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高中數學電路工作點

更新時間:2023-10-26 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

電源必須工作在U=E-Ir這個函數上,外電路必須工作在U=f(I)這個函數上,即伏安特點曲線上,為此電路必須工作在這兩個函數圖象的交點上,這個交點稱之為電路工作點。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

【方法點撥】用燈泡的U、I表示電源的外特點曲線。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

就是用燈泡的電流U來表示電源的路端電流,燈泡的電壓I來表示電源的內電壓,這樣就統一了座標系,用U、I表示電源的外特點曲線。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

路端電流=電源電動勢-內內阻7oJ物理好資源網(原物理ok網)

例題:在如圖甲所示7oJ物理好資源網(原物理ok網)

的電路中,電源電動勢為3.0V,電阻不計,L?、L?、L?為3個相同尺寸的小燈泡,這些小燈泡的伏安特點曲線如圖乙所示。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

當開關閉合后,下述判定正確的是()7oJ物理好資源網(原物理ok網)

A.燈泡L?的阻值為12Ω7oJ物理好資源網(原物理ok網)

B.通過燈泡L?的電壓為通過燈泡L?電壓的2倍7oJ物理好資源網(原物理ok網)

C.燈泡L?消耗的電功率為0.75W7oJ物理好資源網(原物理ok網)

D.燈泡L?消耗的電功率為0.30W7oJ物理好資源網(原物理ok網)

例題:如圖所示,7oJ物理好資源網(原物理ok網)

直線a為某電源的U-I圖線,曲線b為某小燈泡A的U-I圖線的一部份,用該電源和小燈泡A組成閉合電路時,小燈泡A正好能正常發光,則下述說法正確的是()7oJ物理好資源網(原物理ok網)

A.此電源的電阻約為0.67Ω7oJ物理好資源網(原物理ok網)

B.燈泡A的額定電流為3V,額定功率為6W7oJ物理好資源網(原物理ok網)

C.把燈泡A換成“3V20W”的燈泡B,電源的輸出功率將變小7oJ物理好資源網(原物理ok網)

D.把燈泡A和“3V20W”的燈泡B并聯后接在電源上,兩燈泡仍能正常發光7oJ物理好資源網(原物理ok網)

例題:一個標有“3V0.5A”小燈泡L的伏安特點曲線如圖所示,電源電動勢為3V,電阻為5Ω.7oJ物理好資源網(原物理ok網)

1.把這個小燈泡介入到電源電動勢為3V,電阻為5Ω的電源兩端,求燈泡的功率.7oJ物理好資源網(原物理ok網)

交點就是燈泡的工作點。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

2.把兩個相同的燈泡串連接入同樣的電源中,求燈泡的功率7oJ物理好資源網(原物理ok網)

用燈泡的U、I表示電源的路端電流和內電壓,路端電流=2U,內電壓=I,于是電源外特點曲線多項式為:2U=E-Ir7oJ物理好資源網(原物理ok網)

整理得:U=E/2-I·r/2,畫出圖象,找到工作點.7oJ物理好資源網(原物理ok網)

【其它方式】:組合法7oJ物理好資源網(原物理ok網)

把兩個燈泡看作一個整體,畫出組合體新的伏安特點曲線圖。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

3.把兩個相同的燈泡并聯接入同樣的電源中,求燈泡的功率7oJ物理好資源網(原物理ok網)

電源路端電流=U,電源內電壓=2I,電源外特點曲線多項式:U=E-2I·r,畫出圖象,找到工作點.7oJ物理好資源網(原物理ok網)

4.把燈泡和一定值內阻R=5Ω串連接入電源.7oJ物理好資源網(原物理ok網)

路端電流=U+IR,內電壓=I,電源外特點曲線多項式為:7oJ物理好資源網(原物理ok網)

U+IR=E-Ir,整理得7oJ物理好資源網(原物理ok網)

U=E-I(R+r),7oJ物理好資源網(原物理ok網)

代入數據得7oJ物理好資源網(原物理ok網)

U=3-10I.7oJ物理好資源網(原物理ok網)

