高考物理中的电路问题

精品文档 1欢迎下载 十 高考物理中的电路问题 一 问题概述 恒定电流的电路问题是在初中学过的 电流的定律 和 电功 电功率 的基础上的加 深和扩展 主要讨论了电源的作用 电路的组成和结构 有关电流的规律 以及电路中的能 量转化关系等内容 其中如电流 电压 电阻 电动势等物理概念以及部分电路欧姆定律 闭合电路欧姆定律等物理规律 即是电磁学的基础 也是处理电路问题应用频率最高的知识 点 在复习中必须深入理解 熟练掌握 近几年本章内容的高考试题多集中在电路的变化 电路故障的检测 含电容电路以及含 电表 理想或非理想 电路问题的分析上 以选择题或填空题的形式出现 另外 由于该部 分知识与学生实验结合紧密 因而往往通达实验考查部分知识的运用情况 实验考查既具体 又灵活 如仪器的选取 读数 电路的连接 数据处理 误差分析等 每年试题均有涉及 在复习中应予以足够的重视 再者 用实验中学过的实验方法去设计或处理未遇到过的实验 问题也是高考实验的趋势 高中物理中 除直流电路问题外 还有感应电路 交流电路问题 在复习中既要注意与 直流电路的相同之处 又要注意其区别 二 考题归类 由上所述 可根据电路中电流是否变化 将高考物理电路问题分为 4 类 直流电路 感 应电路 交流电路和振荡电路 三 经典例析 1 直流电路 例 1 2002 年全国 20 题 在如图 2 10 1 所示的电路中 R1 R2 R3 和R4均为 定值电阻 R5为可变电阻 电源的电动势为 E 内阻为r 设电流表 A 的读数为I 电压 表 V 的读数为U 当R5的滑动触点向图中 a 端移动时 A I变大 U变小 B I变大 U变大 C I变小 U变大 D I变小 U变小 分析和解 应用极限类推法求解 滑动触点由 b 向 a 移动 表明电阻R5由大变小 设 0 R5 当R5等于零时 即 a 点位置 短路 IA 0 极小 UV也最小 应选 D 评析 极限类推法是指根据有关物理规律 在不超出该规律适用的环境条件下 对其所 涉及的变量作合理延伸 通过对变量取特殊值 一般为极限值 进行比较 作出相关判 断 该方法成立的依据是极限值不超出变量的取值范围 其适用题型多为客观型选择题 其 特点是速度快 准确度高 由以上分析可以看出 在采用极限类推法 解题时 只要所选择的极限值在变量允许的范围内 符合变量的变化 趋势 就能够迅速准确地作出判断 例 2 1999 年上海 15 题 如图 2 10 2 所示电路由 8 个不同的 电阻组成 已知R1 12 其余电阻阻值未知 测得 A B 间的总电阻 为 4 今将R1换成 6 的电阻 则 A B 间的总电阻变为 分析和解 用等效替代法求解 把 AB 间除R1外的其他电阻等效 为一个电阻R0 则R0与R1并联的总电阻为 4 可求出R0 将R1换成 6 的电阻后 A B A V E r R1 R4 a R3 R2 b R5 图 2 10 1 R1 A B 图 2 10 2 精品文档 2欢迎下载 间的总电阻即为R0与 6 电阻的并联值 把 AB 间除R1外的其他电阻等效为一个电阻R0 则其等效电路图为图 9 8 又其总电阻为 4 则R1R0 R1 R0 4 把R1 12 代入得 R0 6 把R1换成 6 的电阻后 AB 间的总电阻为R0与 6 电阻的并联 值 显然RAB 3 评析 把 AB 间除R1外的电阻等效为一个电阻 用等效替代法求解 是本题的关键 等效替代法是物理学中重要的方法之一 例 3 1995 年全国 7 题 两个定值电阻R1 R2串联后接在电压U稳定于 12V 的直流电 源上 有人把一个内阻不是远大于R1 R2的电压表接在R1两端 如图 2 10 4 电压表的示数为 8V 如果他把此电压表改接在 R2两端 则电压表的示数将 