問題詳情:
如圖1所示,用電動勢為E、內阻為r的電源,向滑動變阻器R供電.改變變阻器R的阻值,路端電壓U與電流I均隨之變化.
(1)以U為縱座標,I為橫座標,在圖2中畫出變阻器阻值R變化過程中U-I圖像的示意圖,並説明U-I圖像與兩座標軸交點的物理意義.
(2)a.請在圖2畫好的U-I關係圖線上任取一點,畫出帶網格的圖形,以其面積表示此時電源的輸出功率;
b.請推導該電源對外電路能夠輸出的最大電功率及條件.
(3)請寫出電源電動勢定義式,並結合能量守恆定律*:電源電動勢在數值上等於內、外電路電勢降落之和.
【回答】
(1)U–I圖象如圖所示:
圖象與縱軸交點的座標值為電源電動勢,與橫軸交點的座標值為短路電流
(2)a如圖所示:
b.
(3)見解析
【解析】
(1)U–I圖像如圖所示,
其中圖像與縱軸交點的座標值為電源電動勢,與橫軸交點的座標值為短路電流
(2)a.如圖所示
b.電源輸出的電功率:
當外電路電阻R=r時,電源輸出的電功率最大,為
(3)電動勢定義式:
根據能量守恆定律,在圖1所示電路中,非靜電力做功W產生的電能等於在外電路和內電路產生的電熱,即
本題*是:(1)U–I圖像如圖所示,
其中圖像與縱軸交點的座標值為電源電動勢,與橫軸交點的座標值為短路電流
(2)a.如圖所示
當外電路電阻R=r時,電源輸出的電功率最大,為
(3)
點睛:運用數學知識結合電路求出迴路中最大輸出功率的表達式,並求出當R=r時,輸出功率最大.
知識點:閉合電路的歐姆定律
題型:解答題