另一種方式(等效電源法):把定值內阻移入電源,電源電動勢依然為E,電源電阻為R+r,電源外特點曲線多項式:U=E-I·(R+r),代入數據得U=3-10I.7oJ物理好資源網(原物理ok網)

5.把燈泡和一定值內阻R=5Ω并聯接入電源7oJ物理好資源網(原物理ok網)

路端電流=U,內電壓=I+U/R,得到U=E-(I+U/R)r,整理得7oJ物理好資源網(原物理ok網)

代入數據得,7oJ物理好資源網(原物理ok網)

U=1.5-2.5I7oJ物理好資源網(原物理ok網)

把定值內阻移入電源,電源電阻為r′=R·r/R+r7oJ物理好資源網(原物理ok網)

新電源電動勢E′=1.5V,新電源電阻r′=2.5Ω.可得,7oJ物理好資源網(原物理ok網)

U=E′-Ir′,代入數據得7oJ物理好資源網(原物理ok網)

U=1.5-2.5I7oJ物理好資源網(原物理ok網)

二、組合器件的工作點問題7oJ物理好資源網(原物理ok網)

1、串聯內阻7oJ物理好資源網(原物理ok網)

例題:如圖所示7oJ物理好資源網(原物理ok網)

電功率的規律_電功率規律是什么_電功率的規律總結7oJ物理好資源網(原物理ok網)

為兩個內阻器件R?、R?的伏安特點曲線,將二者串聯后,接在電動勢為3V、內阻為1.25Ω的電源上,則()7oJ物理好資源網(原物理ok網)

A、電路中的電壓約為0.3A7oJ物理好資源網(原物理ok網)

B、電路中的電壓約為0.4A7oJ物理好資源網(原物理ok網)

C、電源的輸出功率約為1W7oJ物理好資源網(原物理ok網)

D、R2消耗的電功率約為1W7oJ物理好資源網(原物理ok網)

方式一:卷尺法7oJ物理好資源網(原物理ok網)

由圖可知,通過三個器件的電壓相等,且R?、R?兩端電流之和U?+U?,等于電源路端電流U;在座標紙上做出電源的U-I圖像,如圖所示,將尺子豎直放置,并左右平移,直至尺子邊沿與三根圖線交點的縱座標滿足U=U?+U?,;由圖可知,電路中的電壓約為0.4A,U約為2.5V,故電源輸出功率約為1W,而U?約為1.0V,即R?消耗的電功率約為0.4W。本題選BC。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

方式二:組合法7oJ物理好資源網(原物理ok網)

將R?、R?串聯后視為一個器件,則該器件的伏安特點曲線如圖中實線所示(相同的I,U=U?+U?);7oJ物理好資源網(原物理ok網)

其與電源的U-I圖像的交點座標約為(0.4A,2.5V),即電源的輸出電壓約為0.4A,輸出電流約為2.5V,7oJ物理好資源網(原物理ok網)

通過R?、R?的電壓約為0.4A,由R?的伏安特點曲線可知R?兩端電流約為7oJ物理好資源網(原物理ok網)

1.0V。則電源輸出功率約為1W,R?消耗的電功率約為0.4W。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

例題:勾勒一個標有“3V0.5A”小燈泡L的伏安特點曲線。實驗室提供的實驗器材有:7oJ物理好資源網(原物理ok網)

A.電源E(電動勢為4V,電阻約1Ω)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

B.電壓表A?(阻值為0.6A,電阻約0.5Ω)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

C.電壓表A?(阻值為3A,電阻約0.1Ω)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

D.電流表V(阻值為3V,電阻約3kΩ)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

E.電流表V?(阻值為5V,電阻約15kΩ)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

F.滑動變阻器R?(最大電阻10Ω)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

G.滑動變阻器R?(最大電阻100Ω)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

H.開關一個、導線若干7oJ物理好資源網(原物理ok網)

(1)為了能多測幾組數據并能從零開始檢測,某小組設計電路圖如圖甲所示,7oJ物理好資源網(原物理ok網)

則在該電路中,電壓表選擇___7oJ物理好資源網(原物理ok網)

電流表選擇___,滑動變阻器選擇___7oJ物理好資源網(原物理ok網)