A 小于 4V B 等于 4V C 大于 4V 小于 8V D 等于或大于 8V 分析和解 根据串联电路的电压分配特点求解 由题意知电压表的内阻不能忽略 电压 表与R1并联时 总电阻小于R1 电压表的示数亦即R1两端电压为 8V 则R2两端电压为 4V 若去掉电压表 电阻变大 R1分得的电压会增大 即大于 8V 则R2分得电压会小于 4V 再把电压表并在R2两端 并联电阻会小于R2 故R2分得的电压会更小 一定小于 4V 选 A 评析 本题抓住并联电路的总电阻小于其中任一并联支路的电阻 巧妙利用串联电路正 比分压的特点求解 例 4 2000 年春季 21 题 AB 两地间铺有通讯电缆 长为L 它是由两条并在一起彼 此绝缘的均匀导线组成的 通常称为双线电缆 在一次事故中经检查断定是电缆上某处的绝缘 保护层损坏 导致两导线之间漏电 相当于该处电缆的两导线之间接了一个电阻 检查人员 经过下面的测量可以确定损坏处的位置 1 令 B 端的双线断开 在 A 处测出双线两端间的电阻RA 2 令 A 端的双线断开 在 B 处测出双线两端的电阻RB 3 在 A 端的双线间加一已知电压UA 在 B 端用内阻很大的电压表测出两线间的电压 UB 试由以上测量结果确定损坏处的位置 分析和解 设双线电缆每单位长的电阻为R 漏电处电阻为R 漏电处距 A 端为x 则 RA Rx R RB R L x R 由欧姆定律 可知 A B U U Rrx R 解得 BAABA BAA URURR UULR x 2 评析 本题的关键是要读懂题意 弄清正确的物理情景 而涉及到的物理规律并不复 图 2 10 3 R1R0 A B 图 2 10 4 精品文档 3欢迎下载 杂 本题考查了应用所学知识解决实际问题的能力 例 5 2000 年上海 19 题 某同学按如图 2 10 5 所示电路进行实验 实验时该同学 将变阻器的触片 P 移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示 序号A1示数 A A2示数 A V1示数 V V2示数 V 10 600 302 401 20 20 440 322 560 48 将电压表内阻看作无限大 电流表内阻看作零 1 电路中 E R分别为电源的电动势和内阻 R1 R2 R3为定值电阻 在这五个物理量中 可根据上表中的 数据求得的物理量是 不要求具体计算 2 由于电路发生故障 发现两电压表示数相同了 但不为 零 若这种情况的发生是由用电器引起的 则可能的故障原 因是 分析和解 1 由题图电路可知 电压表 电流表都作为 理想电表时 电压表 V1示数为R3两端电压 电流表 A2示数为 R3上的电流 根据欧姆定律可求得R3的阻值 同理电压表 V2示 数为R2两端电压 电流表 A1与 A2示数之差为R2上的电流可求得R2的阻值 由于变阻器触片 P 有两个不同位置对应的电流 电压值 根据闭合电路欧姆定律 可列式 E I1 R R1 U1 及 E I1 R R1 U1 可求出 E 及 R R1 而由于R1未知且不可求 故电源内阻R不能求出 所以根据表中数据可求 得的物理量是R2 R3的阻值及 E 2 若电路发生故障使两电压表示数相同 则滑动变阻器RP上的电势降落为零 RP电压 为零时由欧姆定律U IRP可知 可能RP 0 即RP发生短路或 IRP 0 即R2发生断路 评析 读懂题意 认清电路 分析各表示数的物理含义 弄清正确的物理情景 根据电 阻的串并联规律和欧姆定律分析处理数据 得出结论 例 6 2000 年广东综合 35 题 某房间的入户电源线如图 2 10 6 所示 现有工作电 压为 220V 电器如下 100W 的灯泡 6 只 200W 的电视机 1 台 1000W 的电冰箱 