解题思路:(1)电源的路端电压随电流的变化图线斜率大小等于电源的内阻,由闭合电路欧姆定律求出电动势.
(2)当滑片滑到最右端时,R1被短路,外电路的电阻最小,电流最大,读出电流和电压,由欧姆定律求出R2的阻值;
(3)滑动变阻器阻值最大时,外电阻最大,电流最小,由图读出电压和电流,由欧姆定律求出滑动变阻器的最大阻值.
(4)R3调到最大值时,R1、R3两端的电压达到最大值,R1消耗的功率也达最大.由于此时对应于图上的A点,根据图象得出电流,再根据闭合电路欧姆定律求出电压,进而求出R1消耗的最大功率,当R3的滑片从最左端滑到最右端时,外电路总电阻从小于电源内阻r变至大于r,当外阻和内阻相等时,电源输出功率最大.
(1)由闭合电路的欧姆定律得:E=U+IR,将图象中A、B两点的电压和电流代入得:E=16+0.2r和E=4+0.8r,解得E=20V,r=20Ω.
(2)当R3的滑片滑到最右端时,R3、R1均被短路,此时外电路电阻等于R2,且对应于图线上的B点,故由B点的U、I值可求出R2的阻值为:R2=
UB
IB=
4
0.8Ω=5Ω.
(3)当R3的滑片置于最左端时,R3阻值最大.设此时外电路总电阻为R,由图象中A点坐标求出:R=
UA
IA=
16
0.2Ω=80Ω.又R=
R1R3
R1+R3+R2,代入数据得滑动变阻器的最大阻值R3=300Ω.
(4)R3调到最大值时,R1、R3两端的电压达到最大值,R1消耗的功率也达最大.由于此时对应于图上的A点,故电路中的总电流I=0.2A.R1两端的最大电压为UR1=E−I(R2+r)=15V,R1消耗的最大功率为:PR1=
U2R1
R1=
152
100W=2.25W.当R3的滑片从最左端滑到最右端时,外电路总电阻从小于电源内阻r变至大于r,当外阻和内阻相等时,电源输出功率最大,其值为Pm=
E2
4r=
202
4×20=5W.
答:(1)电源的电动势为20V,内阻为20Ω;
(2)定值电阻R2的阻值为5Ω;
(3)滑动变阻器R3的最大值为300Ω;
(4)上述过程中R1上得到的最大功率为2.25W,电源最大的输出功率为5W.
点评:
本题考点: 电功、电功率;欧姆定律;闭合电路的欧姆定律.
考点点评: 本题要理解电源的伏安特性曲线的意义,可由图线上两点的坐标建立方程组求解电源的电动势和内阻.