Z消耗的電功率．
（3）先從圖象中讀出電流表的示數為0.2A時電壓表的示數，再根據串聯(lián)電路的電壓特點求出R兩端的電壓，最后根據歐姆定律求出定值電阻R的阻值．作出電阻R的I-U圖象．

解答 解：（1）根據R=$\frac{U}{I}$和P=UI，由表中數據可知：
對應的電阻為：4Ω、5Ω、6.7Ω、8.3Ω、10.3Ω、12.5Ω、14.5Ω；
對應的電功率為：0.01W、0.05W、0.15W、0.27W、0.39W、0.5W、0.615W；
由以上數據可知：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；
（2）當Z兩端電壓為1.5V時消耗的電功率為P=UI=1.5V×0.18A=0.27W．
（3）當電源電壓為U=3.5V時，電流表的讀數為0.200A，從表格 （或圖象）查得Z兩端電壓U_Z=2.5V．
則由串聯(lián)電路的總電壓等于個電阻兩端的電壓之和可知：
U_R=U-U_Z=3.5V-2.5V=1V，
由I=$\frac{U}{R}$得：
定值電阻R的阻值為R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{1V}{0.2A}$=5Ω．
由于定值電阻R的阻值為5Ω，所以I-U圖象如下圖：

答：（1）是金屬材料制成的；因為它的電阻隨溫度升高而增加；
（2）當Z兩端電壓為1.5V時，Z消耗的電功率是0.27W；
（3）定值電阻R的阻值為5Ω，圖如上．

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，關鍵是根據數據判斷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．