1 台 1500W 的洗衣机 1 台 700W 的微波炉 1 台和 1000W 的暖风机 1 台 还有三只额定电流均为 8A 的保险 盒 如何将上述电器全部合理地接入电路 要求画出接线图 电器用后面指定的符号表示 例如 功率为 100W 的灯泡用表示 功率为 200W 的电视机用 表示 保险盒用 W200 电视机 表示 图中 a 是火线 b 是零线 分析和解 电路中的电流不能超过保险盒的额定电流 8A 则要计算每条线路的最大负荷 还应注意保险盒接在火线上 用 题中规定符号表示用电器 要将各用电器分配到三条线路上 重点是电路中的电流不能超过 R1 R2 R3 V1 V2 A2 A1 Rp P E r 图 2 10 5 a b 220V220V220V 图 2 10 6 b 电冰箱 1000W 微波炉 700W 电视机 200W 洗衣机 1500W 暖风机 1000W a 图 2 10 7 精品文档 4欢迎下载 保险盒的额定电流 8A 的要求 因此 首先计算每条线路最大负荷是多少 因为 P IU 8 220 1760W 即每条线路的用电器的总功率不能超过 1760W 然后再将各用电器平均 分到三条线路上 还应注意是保险盒一定要接在火线上 这样才能起到保险作用 按上述要求 第一线路可接 1000W 的电冰箱和 700W 的微波炉 总功率为 1700W 第二线路接 1500W 的洗衣 机和 200W 的电视机 总功率也是 1700W 第三线路是接 1000W 的暖风机和 6 盏 100W 的灯泡 总功率为 1600W 接线如图 2 10 7 所示 但这种接法并不是唯一的 可有多种接法 只要 每一线路不超过 1760W 就可以 评析 电路的设计问题 在满足用电器正常工作的情况下 一般有多种方案 但应注意 选择合理 简便 节能的设计方案 2 感应电路 例 7 2002 年广东 15 题 如图 2 10 8 所示 半径为 R 单位长度电阻为 的均 匀导体圆环固定在水平面上 圆环中心为 O 匀强磁场垂直水平面方向向下 磁感应强度为 B 平行于直径 MOM 的导体杆 沿垂直于杆的方向向右运动 杆的电阻可忽略不计 杆与圆环接触良好 某时刻 杆的位置如图所示 aOb 2 速度为 v 求此时刻作用在杆上安培力的大小 分析和解 杆切割磁感线时 ab 部分产生的感应电动势 E vB 2Rsin 此时弧 aMNb 和弧 ab 的电阻分别为 2 R 和 2 R 它们并联后的电阻 2 R r 杆中的电流 E I r 作用在杆上的安培力 F IB 2Rsin 由以上各式解得 sin2 22 RvB F 评析 在电磁感应现象中有感应电动势产生 若电路是闭合的 电路中就产生感应电流 这类电路问题与直流电路有着相同的规律 当外电路为纯电阻时 闭合电路欧姆定律 串并 联电路的一些规律都可应用 本题中导体杆拉入电路的有效部分 ab 为电源 圆环的优弧 aMNb 和劣弧 ab 并联以后构成外电路 例 8 1996 年上海 二 2 题 如图 2 10 9 所示 a b 中 电阻 R 和自感线圈 L 的电阻值都很小 接通开关 K 使电路达到稳 定 灯泡 S 发光 则 A 在电路 a 中 断开 K S 将渐渐变暗 B 在电路 a 中 断开 K S 将先变得更亮 然后渐渐变暗 C 在电路 b 中 断开 K S 将渐渐变暗 D 在电路 b 中 断开 K S 将先变得更亮 然后渐渐变暗 分析和解 在电路 a 中 由于灯泡 S 有较大的电阻 因此在开关 K 接通 电路稳定的条 件下 LS 支路中的电流比 R 支路的电流小 当 K 突然断开时 由于 L 产生自感电动势 在 LSR 回路中出现沿顺时针方向的电流 必然小于原来 LS 支路中的电流 而且越来越弱最后趋于零 O N M b