分析 (1)从图象上可以看出断点的位置和电源电压的大小;
(2)当滑片P向右滑动4cm时,电压表测量滑动变阻器两端的电压,从图象上可看出此时电压表示数,由于滑动变阻器与电阻串联,根据串联电路电压的规律求出传感器两端的电压,根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出额定功率;
(3)由图乙读出当x=4cm和x=10cm时滑动变阻器两端的电压、电流,根据欧姆定律求出接入电路的电阻,进一步得出滑片P每滑动1cm的阻值变化;先根据题意求出该滑动变阻器电阻丝没有断路时的总阻值;当滑动变阻器的最大阻值与R串联时电路中的电流最小,利用电阻的串联和欧姆定律求出电路中最小电流.
(4)根据传感器的功率利用P=I2R求出电路最大电流,根据欧姆定律可求出电路总电阻,然后减去传感器的电阻,就是滑动变阻器的最小电阻.
解答 解:
(1)由于滑动变阻器某处发生断路,电压表测量电源电压.
根据图象可知:电源电压U=4.5V,断点位置在x=3cm处,即滑动变阻器的滑片P向右滑动的距离是3cm;
(2)当滑片P向右滑动4cm时,电压表测量滑动变阻器两端的电压,从图象上可看出此时电压表示数为3V,滑动变阻器与电阻串联,由串联电路中总电压等于各分电压之和可知:
传感器两端的电压U传感器=U-U1=4.5V-3V=1.5V,
由传感器恰好正常工作,则传感器的额定功率P额=P传感器=$\frac{{U}_{传感器}^{2}}{{R}_{传感器}}$=$\frac{(1.5V)^{2}}{3Ω}$=0.75W.
(3)当x=4cm时,设滑动变阻器接入电路中的电阻为R1,由传感器恰好正常工作可知:
电流为I=$\frac{{U}_{传感器}}{{R}_{传感器}}$=$\frac{1.5V}{3Ω}$=0.5A,
由欧姆定律得:R1=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{\;}}$=$\frac{3V}{0.5A}$=6Ω;
当x=10cm时,该滑动变阻器连入电路的电阻值为0,则说明该滑动变阻器的长度为10cm,所以从断点处滑片P向右滑动的过程中,该滑动变阻器滑片P每滑动1cm的阻值变化是1Ω,
该滑动变阻器没有断路时的总电阻值R总=10cm×1Ω/cm=10Ω.
(4)由于传感器的功率超过1.08W就会失去作用,则根据P=I2R可得:
电路的最大电流I最大=$\sqrt{\frac{{P}_{最大}}{{R}_{传感器}}}$=$\sqrt{\frac{1.08W}{3Ω}}$=0.6A,
由欧姆定律得:电路中的最大总电阻:R总=$\frac{U}{{I}_{最大}}$=$\frac{4.5V}{0.6A}$=7.5Ω,
所以滑阻最小阻值为:R=R总-R传感器=7.5Ω-3Ω=4.5Ω.
答:(1)电源电压为4.5V;电路刚接通时,滑动变阻器的滑片P向右滑动的距离是3cm;
(2)滑片P向右滑动4cm时,传感器恰好正常工作,传感器的额定功率是0.75W.
(3)若滑动变阻器电阻丝没有断路,其最大电阻值是10Ω.
(4)为保证传感器能发挥作用,滑动变阻器接入电路中的电阻值最小是4.5Ω.
点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的灵活运用,关键是会分析图象得出x=4cm时连入电路的电阻值的长度.
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表面情况 | ①小车受到的摩擦力大小 | ②小车运动的距离s(单位:cm) |
毛巾 | … | … |
棉布 | … | … |
木板 | … | … |
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A. | 电压表、电流表示数都变大 | B. | 电压表、电流表示数都变小 | ||
C. | 电压表示数变大,电流表示数变小 | D. | 电压表示数变小,电流表示数变大 |
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