现有一个电阻元件Z,可能是由金属材料制成的,它的电阻随温度的升高而增大,也可能是由某种半导体材料制成的,其电阻随温度的升高而减小.现用图示电路对其进行测试,其中R为定

发布时间:2020-07-28 23:37:52

现有一个电阻元件Z,可能是由金属材料制成的,它的电阻随温度的升高而增大,也可能是由某种半导体材料制成的,其电阻随温度的升高而减小.现用图示电路对其进行测试,其中R为定值电阻,电源电压可调,实验中从0开始逐渐增大电源电压,测得通过Z的电流与加在它两端的电压数据如表所示:
U/V0.00.20.51.01.52.02.53.0I/A0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2000.205利用这些数据绘出Z的I-U曲线如图所示.请根据表中数据和图线解决下列问题:

(1)Z是由________(金属/半导体)?材料制成的.当Z两端电压为1.5V时,Z消耗的电功率是________W;
(2)当电源电压为U=3.5V时,电流表的读数为0.200A,求定值电阻R的阻值;
(3)当电源电压调到某一适当值时,元件Z与定值电阻R消耗的电功率相等,求此时电源电压.

网友回答

解:(1)由表中数据可知:
对应的电阻为:4Ω、5Ω、6.7Ω、8.3Ω、10.3Ω、12.5Ω、14.5Ω;
对应的电功率为:0.01W、0.05W、0.15W、0.27W、0.39W、0.5W、0.615W;
由以上数据可知:电热功率越来越大,而电阻越来越大,说明电阻随温度的升高而变大,所以是金属材料制成的,当Z两端电压为1.5V时消耗的电功率为0.27W.
(2)电流表的读数为0.200A,从表格?(或图象)查得Z两端电压UZ=2.5V.
则UR=U-UZ=3.5V-2.5V=1.0V,
定值电阻R的阻值为R==5Ω.
(3)解法一:
∵R与Z串联,
∴IZ=IR,
又∵PR=PZ,P=IU,
∴UR=UZ,
如图,作出R的电流随电压变化的I-U图象.满足条件的工作点应是图中两图象的交点,
由图象可知:IZ=IR=0.1A,UR=UZ=0.5V
∴电源电压U=UR+UZ=1.0V
解法二:
∵R与Z串联,
∴IZ=IR,
∵PR=PZ,P=IR2,
∴RR=RZ,
由图象可知:IZ=0.1A,UZ=0.5V时,R==5Ω=RR,
电源电压U=UR+UZ=IR+UR=0.1A×5Ω+0.5V=1.0V.
答:(1)金属;0.27;
(2)定值电阻R的阻值为5Ω;
(3)当元件Z与定值电阻R消耗的电功率相等时电源电压为1.0V.解析分析:(1)由表中数据,根据欧姆定律和P=UI分别求出电阻、电功率的大小,即可得出Z是由什么材料制成的;再根据图象读出电压表为1.5V时对应的电流,根据P=UI求出Z消耗的电功率.(2)先从图象中读出电流表的示数为0.200A时电压表的示数,再根据串联电路的电压特点求出R两端的电压,最后根据欧姆定律求出定值电阻R的阻值.(3)方法一、根据串联电路各处的电流相等和P=UI可知Z、R两端的电压相等,作出R的电流随电压变化的I-U图象,由图可知两图的交叉点即为符合要求电压,再根据串联电路的电压特点求出电源的电压;方法二、根据串联电路各处的电流相等和P=I2R可知Z、R的电阻相等,由图象可知Z两端的电压为0.5V、通过的电流为0.1A时Z、R的电阻相等,再根据串联电路的电压特点求出电源的电压.点评:本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率的计算,关键是根据数据判断Z制成的材料,难点是元件Z与定值电阻R消耗的电功率相等时电压和电流的判断.
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