a 图 2 10 8 EE 图 2 10 9 精品文档 5欢迎下载 因此选项 A 正确 在电路 b 中 由于 L 支路的电阻值很小 因此在开关 K 接通 电路稳定的 条件下 L 支路中的电流比 RS 支路的电流大很多 当 K 突然断开时 由 L 产生自感电动势 在 LSR 回路中出现沿顺时针方向的电流 必然在最初时刻大于原来 RS 支路中的电流 因而灯 泡 S 将先变得更亮 然后电流越来越弱最后趋于零 因此选项 D 正确 评析 由于各电路的电阻不同 故通过线圈的电流不同 则 断电时产生的自感电动势不同 例 9 2000 年上海 23 题 如图 2 10 10 所示 固定 于水平桌面上的金属框架 cdef 处在竖直向下的匀强磁场中 金属棒 ab 搁在框架上 可无摩擦滑动 此时 abcd 构成一个边 长为l的正方形 棒的电阻为 R 其余部分电阻不计 开始时磁 感应强度为 1 若从时刻起 磁感应强度均匀增加 每秒增量为 k 同时保持棒静止 求棒 中的感应电流 在图上标出感应电流的方向 2 在上述 1 情况中 始终保持棒静止 当末时需加的垂直于棒的水平拉力 为多大 3 若从时刻起 磁感应强度逐渐减小 当棒以恒定速度 v 向右做匀速运动时 可使棒中不产生感应电流 则磁感应强度应怎样随时间变化 写出 B 与 t 的关系式 分析和解 1 感应电动势 2 kl t E 感应电流 方向 逆时针 r kl R E I 2 2 时 10 ktBB BIlF R kl ktBF 3 10 3 不产生感应电流 则总磁通量不变 2 0 lBvtlBl vtl lB B 0 评析 感应电动势的产生 既可以由导体和磁场间存在相对运动产生 称为动生电动势 也可以由磁场随时间变化而产生 称为感生电动势 高中物理在处理感应电动势问题时 通 常只考虑一种情况 而本题恰恰有两种情况 因此 求解感应电动势时要多加小心 抓住使 棒中不产生感应电流的条件 即 0 磁通量不变 3 交流电路 例 10 2000 年全国 18 题 一小型发电机内的矩形 线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的 固定轴转动 线圈匝数n 100 穿过每匝线圈的磁通量 图 2 10 10 图 2 10 11 精品文档 6欢迎下载 随时间按正弦规律变化 如图 2 10 11 所示 发电机内阻r 5 0 外电路电阻 R 95 已知感应电动势的最大值Em nw m 其中 m为穿过每匝线圈磁通量的最大 值 求串联在外电路中的交流电流表 内阻不计 的读数 分析和解 已知感应电动势的最大值 设线圈在磁场中转动的周期为T 则有 根据闭合电路欧姆定律 电路中电流的最大值为 设交流电流表的读数为I 它是电流的有效值 根据有效值与最大值的关系 有 由题给的 t图线可读得 解以上各式 并代入数据 得I 1 4A 评析 熟练运用交变电流的有关公式 深刻理解相关概念的物理意义是解决此类问题的 关键 例如 求电热应该用有效值 其电流必须用有效值 不能用平均值 最大值或瞬时 值 例 11 2000 年春季 14 题 如图 2 10 12 所示 理想变压器的原 副线圈匝数之 比为n1 n2 4 1 原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻 B的阻值相等 a b端加一定交流电压后 两电阻消耗的电功充当之比 PA PB 两电阻两端电压之比UA UB 分析和解 由 得I1 I2 1 4 12 21 In In 而 22 12 AB PI R PI R 12 AB UI R UI R 则 PA PB I12 I22 1 61 UA UB I1 I2 1 4 评析 变压器习题中 研究对象多 物理量也多 