(此三空均填相應器材前的代號)。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

(2)在根據合理的電路及操作檢測后,做出如圖乙所示7oJ物理好資源網(原物理ok網)

的小燈泡的伏安特點曲線。現將同樣尺寸的小燈泡分別接入如圖丙、丁所示7oJ物理好資源網(原物理ok網)

的電路中,已知電源電動勢E′=3.0V,電源電阻r′=5Ω,圖丁中的定值內阻R=5Ω,則圖丙中小燈泡的實際功率為___W;圖丁中一個小燈泡的實際功率為___W。(兩個空均保留兩位有效數字)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

例題:熱敏內阻包括正氣溫系數內阻器(PTC)和負氣溫系數內阻器(NTC).正氣溫系數內阻器(PTC)在室溫下降時內阻值減小,負氣溫系數內阻器(NTC)在室溫下降時內阻值降低,熱敏內阻的這些特點,經常應用在控制電路中.某實驗小組選用下述器材探究通過熱敏內阻R,(常溫下電阻約為10.0Ω)的電壓隨其兩端電流變化的特性.7oJ物理好資源網(原物理ok網)

A.電壓表A?,(阻值0~100mA,電阻約1Ω)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

B.電壓表A?,(阻值0~0.6A,電阻約0.3)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

C.電流表V?,(阻值0~3.0V,電阻約3kΩ)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

D.電流表V?,(阻值0~15.0V,電阻約10kΩ)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

E.滑動變阻器R(最大電阻為10Ω)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

F.滑動變阻器R'(最大電阻為500Ω)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

G.電源E(電動勢15V,電阻可忽視)7oJ物理好資源網(原物理ok網)

H.開關、導線若干7oJ物理好資源網(原物理ok網)

(1)實驗中改變滑動變阻器滑片的位置,使加在熱敏內阻兩端的電流從零開始逐步減小,請在所提供的器材中選擇必需的器材,應選擇的器材為電壓表___;電流表___滑動變阻器___(只需填寫器材后面的字母即可).7oJ物理好資源網(原物理ok網)

(2)請在所提供的器材中選擇必需的器材,在實線框內畫出該小組設計的電路圖.7oJ物理好資源網(原物理ok網)

(3)該小組測出熱敏內阻R?的U一I圖線如圖甲中曲線I所示.請剖析說明該熱敏內阻是___(填“PTC”或“NTC”).7oJ物理好資源網(原物理ok網)

(4)該小組又通過查閱資料得出了熱敏內阻R?的U一I圖線如圖甲中曲線Ⅱ所示.之后又將熱敏內阻R?、R?分別與某電瓶連成如圖乙所示電路,7oJ物理好資源網(原物理ok網)

測得通過R?和R?的電壓分別為0.30A和0.60A,則該電板組的電動勢為___V,電阻為___Ω(結果均保留三位有效數字).7oJ物理好資源網(原物理ok網)

[解析]按照U-I圖象可讀出l?=0.3A時對應的電流U?=8.0V,當I?=0.6A時對應的電流U?=6.0V,7oJ物理好資源網(原物理ok網)

圖象上這兩個點都在電源的伏安特點曲線上,將這兩點用直線連上去,即為電源的伏安特點曲線,如圖所示,7oJ物理好資源網(原物理ok網)

則由縱截距可得E=10.0V,由斜率可得r=6.67Ω.7oJ物理好資源網(原物理ok網)

例題:如圖所示7oJ物理好資源網(原物理ok網)

為兩個內阻器件R?、R?的伏安特點曲線,將二者串聯后,7oJ物理好資源網(原物理ok網)

接在電動勢為3V、內阻為1.25Ω的電源上,則()7oJ物理好資源網(原物理ok網)

A、電路中的電壓約為0.3A7oJ物理好資源網(原物理ok網)

B、電路中的電壓約為0.4A7oJ物理好資源網(原物理ok網)

C、電源的輸出功率約為1W7oJ物理好資源網(原物理ok網)

D、R?消耗的申功率約為1W7oJ物理好資源網(原物理ok網)

電功率的規律總結_電功率的規律_電功率規律是什么7oJ物理好資源網(原物理ok網)

