摘要:本文的知識應用:歐姆定律的應用;電功率的計算;本文重點講解兩個技能:一個是怎樣從坐標圖像中獲取有用的解題信息,二是怎樣判斷燈泡的電阻在解題過程中是否有用。
電功率的計算中,不僅要求我們知道電學的概念、規律和公式的運用,而且還應該掌握一些技能,比如,要能夠看懂實物電路或者是電路圖,還要會看坐標圖像,能從坐標圖像中獲取有關的信息。
01舉例說明
為了方便論述,我們以下面的試題為例
例題:某科技小組在測量小燈泡額定功率的實驗中,連接的電路如圖甲所示,已知電源電壓保持不變,小燈泡的額定電壓為12V。閉合開關S後,滑動變阻器的滑片P從最右端滑到最左端的過程中,記錄了電流表和電壓表的示數,並繪製了小燈泡的I﹣U關係圖象,如圖乙所示,則下列說法中不正確的是( )
A.電源電壓為12V
B.滑動變阻器的最大阻值為9Ω
C.該電路總功率變化範圍為12W~24W
D.小燈泡的額定功率為12W
02分析過程
1、電路分析。這是一個串聯電路,電流表測量串聯電路的電流;電壓表測量小燈泡的電壓。滑動變阻器的滑片P在最右端時,電阻最大,在最左端時,電阻最小,為零。滑片從最右端滑到最左端的過程中,它的電阻逐漸變小。
2、滑動變阻器的滑片P從最右端滑到最左端的過程中,它的電阻逐漸變小,電路中電流就會逐漸變大。據此可以把甲圖中電路的狀態和乙圖中的坐標圖像結合起來,合二為一,成為一個整體。這是本題的難點。
乙圖中的電流值和電壓值對應的是電路的哪種狀態呢?
當滑動變阻器的滑片在最右端時,電阻最大,對應的電流最小,電流表的示數應該為1安培,電壓表的示數為3伏,即通過燈泡的電流為1A,燈泡兩端的電壓為3伏特。
當滑動變阻器的滑片在最左端時,電阻最大,對應的電流最大,電流表的示數應該為2A,電壓表的示數為12伏特,即通過燈泡的電流為2A,燈泡兩端的電壓為12伏特。
3、當滑動變阻器的滑片在最左端時,電路中只有一個用電器--燈泡,此時燈泡兩端的電壓等於12V,這是燈泡的額定電壓,也是電源的電壓。根據P=UI,此時求出燈泡的電功率即為額定功率。
4、根據以上分析可知,當滑動變阻器的阻值最大時,通過它的電流為1安培,它兩端的電壓為9伏特,據此可以求出滑動變阻器的最大阻值為9歐姆。
5、電路的總電壓12V是一定的,根據P=UI可知,當電路中的電流最小時,電路的總功率最小,當電路的電流最大時,電路的總功率最大。
易錯之處
如果先求出燈泡的電阻,通過燈泡的電阻求出其他物理量,這條思路在本題中是行不通的。
觀察乙圖中小燈泡的I﹣U關係圖象可知,它是一條曲線,而不是一條直線。這就告訴我們,通過燈泡的電流與它兩端的電壓不成正比,燈絲的電阻值隨著溫度的變化而變化,它的阻值不是一個定值。既如此,就不能參與試題的運算。
03計算過程
解:(1)由題意和圖象可知,電源的電壓U=U1=12V,電路中的電流I=2A,則燈泡的額定功率:
P=U1I=12V×2A=24W
(2)當滑動變阻器接入電路中的電阻最大時,電路中的電流最小,
由圖象可知,燈泡兩端的電壓U′=3V,電路中的電流I′=1A,
因串聯電路中總電壓等於各分電壓之和,
所以,滑動變阻器兩端的電壓:
U2=U﹣U′=12V﹣3V=9V
由I=U/R可得,滑動變阻器的最大阻值:
R=U2/I′=9V/1A=9Ω
當滑動變阻器接入電路中的電阻為0時,電路的功率最大,等於燈泡的額定功率,最大功率P大=P=24W,
當滑動變阻器接入電路中的電阻最大時,電路的功率最小,最小功率P小=UI′=12V×1A=12W,
則該電路總功率變化範圍為12W~24W
04總結歸納
解電學題時,我們應該把試題中的電路、坐標圖像和已知的條件一一對應起來,隨後,所有的問題都會迎刃而解。當燈泡的電阻值不是一個定值時,這個阻值不能參與試題的運算。
05學以致用,舉一反三
1、請問,本文中例題的正確選項是哪個?在做這類型題時,您還有什麼好的建議或者體會,請在評論區留言。
2、練一練:(答案在評論區找,評論區必有高人)
如圖甲所示電路中,R0為定值電阻,R1為滑動變阻器。圖乙是該滑動變阻器消耗的電功率與電流關係的圖像。則下列判斷中正確的是()
定值電阻R0的阻值10Ω該滑動變阻器的最大阻值是10Ω電源電壓是10V該電路的最大電流是0.4A