Question

如图所示，定值电阻R₁、R₂和标有额定功率为“0.9W”字样白炽灯L和特殊电子元件E并联接在电路中，且R₁＜R₂，改变电路两端电压U，通过每个电阻、电灯和特殊电子元件的电流也相应改变，根据实验数据绘出R₁、R₂、R_L和R_E的I一U （或U一I）图线．

（1）OA代表______的I-U图线，OC代表______的I-U图线，白炽灯的额定电流为______A，特殊电子元件E的电阻随电压的增大而______（不变/增大/减小）．
（2）若将定值电阻R₁与特殊电子元件E并联后接在电压为3V电路中，电路消耗的总功率是多少？
（3）若将定值电阻R₂与白炽灯L串联后，接在电压为3.5V的电路中，则灯泡的实际功率是多少？电阻R₂在1分钟内产生的热量是多少？

Answer 1

【答案】分析：（1）从第一个图象中任找一组定值电阻R₁、R₂的电流和对应的电压，根据欧姆定律可知电压相同时，电流越大电阻越小，进一步根据R₁＜R₂确定OA代表的电阻；再根据灯泡的电阻随着电压的增大，功率增大，亮度增加，灯丝温度升高，因此电阻变大结合图象判断表示白炽灯的I-U图线，再根据P=UI从图象中找出额定功率对应的电流；最后分析特殊电子元件E的电阻随电压的变化．
（2）根据定值电阻R₁与特殊电子元件E的I-U图线找到3V时对应的电流，再根据并联电路的电流特点求出总电流，最后根据P=UI求出此时电路消耗的总功率．
（3）根据串联电路各处的电流相等结合定值电阻R₂与白炽灯L的I-U图线，找到满足条件的电压，再根据P=UI求出灯泡的实际功率，根据纯电阻电路Q=W=UIt求出电阻R₂在1分钟内产生的热量．
解答：解：（1）由第一幅图象可知，当两电阻两端的电压相同时，通过定值电阻A的电流比B大，由欧姆定律可知B的电阻大、A的电阻小；因R₁＜R₂，所以OA代表R₁的I-U图线；
由第二幅图象可知，电压增大，电流增大，但电流的变化量比电压的变化量大，根据欧姆定律可知OC代表的电阻减小；
从第三幅图象可知，电压增大，电流增大，电压的变化量大于电流的变化量，根据欧姆定律可知OD代表的电阻变大；
因白炽灯泡的电阻会随两端电压的变大，功率变大，温度升高而变大，所以OD代表白炽灯的I-U图线，OC代表的是电子元件E的I-U图线；从图象中可知当灯泡两端的电压为3V时，电流为0.3A，此时灯泡的功率为0.9W．
（2）查图可知，当电压为U=3V时，R₁中的电流为I₁=0.35A，电子元件中的电流为I_E=0.3A，
电路中的总电流为I′=I₁+I_E=0.35A+0.3A=0.65A，
电路的总功率为P_总=UI′=3V×0.65A=1.95W．
（3）查图可知当电流为I=0.15A，灯泡两端的电压为U_L=1V，R₂两端的电压为U₂=2.5V时，电路两端的电压为3.5V；
所以灯泡的实际功率为P_L=U_LI=1V×0.15A=0.15W，
电阻R₂在1分钟内产生的热量为Q=W=U₂It=2.5V×0.15A×60s=22.5J．
答：（1）R₁； 电子元件E； 0.3； 减小；
（2）电路的总功率为1.95W；
（3）灯泡的实际功率为0.15W；电阻R₂在1分钟内产生的热量为22.5J．
点评：本题是图象信息题，抓住图象横纵坐标表示的物理量，结合欧姆定律进行分析，重点考查学生分析能力和知识综合运用能力，难点有二：一是结合灯泡的电阻与温度有关判断其I-U图线；二是结合串联电路各处的电流相等和总电压等于各分电压之和找出符合电源电压的电流及灯泡、R₂两端的电压．