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摘要:在恒定电流一章的学习中求电功率是高考的必考考点,其中求某一电阻的实际功率常用U-I图像工作点法。何为工作点?某电源与某电阻连接在一起时,电阻工作的电压和电流值,在U-I图线坐标上为一个点,称之为工作点。下面以一个简单例题来说明用工作点法来求解实际功率。
关键词:工作点;功率;高考
在如图1所示的U-I图像中,直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I图线。用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路,由图像可知,工作点为2 V、2 A,所以电阻的功率为4 W,电源的输出功率为4 W。
小灯泡的伏安特性曲线是非线性的,当小灯泡与电池相连其功率可以由工作点法来求。
例1如图2,直线A为某电源 的U-I图线,曲线B为某小灯泡L1的U-I图线的一部分,用该电源和小灯泡L1串联起来组成闭合回路时灯泡L1恰能正常发光,小灯泡的额定功率是多少?
解析:由图像可知,该灯泡的工作点为两图像的交点,因为灯L1正常发光,故灯L1的额定电压为3 V,电流为2 A,额定功率为P=UI=3×2 W=6 W。
当两灯连在同一电源上时,工作点法也能方便地解决求解功率的问题。
在2017新课标1卷中,23题体现了高中新课程探究性学习的理念和联系实际生活的理念,对中学物理教学起到很好的导向作用,在模拟题当中也经常考到这种问题,2017成都模拟原题如下:
当小灯泡发光时,其灯丝的电阻会随着发光亮度的变化而变化。某同学为研究这一现象,按照自己设计的实验电路测量出小灯泡的电流I和电压U,得到如下表所示的数据。
(1)请你根据上表数据的特点,在答题卡的虚线框中画出实验电路图。可用的器材有:电源(电动势为3 V);小灯泡;电压表(量程3 V,内阻约3 kΩ);电流表(量程0.6 A,内阻约0.2 Ω);滑动变阻器(变化范围0~10 Ω);开关和导线若干。
(2)①在答题卡的坐标纸上画出小灯泡的U-I曲线(图上已描出部分点)。
②由图可知:灯丝的电阻随灯泡发光亮度增加而变大(填“变大”或“变小”)。
(3)如果将上述实验中使用的小灯泡接在电动势为1.5 V,内阻为2.0Ω的电源两端,利用上面的U-I曲线可求出小灯泡的实际功率是0.28 W,电源效率为53%(保留2位有效数字)。
解析如下:(1)由题意可知,测量数据由零开始变化,故本实验应采用滑动变阻器分压接法,同时小灯泡内阻较小,故电流表采用外接法;电路图如答图1所示。
(2)①根据描点法可得出对应的伏安特性曲线,如答图2所示。
②U-I图像中图像的斜率表示电阻的大小,由图可知,斜率增大,故说明灯泡内阻变大。
③在图2中作出电源的伏安特性曲线,两图的交点表示灯泡的工作点,由图可知,电压U=0.8V,电流I=0.35 A,则功率为:
P=UI=0.35×0.8=0.28 W;
电源的效率为:
η=×100%=×100%=53%。
故答案为:(1)如答图1所示;(2)①如答图2所示;②變大;③0.28(0.26-0.30均可以);53%。
关键词:工作点;功率;高考
在如图1所示的U-I图像中,直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I图线。用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路,由图像可知,工作点为2 V、2 A,所以电阻的功率为4 W,电源的输出功率为4 W。
小灯泡的伏安特性曲线是非线性的,当小灯泡与电池相连其功率可以由工作点法来求。
例1如图2,直线A为某电源 的U-I图线,曲线B为某小灯泡L1的U-I图线的一部分,用该电源和小灯泡L1串联起来组成闭合回路时灯泡L1恰能正常发光,小灯泡的额定功率是多少?
解析:由图像可知,该灯泡的工作点为两图像的交点,因为灯L1正常发光,故灯L1的额定电压为3 V,电流为2 A,额定功率为P=UI=3×2 W=6 W。
当两灯连在同一电源上时,工作点法也能方便地解决求解功率的问题。
在2017新课标1卷中,23题体现了高中新课程探究性学习的理念和联系实际生活的理念,对中学物理教学起到很好的导向作用,在模拟题当中也经常考到这种问题,2017成都模拟原题如下:
当小灯泡发光时,其灯丝的电阻会随着发光亮度的变化而变化。某同学为研究这一现象,按照自己设计的实验电路测量出小灯泡的电流I和电压U,得到如下表所示的数据。
(1)请你根据上表数据的特点,在答题卡的虚线框中画出实验电路图。可用的器材有:电源(电动势为3 V);小灯泡;电压表(量程3 V,内阻约3 kΩ);电流表(量程0.6 A,内阻约0.2 Ω);滑动变阻器(变化范围0~10 Ω);开关和导线若干。
(2)①在答题卡的坐标纸上画出小灯泡的U-I曲线(图上已描出部分点)。
②由图可知:灯丝的电阻随灯泡发光亮度增加而变大(填“变大”或“变小”)。
(3)如果将上述实验中使用的小灯泡接在电动势为1.5 V,内阻为2.0Ω的电源两端,利用上面的U-I曲线可求出小灯泡的实际功率是0.28 W,电源效率为53%(保留2位有效数字)。
解析如下:(1)由题意可知,测量数据由零开始变化,故本实验应采用滑动变阻器分压接法,同时小灯泡内阻较小,故电流表采用外接法;电路图如答图1所示。
(2)①根据描点法可得出对应的伏安特性曲线,如答图2所示。
②U-I图像中图像的斜率表示电阻的大小,由图可知,斜率增大,故说明灯泡内阻变大。
③在图2中作出电源的伏安特性曲线,两图的交点表示灯泡的工作点,由图可知,电压U=0.8V,电流I=0.35 A,则功率为:
P=UI=0.35×0.8=0.28 W;
电源的效率为:
η=×100%=×100%=53%。
故答案为:(1)如答图1所示;(2)①如答图2所示;②變大;③0.28(0.26-0.30均可以);53%。