题目
一个电热器,接在10V的直流电源上,产生的功率为P。把它改接在正弦交流电源上,使其产生的功率为P/2,则正弦交流电源电压的最大值为( )A. 7.07VB. 5VC. 10V
一个电热器,接在10V的直流电源上,产生的功率为P。把它改接在正弦交流电源上,使其产生的功率为P/2,则正弦交流电源电压的最大值为( )
A. 7.07V
B. 5V
C. 10V
题目解答
答案
C. 10V
解析
考查要点:本题主要考查直流电与正弦交流电的功率关系,以及有效值与最大值的转换。
解题核心思路:
- 明确电热器功率公式:对于纯电阻负载,功率公式为 $P = \frac{U^2}{R}$,其中 $U$ 是电压的有效值。
- 直流与交流功率对比:直流电源电压为 $10\text{V}$ 时功率为 $P$,改接交流电源后功率为 $\frac{P}{2}$,需通过功率关系求出交流电压的有效值,再转换为最大值。
- 有效值与最大值关系:正弦交流电的最大值 $U_{\text{max}} = U_{\text{有效}} \cdot \sqrt{2}$。
破题关键点:
- 区分有效值与最大值:交流电的功率计算必须用有效值,而题目最终要求最大值,需通过公式转换。
-
直流电源情况
电热器接在 $10\text{V}$ 直流电源上,功率为:
$P = \frac{(10)^2}{R} = \frac{100}{R}.$ -
交流电源情况
改接交流电源后,功率为 $\frac{P}{2}$,设交流电压有效值为 $U_{\text{有效}}$,则:
$\frac{P}{2} = \frac{U_{\text{有效}}^2}{R}.$
将 $P = \frac{100}{R}$ 代入得:
$\frac{100}{2R} = \frac{U_{\text{有效}}^2}{R} \implies U_{\text{有效}}^2 = 50 \implies U_{\text{有效}} = \sqrt{50} \approx 7.07\text{V}.$ -
求最大值
正弦交流电的最大值与有效值关系为:
$U_{\text{max}} = U_{\text{有效}} \cdot \sqrt{2} = \sqrt{50} \cdot \sqrt{2} = \sqrt{100} = 10\text{V}.$
结论:交流电源电压的最大值为 $10\text{V}$,对应选项 C。