题目内容

14.某电源路端电压U随外电阻R变化的规律如图乙所示,图中U=12V的直线为图线的渐近线,该电源允许通过最大电流为2A.将此电源和一个滑动变阻器,接成如图甲所示的电路.滑动变阻器最大阻值为R0=22Ω,试求:
(1)电源电动势E和内阻r;
(2)A、B空载时输出电压的范围;
(3)若要保证滑动变阻器的滑片任意滑动时,干路电流不能超过2A,A、B两端所接负载电阻至少多大.

分析 (1)根据乙图知,当R→∞时,U=E=12V.当U=6V时,r=R;
(2)A、B空载时当滑片滑至上端时,输出电压最大,当滑片滑至下端时,输出电压为零,由欧姆定律和串并联电路的特点求出输出电压的范围;
(3)A、B两端接某一负载电阻后,滑动变阻器滑片移至上端时,干路电流最大.根据欧姆定律得到干路电流与负载电阻的关系式,再根据条件:干路电流不能超过2A,求出负载电阻的最小值.

解答 解:(1)由乙图可知,当R→∞时,U=E,则得电源的电动势为:E=12 V
而当U=6V=$\frac{E}{2}$时,应有:r=R=2Ω.
(2)A、B空载时,当滑片滑至上端时,UAB最大为:Umax=$\frac{{R}_{0}}{{R}_{0}+r}$E=11 V
当滑片滑至下端时,UAB为零
因此,A、B空载时输出电压范围为0~11 V.
(3)A、B两端接某一负载电阻后,滑动变阻器滑片移至上端时,干路电流最大.
此时I=$\frac{E}{{\frac{{{R_0}{R_x}}}{{{R_0}+{R_x}}}+r}}$
为了使电源不过载,应保证I≤2 A
代入数据得Rx≥4.9Ω
即所接负载电阻最小值为4.9Ω.
答:(1)电源电动势E是12V,内阻r是2Ω;
(2)A、B空载时输出电压的范围是0~11 V;
(3)所接负载电阻最小值为4.9Ω.

点评 本题关键要理解图象的物理意义,抓住R→∞时U=E,求得电动势,根据串联的分压特点求出电压的输出范围.

练习册系列答案
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2.有一根细而均匀的中空柱状导电材料样品如图a所示,截面为同心圆环如图b所示,在样品两端面上有焊接良好的引出导线.样品长约5cm,教师用多用电表的欧姆挡预测电阻时,选择开关置于“×10”倍率挡,其示数如图c所示,已知这种材料的电阻率为ρ,因该样品的内径太小,无法直接用长度测量工具测量.现提供下列实验器材:
A.20等分刻度的游标卡尺
B.螺旋测微器
C.电流表A1(量程为50mA,内阻r1=100Ω)
D.电流表A2(量程为3A,内阻r2约为0.1Ω)
E.电压表V1(量程为3V,内阻r3约为10KΩ)
F.电压表V2(量程为15V,内阻r4约为90KΩ
G.滑动变阻器R(0~10Ω,额定电流2A)
H.直流电源E(电动势12V,内阻r约1Ω)
I.导电材料样品Rx(长约5cm,电阻约为图c测量值)
J.开关一只,导线若干.

不使用多用电表读数情况下,请根据上述实验器材设计一个尽可能精确的测量该样品内径d的实验方案,并回答问题:
①教师用多用电表预测的电阻值如图c所示,约为180Ω
②用游标卡尺测得该样品的长度如图d所示,其示数L=50.35mm;用螺旋测微器测得该样品的外径如图e所示,其示数D=3.206mm.
③请选择合适的仪器:电流表选A1电压表应选V2(填所选器材前标号).
④在虚框内画出实验电路图.
⑤用ρ、L、D和测得量的符号来表示样品的内径d=$\sqrt{{D}^{2}-\frac{4ρIL}{πU}}$,I为电流表读数、U为伏特表读数.

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