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电路实例分析及实验(一)

导语:掌握基本的交变电路结构,能够结合实际应用情况建立简单的模型;能够根据要求使用给定器件连接电路,分析功能并进行参数计算。

120081月份,我国南方大部分地区遭遇 50年不遇的大雪灾,高压输电线路大面积受损,冻雨使输电线表面结冰,重力增大,导致线断塔倒。某学校实验兴趣小组设计了利用输电导线自身电阻发热除冰的救灾方案,将高压输电的升压变压器改为高压变压器,输电线路终端降压变压器用模拟负载 R0代替,处理后的电路原理如图所示, R L为输电线电阻,为了模拟输电线,实验时用一根长电阻丝代替 R0,并将电阻丝放入冰雪中,在变压器原线圈两端加上交变电流后即出现冰雪融化的现象。为了研究最好除冰效果,下列模拟实验除给定操作外,其它条件不变,不考虑其可行性,你认为其中最合理的是()

A.将调压变压器滑动触头 P向上移动一些

B.将调压变压器滑动触头 P向下移动一些,同时延长通电时间

C.通过计算,选择适当输出电压,并闭合 S将模拟负载 R0短时短路

D.通过计算,选择适当输出电压,并将模拟负载 R0的阻值增大一些

【答案】 C

【解析】输电线的导线电阻 R L一定,将调压变压器滑动触头 P向上移动一些,可以增大输出电压和输出电流,因此 R L上消耗的功率增大,可以增强除冰效果,但同时也增大了电能消耗;延长通电时间,虽可以增大发热量,但发热慢,若发热与导线散热平衡,则导线上的冰是不能除去的;如果所加电压适当,闭合 S将模拟负载 R0短时短路,可以将所有电能在 R L上释放而短时产生大量热量而除冰,适当电压可保证输电线不被烧断,节能省时;若增大 R0,则 R L上的电功率会减小,因此最合理的是方案 C

【点评】开放性命题,不但要判断其正确性,还要从正确方案中筛选出最为合理的设计。考生必须从热平衡、加快发热、减小能耗、操作安全等因素全面论证方案的正确性与合理性,考查了综合分析能力和节能意识。

2、电源的输出功率 P跟外电路的电阻 R有关。如图所示,是研究它们关系的实验电路。为了便于进行实验和保护蓄电池,给蓄电池串联了一个定值电阻 R0,把它们一起看作新电源(图中虚线框内部分)。新电源的内电阻就是蓄电池的内电阻和定值电阻 R0之和,用 r表示,电源的电动势用 E表示。

①写出新电源的输出功率 PErR的关系式:_______(安培表、伏特表看作理想电表)。

②在实物图中按电路图画出连线,组成实验电路。

③表中给出了 6组实验数据,根据这些数据,在方格纸中画出 P-R关系图线。根据图线可知,新电源输出功率的最大值约是______ W,当时对应的外电阻约是______

④由表中所给出的数据,还可以求哪些物理量?

【答案】

②如图所示;

③( 1.01.1) WR= 5欧;

④求出电动势和内阻。

【解析】

①电源的输出功率

所以

②实物连线如图所示:

③新电源的输出功率与电阻 R的关系计算结果如下表,描点作图如上图所示。由图可知,新电源的输出功率最大值比 1.0 W稍大,约在 1.01.02 W之间,对应的电阻约 R5Ω。

④实验电路与测电源电动势和内阻基本相同,定值电阻 R0为已知,因此由实验数据还可以计算电源电动势 E和内阻 r

【点评】该实验由测电源电动势和内阻的实验电路改进为研究电源的输出功率与外电阻 R的关系,实验又可以测定电源电动势和内阻,一举两得。实验考查考生计算、处理表格数据、描点作图以及开放思路等知识和能力。