要注意各种物理量的所属关系和因果 关系 例如 谈到电压 即应明确是讨论谁的电压 它由哪些因素决定 在本题中通过审题 应知道电阻A和变压器属串联关系 因此电路的输入电压 U 并不是变压器的输入电压 而由 于串联 电阻A和变压器原线圈的电流相同 4 振荡电路 例 12 1998 年上海 5 题 如图 2 10 13 所示的电路中 L是电阻不计的电感器 图 2 10 12 精品文档 7欢迎下载 C是电容器 闭合开关S 待电路达到稳定状态后 再打开开关S LC电路中将产生电磁振 荡 如果规定电感L中的电流方向从a到b为正 打开开关的时刻为t 0 那么 2 10 14 图中能正确表示电感中的电流i随时间t变化规律的是 分析和解 LC振荡电路的能量变化始终是 电场能和磁场能之间的相互转化 在近年试 题及大量练习中经常出现的题目无非两类 一类是首先给电容器充电 即给电路提供初始的 电场能 另一类是首先给电路提供磁场能 如本题 因此 初始时刻 由于磁场能达最大值 说明电流也为最大值 考虑到规定的电流正方向 应选 B 项 评析 由于在振荡电路中电场能和磁场能总是在相互转化 所以从能量 时间图像 上总是伴随着正弦曲线和余弦曲线 有些试题并不是选取特殊点为振荡起始点 经常出现 的问题是题图所给定的起始时刻振荡电路中既有电流 又在电容器两相板间有电压 需判断 的问题是 图示时刻对应充电过程还是放电过程 可见这一部分知识内容虽少 但变化非常 灵活 四 创新训练 1 选择题 1 如图 2 10 15 所示电路 调整可变电阻R的 大小 使得三个灯泡的功率相同 设三个灯泡的电阻分别 为R1 R2和R3 比较它们的大小 有 A R1 R2 R3 B R1R1 R2 D 无法比较R1 R2 R3的大小 2 如图 2 10 16 所示 将电压表 V1接到 a b 间 读数 18 0V 若改将电压表 V2 接到 a b 间 则读数为 18 6V 现将 V1 V2两电压表串联后 接到 a b 间 两表的读数分别为U1和U2 则一定有 A U1 9 3V B U2 9 3V C U1 U2 18 6V D 18 0V U1 U2 R2又 U1R1 则R3 R1 R2 选 C 2 BC 分析和解 由于电压表 V1 V2分别接在 a b 间时 读数 不相同 说明两电压表并非理想电表 其电阻不能忽略不计 而 V2的读数大于 V1的读数 说明接 V2时 a b 间的总电阻大 于接 V1时 a b 间的总电阻 故 V2表的内阻RV2大于 V1表的内 阻RV1 当两表串联后接到 a b 间时 a b 间的总电阻会大于 V2接到 a b 间时的总电阻 故此时 a b 间的电压会大于接 V2时 a b 间的电压 即U1 U2 18 6V 则选 C 又RV2 RV1 则 U2 U1 2U2 18 6V U2 9 3V B 项正确 3 C 分析和解 如题给图所示 当k1断开且中线在O 处断开后 L2 L3两灯串联在两根相线 间 总电压为 380 V 两灯电压均小于 220 V 因此均变暗 答案为 C 4 D 分析和解 先认清电路结构 由可变电阻与 R2组成有两个支路的并联电路 即滑动变阻 器的 Pb 段与 R2串联后再与 Pa 段并联 P 与 a 为两端点 V1测的就是这个并联电路两端 P a 之间的电压 V2测的仅是其中一个支路中的一部分电压 即该支路的电流 I2与 R2的乘积 I2R2的值 当滑片在 a 端时 显然 V1 V2的读数均为零 随着 P 逐渐上移 可推导出 P a 间并联 电路的阻值从无到有 并在最初阶段逐渐增大 应用并联电路规律推理可知 由于题设 R2 R3 因此当 P 移到变阻器 Pa 段阻值为的位置 c 时 两个支路的电阻相等 此时 23 2 RR 