【解析】7oJ物理好資源網(原物理ok網)

方式一:卷尺法7oJ物理好資源網(原物理ok網)

由圖可知,通過三個器件的電壓相等,且R?、R?兩端電流之和U?+U?,等于電源路端電流U;在座標紙上做出電源的U-I圖像,如圖所示,7oJ物理好資源網(原物理ok網)

將尺子豎直放置,并左右平移,直至尺子邊沿與三根圖線交點的縱座標滿足U=U?+U?,由圖可知,電路中的電壓約為0.4A,U約為2.5V,故電源輸出功率約為1W,而U?約為1.0V,即R?消耗的電功率約為0.4W。本題選BC。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

也可以這樣畫圖,做出電阻r的U-I圖.如圖所示7oJ物理好資源網(原物理ok網)

將尺子豎直放置,并左右平移,直至尺子邊沿與三根圖線交點的縱座標滿足E=U?+U?+U?,由圖可知,電路中的電壓約為0.4A,U約為2.5V,故電源輸出功率約為1W,而U?約為1.0V,即R?消耗的電功率約為0.4W。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

方式二:組合法7oJ物理好資源網(原物理ok網)

將R?、R?串聯后視為一個器件,則該器件的伏安特點曲線如圖中實線所示7oJ物理好資源網(原物理ok網)

(相同的I,U=U?+U?),其與電源的U-I圖像的交點座標約為(0.4A,2.5V),即電源的輸出電壓約為0.4A,輸出電流約為2.5V,通過R?、R?的電壓約為0.4A,由R?的伏安特點曲線可知R?兩端電流約為1.0V。則電源輸出功率約為1W,R?消耗的電功率約為0.4W。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

例題:如圖所示7oJ物理好資源網(原物理ok網)

為兩個小燈泡L?、L?的伏安特點曲線,將兩個這樣的小燈泡并聯后,接在電動勢為3V、內阻為3Ω的電源上電功率規律是什么,則()7oJ物理好資源網(原物理ok網)

A.L?中的電壓約為0.2A7oJ物理好資源網(原物理ok網)

B.L?的電功率約為0.5W7oJ物理好資源網(原物理ok網)

C.電源的輸出功率約為1W7oJ物理好資源網(原物理ok網)

D.電源的效率約為50%7oJ物理好資源網(原物理ok網)

【解析】7oJ物理好資源網(原物理ok網)

方式一:卷尺法7oJ物理好資源網(原物理ok網)

兩個燈泡并聯后,加在兩燈泡兩端的電流U相等,且等于電源的輸出電流U,通過的電壓之和I?+I?等于電源的輸出電壓I;在座標紙上做出電源的U-I圖像,將尺子水平放置,并上下平移,直至尺子邊沿與三根圖線交點的橫座標滿足I=I?+I?,如圖所示;7oJ物理好資源網(原物理ok網)

由圖可知,電源的輸出電流約為1.5V,輸出電壓約為0.5A,通過的L電壓約為0.2A,通過的L?電壓約為0.3A電功率規律是什么,故電源輸出功率約為0.75W,效率約為50%,而L?消耗的電功率約為0.45W。本題選AD。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

方式二:試探法7oJ物理好資源網(原物理ok網)

做出r的U-I圖,兩燈電流相等,兩燈電壓之和等于內電壓,通過不斷試探,找到工作點,如圖所示.7oJ物理好資源網(原物理ok網)

方式三:組合法7oJ物理好資源網(原物理ok網)

兩個小燈泡并聯后視為一個器件,則該器件的伏安特點曲線如圖中實線所示(相同的U,I=l?+I?):其與電源的U-I圖像的交點座標約為(0.5A,1.5V),即電源的輸出電壓約為0.5A,輸出電流約為1.5V,即每位小燈泡兩端電流約為1.5V,由小燈泡的伏安特點曲線可知通過的L?電壓約為0.2A,通過的L?電壓約為0.3A。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

例題:某種小燈泡的伏安特點曲線如圖甲7oJ物理好資源網(原物理ok網)

