Question

如圖電路，R₁為定值電阻，阻值為10歐，電源電壓為7伏，且恒定不變，電阻R的阻值要隨兩端所加電壓的變化而變化，變化規(guī)律為R=4歐+2U?1/安．電路周圍環(huán)境溫度保持25℃不變，R散熱跟它環(huán)境溫度的關(guān)系是溫度每差1℃放熱4.5×10^-2焦/（秒?℃），求
（1）調(diào)節(jié)R₂，使R₁與 R消耗的電功率相等，這時(shí)R的溫度是多少？
（2）R₂=0時(shí)，R上的電壓和電阻各為多少？

Answer 1

解：
（1）R₁與 R消耗的電功率相等時(shí)，兩電阻相等
即R₁=R=10Ω
因?yàn)橐阎?0Ω=4Ω+2U_R×，
U_R=U₁=3V，
通過(guò)電阻R和R₁的電流為I_R==0.3A
電阻R上每秒產(chǎn)生的熱量為
Q=I²R=（0.3A）²×10Ω=0.9W=0.9J/s
設(shè)R穩(wěn)定溫度為T，則R與環(huán)境溫度差為：
T-25℃==20℃
T=45℃
（2）R₂=0時(shí)，電阻R和R₁串聯(lián)，設(shè)電阻R兩端電壓為U_R，根據(jù)題意得
U_R=7V-IR₁①
U_R=IR=I（4Ω+2U_R×）②
解得：U_R=V
R=（4+2）Ω
答：
（1）R的溫度是45℃；
（2）R兩端電壓為V，阻值為（4+2）Ω．
分析：（1）電阻R與R₁串聯(lián)，功率大小用P=I²R分析．要使兩者消耗的功率相等，必須使它們的電阻相同．利用R=4Ω+2U₁/A能夠得出R₁兩端電壓，也就是電阻R兩端電壓，已知R的阻值，利用I=得到電路電流；根據(jù)Q=I²R計(jì)算出電阻R每秒產(chǎn)生的熱量；最后根據(jù)電阻散熱與環(huán)境溫度的關(guān)系式得出R的溫度．
（2）R₂=0時(shí)，電路只有電阻R和R₁串聯(lián)．電阻R兩端電壓為電源電壓與電阻R₁兩端電壓之差；同時(shí)也等于通過(guò)的電流與電阻值的乘積．
點(diǎn)評(píng)：正確理解并應(yīng)用電阻R的變化規(guī)律是解決此題的第一步．