并联电路的阻值最大 然后 P 滑至 b 则 R并又逐渐变小直到减为 23 max 4 RR R 并 23 23 R R RR R R1 R2 R3 图答 2 10 1 图 2 10 26 精品文档 11欢迎下载 P a 间的电压 因此 U1将由零先渐变到最大 再渐变到较小 由 1 1 E UIR RRr 并 并 此可先排除错项 A 和 B 由于 U2 I2R2 其中 R2为定值 所以只分析支路电流 I2的变化即可 在 P 由 a 移到 c 点 的过程中 可变电阻上 a c 间电阻为 含 R2的支路电阻 即 RPb R2 不断减 23 2 ac RR R 小 而其电压 U1前已述及在不断增大 所以在此阶段中由知 I2由零起不断增 1 2 2Pb U I RR 大 问题出在后一阶段 即 P 由 c 移到 b 这一过程 在此过程中若只看含 R2支路的电阻的变 化和支路端电压 U1的变化 就会遇到二者都将减小致使无法判定电流 I2如何变化的问题 在 推理过程中要兼顾局部与整体的关系 要从局部电路的变化看到对全局的影响 再回过来看 对各个相关局部电路的影响 具体来说 要分析 I2的变化 可根据 I2 I Ipa 从分析 P 由 c 滑向 b 的过程中引起的干路电流 I 和另一支路电流 Ipa的变化着手 显然 I 将因并联电阻 R并 减小增大 而 其中 U1将减小 而 RPb在增大 因此 Ipa必将减小 可见 I2将因 1 Pa Pa U I R P 由 c 滑向 b 而进一步增大 因此电压 U2也将随着进一步增大 综合上述推理结果可知 在可变电阻的滑片 P 从 a 向 b 滑动的整个过程中 电压表 V1的 读数 U1先变大后变小 电压表 V2的读数 U2则总在增大 即选项 D 是唯一正确的选项 5 B 分析和解 当变阻器R 的滑动头P向 端移动时R3变小 故总电阻变小 由闭合电路 欧姆定律知总电流I增大 则内电路电压增大 因电动势不变 故端电压U减小 R1的电压 U1 IR1增大 故R3的电压由串联电路的分压特点知U3 U U1 故U3减小 流过R2的电流 I2 U3 R2 故I2减小 由并联电路的分流特点知R3的电流I3 I I2 所以I3增大 图中电 压表测的是路端电压 因此电压表示数变小 电流表测的是I3 故电流表示数变大 B 项正 确 对本题还可作一些讨论 在分析电流表示数变化情况时 先分析了其他电阻有关物理量 变化的情况 到最后再分析变化电阻R3的电流 这是因为它的情况较复杂 但是 任何事物 都具有两重性 复杂到一定程度 量变引起质变 反而会变简单 也就是说 当滑动头P向 b端移动时 R3将减小 能减小到多少 其极限就是零即R3被短路 也可以这样分析 设想 P 向a端移动 R3将增大 其极限可视为无穷大即R3断路 电流表将没有读数 结合初 末 状态即可判断电流表示数的变化情况 当然 要注意极限法的使用要求 即所需判断的物理 量其表达式应为单调函数 也就是说 该电阻应为单调变化 6 见分析和解 4 5V 1 5A 分析和解 图中 a 点电势为零 因此 b c 点电势均为 1 5V 故 b c 点可用导线直接相连 电路等效为图答 2 10 2 所示 因为 c 点电势低于 d 点电势 所以 R1上的电流 是从 d 点经 R1流向 c 点的 由此可判断虚线框中的电源如图所 图答 2 6 2 精品文档 12欢迎下载 示 上负下正 0 5A E Udc I1 R1 R2 1 1 R U I dc 4 5V 1A I I1 I3 1 5A 3 3 R U I de 7 见分析和解 分析和解 用户正常用电时 a b 之间没有电压 因为双线绕成的初级线圈两根导线 中的电流总是大小相等而方向相反的 穿过铁芯的磁通量总为 0 副线圈中不会有感应电动 