Question

在一次物理课外科技活动中，老师为活动小组的同学们提供了一个新型的电子器件，只知道该新型电子器件两端的电压与通过的电流的比值不是一个定值，老师要求活动小组的同学用如图（甲）所示的电路，探究通过新型电子器件的电流I与可控电源的电压U的关系．已知可控电源的电压在0～220V间可调，定值电阻R=20Ω，同学们在老师的指导下得到了如图（乙）所示的图象．
（1）请说出同学们在按老师给出的电路图正确连接好电路之后，得到该图象经过了哪些主要步骤？
（2）分别计算出图象中A、B、C三点处此电子器件的电阻，并指出该电子器件电阻的变化规律．（提示：应该分别从OA段、AB段、BC段来考虑电阻的变化）
（3）求：当电源电压U=110V时，新型电子器件的电功率和电源的输出功率．

Answer 1

【答案】分析：（1）读出多组可控电源的电压U和与之对应的电流表的示数I，并将测出的多组数据在I-U坐标系中描点，最后将各点连接即可．
（2）通过图象可知可控电源电压在0V～80V、80V～160V、160V和220V时，电路中电流分别为1.0A和2.0A．根据欧姆定律和串联电路中的特点，可求出电子元件对应的阻值，即可知电阻变化的特点．
（3）由图乙可以看出，当电源电压U=110 V时，电路中的电流I=1.0 A，因为电子器件与定值电阻R串联，所以电子器件上所加的电压U₂=U-IR，则电子器件的电功率：P₂=U₂I，电源的输出功率利用P=UI即可求得．
解答：解：（1）由图可以看出，电子器件上所加的电压从0逐渐升高到220 V，读出多组可控电源的电压U和与之对应的电流表的示数I，建立I-U坐标系，并将测出的多组数据在I-U坐标系中描点，最后将各点连接得到图乙的I-U图象．
（2）①当OA段电源电压在0V～80V时，电路中的电流为I′=1A，
∵U′=I′（R₂′+R₁），
即：80V=1A×（R₂′+20Ω），
∴R₂′=60Ω．
②AB段电压在80V～160V时，电路中的电流为I′=1A，
∵U′=I′（R₂′+R₁），
即：160V=1A×（R₂′+20Ω），
∴R₂′=140Ω．
③BC段当电压U″=220V时，电路中的电流为I″=2A，
∵U″=I″（R₂″+R₁），
即：220V=2A×（R₂″+20Ω），
∴R₂″=90Ω
∴图象中A、B、C三点处电子器件的电阻由60Ω增大到140Ω，再由140Ω减小到90Ω．
（3）由图象可看出，当U=110V时，电路中的电流为I=1A，
∴定值电阻两端的电压：
U₁=IR=1×20V=20V，
电子元件两端的电压：
U₂=U-U₁=110V-20V=90V，
该新型电子器件的电功率：
P₂=U₂I=90V×1A=90W；
当可控电源电压U=110V时，电路中的电流为I=1A，
电源的输出功率P=UI=110V×1A=110W．
答：当电源电压U=110V时，新型电子器件的电功率为90W，电源的输出功率为110W．
点评：本题巧妙地将实验、图表信息和计算结合在一起．图乙中，虽然只给出了四组实验数据，但曲线的得来只用四组数据是远远不够的，因此回答第一问时，应读出多组对应的U、I值，然后进行描点，根据所描点的走向才能得到图乙中的曲线．另外，在求电子器件消耗的电功率时，很容易把110V当成是它两端的电压而计算为110W．