14. 如图(a)所示,$R_1$为滑动变阻器,$R_0$、$R_2$均为定值电阻,电源电压恒定,改变滑动变阻器$R_1$的滑片位置,两电压表的示数随电流变化的$I-U$图像如图(b)所示。

(1)电压表$\mathrm{V}_1$测量的是哪部分电路两端的电压?
(2)定值电阻$R_2$的阻值是多少?
(3)定值电阻$R_0$的阻值和电源电压$U$分别是多少?
(1)电压表$\mathrm{V}_1$测量的是哪部分电路两端的电压?
(2)定值电阻$R_2$的阻值是多少?
(3)定值电阻$R_0$的阻值和电源电压$U$分别是多少?
答案
解:
(1)由图(a)的串联电路结构可知,电压表$\mathrm{V}_1$测量的是滑动变阻器$R_1$和定值电阻$R_2$两端的总电压。
(2)定值电阻$R_2$的阻值随电流增大,其两端电压同步增大,因此图(b)中上升的图线是电压表$\mathrm{V}_2$的$I-U$图像。
根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$,取图像中$I=4\ \mathrm{A}$、$U_2=4\ \mathrm{V}$的对应点:
$R_2=\frac{U_2}{I}=\frac{4\ \mathrm{V}}{4\ \mathrm{A}}=1\ \Omega$
(3)串联电路总电压等于各部分电路电压之和,因此电源电压满足$U=U_{\mathrm{V}_1}+IR_0$。
从图像中取两组对应数据:
第一组:电流$I_1=1\ \mathrm{A}$时,电压表$\mathrm{V}_1$的示数$U_1=9\ \mathrm{V}$,代入得:
$U=9\ \mathrm{V} + 1\ \mathrm{A} × R_0$
第二组:电流$I_2=4\ \mathrm{A}$时,电压表$\mathrm{V}_1$的示数$U_1'=4\ \mathrm{V}$,代入得:
$U=4\ \mathrm{V} + 4\ \mathrm{A} × R_0$
联立两式解得:
$R_0=\frac{5}{3}\ \Omega \approx 1.67\ \Omega,\quad U=\frac{32}{3}\ \mathrm{V}\approx10.7\ \mathrm{V}$
答:(1)电压表$\mathrm{V}_1$测$R_1$和$R_2$的总电压;(2)$R_2$的阻值为$1\ \Omega$;(3)$R_0$的阻值为$\frac{5}{3}\ \Omega$(约$1.67\ \Omega$),电源电压为$\frac{32}{3}\ \mathrm{V}$(约$10.7\ \mathrm{V}$)。
(1)由图(a)的串联电路结构可知,电压表$\mathrm{V}_1$测量的是滑动变阻器$R_1$和定值电阻$R_2$两端的总电压。
(2)定值电阻$R_2$的阻值随电流增大,其两端电压同步增大,因此图(b)中上升的图线是电压表$\mathrm{V}_2$的$I-U$图像。
根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$,取图像中$I=4\ \mathrm{A}$、$U_2=4\ \mathrm{V}$的对应点:
$R_2=\frac{U_2}{I}=\frac{4\ \mathrm{V}}{4\ \mathrm{A}}=1\ \Omega$
(3)串联电路总电压等于各部分电路电压之和,因此电源电压满足$U=U_{\mathrm{V}_1}+IR_0$。
从图像中取两组对应数据:
第一组:电流$I_1=1\ \mathrm{A}$时,电压表$\mathrm{V}_1$的示数$U_1=9\ \mathrm{V}$,代入得:
$U=9\ \mathrm{V} + 1\ \mathrm{A} × R_0$
第二组:电流$I_2=4\ \mathrm{A}$时,电压表$\mathrm{V}_1$的示数$U_1'=4\ \mathrm{V}$,代入得:
$U=4\ \mathrm{V} + 4\ \mathrm{A} × R_0$
联立两式解得:
$R_0=\frac{5}{3}\ \Omega \approx 1.67\ \Omega,\quad U=\frac{32}{3}\ \mathrm{V}\approx10.7\ \mathrm{V}$
答:(1)电压表$\mathrm{V}_1$测$R_1$和$R_2$的总电压;(2)$R_2$的阻值为$1\ \Omega$;(3)$R_0$的阻值为$\frac{5}{3}\ \Omega$(约$1.67\ \Omega$),电源电压为$\frac{32}{3}\ \mathrm{V}$(约$10.7\ \mathrm{V}$)。
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