Question

在一次物理課外科技活動(dòng)中，老師為活動(dòng)小組的同學(xué)們提供了一個(gè)新型的電子器件，只知道該新型電子器件兩端的電壓與通過(guò)的電流的比值不是一個(gè)定值，老師要求活動(dòng)小組的同學(xué)用如圖（甲）所示的電路，探究通過(guò)新型電子器件的電流I與可控電源的電壓U的關(guān)系．已知可控電源的電壓在0～220V間可調(diào)，定值電阻R=20Ω，同學(xué)們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)下得到了如圖（乙）所示的圖象．
（1）請(qǐng)說(shuō)出同學(xué)們?cè)诎蠢蠋熃o出的電路圖正確連接好電路之后，得到該圖象經(jīng)過(guò)了哪些主要步驟？
（2）分別計(jì)算出圖象中A、B、C三點(diǎn)處此電子器件的電阻，并指出該電子器件電阻的變化規(guī)律．（提示：應(yīng)該分別從OA段、AB段、BC段來(lái)考慮電阻的變化）
（3）求：當(dāng)電源電壓U=110V時(shí)，新型電子器件的電功率和電源的輸出功率．

Answer 1

【答案】分析：（1）讀出多組可控電源的電壓U和與之對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù)I，并將測(cè)出的多組數(shù)據(jù)在I-U坐標(biāo)系中描點(diǎn)，最后將各點(diǎn)連接即可．
（2）通過(guò)圖象可知可控電源電壓在0V～80V、80V～160V、160V和220V時(shí)，電路中電流分別為1.0A和2.0A．根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路中的特點(diǎn)，可求出電子元件對(duì)應(yīng)的阻值，即可知電阻變化的特點(diǎn)．
（3）由圖乙可以看出，當(dāng)電源電壓U=110 V時(shí)，電路中的電流I=1.0 A，因?yàn)殡娮悠骷�與定值電阻R串聯(lián)，所以電子器件上所加的電壓U₂=U-IR，則電子器件的電功率：P₂=U₂I，電源的輸出功率利用P=UI即可求得．
解答：解：（1）由圖可以看出，電子器件上所加的電壓從0逐漸升高到220 V，讀出多組可控電源的電壓U和與之對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù)I，建立I-U坐標(biāo)系，并將測(cè)出的多組數(shù)據(jù)在I-U坐標(biāo)系中描點(diǎn)，最后將各點(diǎn)連接得到圖乙的I-U圖象．
（2）①當(dāng)OA段電源電壓在0V～80V時(shí)，電路中的電流為I′=1A，
∵U′=I′（R₂′+R₁），
即：80V=1A×（R₂′+20Ω），
∴R₂′=60Ω．
②AB段電壓在80V～160V時(shí)，電路中的電流為I′=1A，
∵U′=I′（R₂′+R₁），
即：160V=1A×（R₂′+20Ω），
∴R₂′=140Ω．
③BC段當(dāng)電壓U″=220V時(shí)，電路中的電流為I″=2A，
∵U″=I″（R₂″+R₁），
即：220V=2A×（R₂″+20Ω），
∴R₂″=90Ω
∴圖象中A、B、C三點(diǎn)處電子器件的電阻由60Ω增大到140Ω，再由140Ω減小到90Ω．
（3）由圖象可看出，當(dāng)U=110V時(shí)，電路中的電流為I=1A，
∴定值電阻兩端的電壓：
U₁=IR=1×20V=20V，
電子元件兩端的電壓：
U₂=U-U₁=110V-20V=90V，
該新型電子器件的電功率：
P₂=U₂I=90V×1A=90W；
當(dāng)可控電源電壓U=110V時(shí)，電路中的電流為I=1A，
電源的輸出功率P=UI=110V×1A=110W．
答：當(dāng)電源電壓U=110V時(shí)，新型電子器件的電功率為90W，電源的輸出功率為110W．
點(diǎn)評(píng)：本題巧妙地將實(shí)驗(yàn)、圖表信息和計(jì)算結(jié)合在一起．圖乙中，雖然只給出了四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但曲線的得來(lái)只用四組數(shù)據(jù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此回答第一問(wèn)時(shí)，應(yīng)讀出多組對(duì)應(yīng)的U、I值，然后進(jìn)行描點(diǎn)，根據(jù)所描點(diǎn)的走向才能得到圖乙中的曲線．另外，在求電子器件消耗的電功率時(shí)，很容易把110V當(dāng)成是它兩端的電壓而計(jì)算為110W．