题目内容

现有一个电阻元件Z,用图甲电路对其进行测试,其中R为定值电阻,电源电压U可调,实验中电源电压U从0V开始逐渐增大,测出通过Z的电流与它两端的电压,并绘出Z的I-U图象如图乙所示,请根据图线解决下列问题:
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(1)当Z两端电压为1.5V时,Z消耗的电功率是多少;
(2)当电源电压为U=3.5V时,电流表的读数为0.20A,求定值电阻R的阻值;
(3)当电源电压调到某一适当值时,元件Z与定值电阻R消耗的电功率相等,求此时电源电压.
分析:(1)根据图象读出电压表为1.5V时对应的电流,根据P=UI求出Z消耗的电功率.
(2)先从图象中读出电流表的示数为0.20A时电压表的示数,再根据串联电路的电压特点求出R两端的电压,最后根据欧姆定律求出定值电阻R的阻值.
(3)根据串联电路各处的电流相等和P=I2R可知Z、R的电阻相等,由图象可知Z两端的电压为0.5V、通过的电流为0.1A时Z、R的电阻相等,再根据串联电路的电压特点求出电源的电压.
解答:解:(1)根据图乙可知,当Z两端电压为1.5V时,通过的电流为0.18A,则Z消耗的电功率:P=UI=1.5V×0.18A=0.27W.
(2)电流表的读数为0.20A,从图象可知,当Z两端电压UZ=2.5V.
因为串联电路两端电压等于各部分电压之和,所以R两端电压:UR=U-UZ=3.5V-2.5V=1.0V,
定值电阻R的阻值为R=
UR
I
=
1.0V
0.20A
=5Ω.
(3)∵R与Z串联,
∴IZ=IR,
∵PR=PZ,P=IR2,
∴RR=RZ,
由图象可知:IZ=0.1A,UZ=0.5V时,R=
UZ
RZ
=5Ω=RR,
故电源电压:U=UR+UZ=IR+UR=0.1A×5Ω+0.5V=1.0V.
答:(1)当Z两端电压为1.5V时,Z消耗的电功率是0.27W;
(2)定值电阻R的阻值为5Ω;
(3)当元件Z与定值电阻R消耗的电功率相等时电源电压为1.0V.
点评:本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率的计算,关键是根据数据判断Z制成的材料,难点是元件Z与定值电阻R消耗的电功率相等时电压和电流的判断.
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