Question

【題目】如圖1所示，用電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電源，向滑動(dòng)變阻器R供電。改變變阻器R的阻值，路端電壓U與電流I均隨之變化。

（1）以U為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，在圖2中畫出變阻器阻值R變化過程中U-I圖像的示意圖，并說明U-I圖像與兩坐標(biāo)軸交點(diǎn)的物理意義。

（2）a．請(qǐng)?jiān)趫D2畫好的U-I關(guān)系圖線上任取一點(diǎn)，畫出帶網(wǎng)格的圖形，以其面積表示此時(shí)電源的輸出功率；

b．請(qǐng)推導(dǎo)該電源對(duì)外電路能夠輸出的最大電功率及條件。

（3）請(qǐng)寫出電源電動(dòng)勢(shì)定義式，并結(jié)合能量守恒定律證明：電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于內(nèi)、外電路電勢(shì)降落之和。

Answer 1

【答案】（1）U–I圖象如圖所示：

圖象與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為電源電動(dòng)勢(shì)，與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為短路電流

（2）a如圖所示：

b.

（3）見解析

【解析】（1）U–I圖像如圖所示，

其中圖像與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為電源電動(dòng)勢(shì)，與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為短路電流

（2）a．如圖所示

b．電源輸出的電功率：

當(dāng)外電路電阻R=r時(shí)，電源輸出的電功率最大，為

（3）電動(dòng)勢(shì)定義式：

根據(jù)能量守恒定律，在圖1所示電路中，非靜電力做功W產(chǎn)生的電能等于在外電路和內(nèi)電路產(chǎn)生的電熱，即

本題答案是：（1）U–I圖像如圖所示，

其中圖像與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為電源電動(dòng)勢(shì)，與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為短路電流

（2）a．如圖所示

當(dāng)外電路電阻R=r時(shí)，電源輸出的電功率最大，為

（3）