所示,三個完全相種小燈泡聯接成如圖乙所示7oJ物理好資源網(原物理ok網)

的電路,電源的電源的電動勢為3.0V、內阻2.5Ω,為現閉合開關S,則()7oJ物理好資源網(原物理ok網)

A.L?中的電壓約為0.28A7oJ物理好資源網(原物理ok網)

B.L?的電功率約為0.1W7oJ物理好資源網(原物理ok網)

C.電源的輸出功率約為1W7oJ物理好資源網(原物理ok網)

D.電源的效率約為76.7%7oJ物理好資源網(原物理ok網)

[解析]L?、L?并聯后視為一個器件a,則a器件的伏安特點曲線如圖中7oJ物理好資源網(原物理ok網)

同電流,電壓是2倍7oJ物理好資源網(原物理ok網)

實線a所示;7oJ物理好資源網(原物理ok網)

再將這個組合器件a與L?組合為器件b,則器件b的伏安特點曲線如圖中7oJ物理好資源網(原物理ok網)

實線b所示;再將電源的U-I圖像7oJ物理好資源網(原物理ok網)

畫在座標紙上,如圖所示其與b圖線的交點座標約為(0.28A,2.3V),即電源的輸出電壓約為0.28A,輸出電流約為2.3V,電源的輸出功率約為0.644W,效率約為76.7%;通過L?的電壓約為0.28A,由小燈泡的伏安特點曲線可知L?兩端電流約為1.7V;通過組合器件a的電壓也約為0.28A,由器件a的伏安特點曲線可知,器件a兩端電流約為0.6V,即L?、L?兩端電流均約為0.6V,由小燈泡的伏安特點曲線可知的通過的L?、L?電壓約為0.17A,L?、L?的電功率約為0.1W。故本題選ABD。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

例題:如圖甲所示,7oJ物理好資源網(原物理ok網)

不計水表對電路的影響,改變滑動變阻器的滑片位置,測得電流表V?和V?隨電壓表A的示數變化規律分別如圖乙中a、b所示,7oJ物理好資源網(原物理ok網)

下述判定正確的是()7oJ物理好資源網(原物理ok網)

A.圖線a的延長線與橫軸交點的座標值等于電源電動勢7oJ物理好資源網(原物理ok網)

B.圖線b斜率的絕對值等于電源的電阻7oJ物理好資源網(原物理ok網)

C.圖線a、b交點的橫、縱座標之積等于此狀態下電源的輸出功率7oJ物理好資源網(原物理ok網)

D.圖線a、b交點的橫、縱座標之積等于此狀態下內阻R?消耗的功率7oJ物理好資源網(原物理ok網)

【解析】當變阻器滑片往右滑動時,內阻減少,電壓減小,電流表V?的示數減小,V?的示數減少,所以圖線b是電流表V?示數的變化情況,圖線a是電流表V?示數的變化情況;當外電路內阻無限大時,電路中電流為0,故此時電流表V?的示數就是a的延長線與橫軸交點的座標值,它等于電源的電動勢,A正確;圖線b斜率的絕對值等于內阻R。的電阻,B錯誤;圖線a、b交點的橫、縱座標之積既等于此狀態下電源的輸出功率,也等于內阻R,消耗的功率,C、D正確。圖線a、b的交點表示R早已漏電,R?的電流就會和路端電流相等。7oJ物理好資源網(原物理ok網)

例題:如圖所示,圖甲中M為一電動機,當滑動變阻器R的觸頭從一端滑到另一端的過程中,兩電流表的讀數隨電壓表讀數的變化情況如圖乙所示。已知電壓表讀數在0.2A以下時,電動機沒有發生轉動。不考慮水表對電路的影響,以下判定正確的是()7oJ物理好資源網(原物理ok網)

A.電路中的電源電動勢為3.6V7oJ物理好資源網(原物理ok網)

B.變阻器的滑片往右滑動時,V?讀數逐步減少7oJ物理好資源網(原物理ok網)

C.此電路中,電動機的最大輸出功率為0.54W7oJ物理好資源網(原物理ok網)

D.變阻器的最大電阻為36Ω7oJ物理好資源網(原物理ok網)

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