势产生 人站在地面上手误触火线 电流通过火线和人体而流向大地 不通过零线 这样变压 器的铁芯中就会有磁通量的变化 从而次级产生感应电动势 脱扣开关就会断开 8 讨论见分析和解 W 16 1 max P min 0 01W P 分析和解 1 由闭合电路欧姆定律知 I 0 RrR E 由P I2R知 R0消耗的功率为 P 即P 0 2 0 R RrR E 0 0 2 2 2 RrR R rR E 由数学知识知当时 即R0 R r时 分母最小 P有最大值 0 0 2 R R rR W 此时R0 R r 90 10 100 16 1 1090 4 5 4 22 max rR E P 当 0 R0 100 时 P随R0增大而增大 当 100 R0 400 时 P随R0增大而减小 当R0 100 时 W 16 1 max P 2 设r和R消耗的热功率为P 则P I2 R r 2 0 rR RrR E 即当R0最大 I最小时 P 最小 2 min 5 100W0 01W 500 P 评析 要弄清闭合电路中的三种功率 电源消耗的总功率P总 EI 电源的输出功率 P出 UI 电源内阻消耗的热功率P内 I2r且P总 P出 P内 电源的效率 P出 P总 100 如图答 2 10 3 所示电路 S E r 图答 2 10 3 精品文档 13欢迎下载 讨论电源的最大输出功率 P I2R r R rR E R rR E 4 2 2 2 2 当E R一定时 由 式知 电源输出功率最大的条件是让电源内阻r最小 属选电源类 型 当R r一定时 由 式知 电源输出功率最大的 条件是让E最大 属选电源类型 当E r一定时 由 式知 电源输出功率最大的 条件是改变R值 使R r 属选外电阻类型 例如本题 可把R r看成电源内阻 则R0为外电路负载 当 R0 R r时 电源对外输出功率 全部消耗在R0上 最大 2 max 1 W 4 16 E P Rr 由以上讨论可知 只有E r不变时 属选外电阻类 型电源输出功率最大的条件才是 R r 此时P出随外电阻R变化的图线为图答 2 10 4 当R r时 P出有最大值 此时 r E P 4 2 max 50 100 100 2 2 rRI RI P P 总 出 电源有相同的输出功率时 对应有两个外电阻R1 和R2 且R1 r R2 212 2 2 1 2 1 RRrR rR E R rR E 得 此时电源的效率 随外电阻R的变化曲线为图 1 5 9 R R r 100 9 8 0 5A 0 6A 6 67 分析和解 在直流电路中涉及的电阻元件一般都是线性元件 即认为其电阻一定 不随 外界条件而改变 事实上 象灯泡这样常见的用电器 在正常工作时的热态电阻与冷态电阻 相比要差 10 多倍 这类元件的I U图线应是曲线 本题采用图象法较为方便 在图 b 所示的电路中 由于电池组内阻不计 故每只灯泡两端电压U 4V 由图 a 可 读出其对应电流I 0 5A 进而由电阻定义式求得此时灯泡的电阻R U I 8 对于图 c 所示的电路 灯泡两端电压U E 2I R 式中I 为流过一只灯泡的电流 则U 8 20I 由于该灯泡上的电压 电流变化必须同时满足其伏安 特性曲线所表述的规律以及闭合电路欧姆定律 即U 8 20I P出 P OR R1R2r Pmax 图答 2 10 4 O R1rR2 R 1 0 5 2 1 图答 2 10 5 0 246 0 2 0 4 0 6 U V 图 d I A 图答 2 10 6 精品文档 14欢迎下载 故可在图 a 所示该灯泡的I U图象范围内画出U 8 20I对应的直线 见图答 2 10 6 该直 线与题设图象 曲线 的交点坐标值即为如图 a 电路中灯泡的电压U 和电流I 之大小 由图中 可知 交点的