【推荐】专题19 两类U—I图象的比较及应用-2017-2018学年高二物理专题提升之电学 13页

一：专题概述 两种图象的比较 电源U－I图象 电阻U－I图象 图形 物理意义 电源的路端电压随电路电流的变化关系 电阻中的电流随电阻两端电压的变化关系 截距 与纵轴交点表示电源电动势E，与横轴交点表示电源短路电流 过坐标原点，表示没有电压时电流为零 坐标U、I的乘积 表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率 ‎ 坐标U、I的比值 表示外电阻的大小，不同点对应的外电阻大小不同 每一点对应的比值均等大，表示此电阻的大小 斜率(绝对值)‎ 电源电阻r 电阻大小 二：典例精讲 ‎1．电阻U－I图象的理解 典例1：小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，下列说法中正确的是（　　）‎ A. 随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小 B. 对应P点，小灯泡的电阻为 C. 对应P点，小灯泡的电阻为 D. 对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围“面积”‎ ‎【答案】BD ‎【点睛】对于线性元件，欧姆定律成立，即，对于非线性元件，欧姆定律不成立， ‎ ‎．‎ ‎2．电源U－I图象的理解 典例2：如图所示，U－I图线上， a、b、c各点均表示该电路中有一个确定的工作状态，b点α＝β，则下列说法中正确的是（ ）‎ A. 在b点时，电源有最大输出功率 B. 在b点时，电源的总功率最大 C. 从a到b时，β角增大，电源的总功率和输出功率都将增大 D. 从b到c时，β角增大，电源的总功率和输出功率都将减小 ‎【答案】AD ‎【解析】在b点时，因为α=β，所以直线ob的斜率大小与直线ac的斜率大小相等，所以此时外电阻和电源的内电阻的大小相等，此时电源的输出功率最大，故A对。电源的总功率P总=EI，从b→a时，β角越小，I越大，电源的总功率越大，电源的输出功率也越大．故b点的总功率不是最大。故Ｂ错。在b点时，电源的输出功率最大，从a到b时，β角增大，输出功率变大，由于电流变小，故电源总功率减小，故C错。同理，从b到c时，β角增大，输出功率减小，由于电流减小，故电源总功率减小，故D对。故选AD。‎ ‎3．电源U－I图象与电阻U－I图象的结合 典例3：(多选)两位同学在实验室中利用如图(a)所示的电路进行实验，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，一位同学记录电流表和电压表的测量数据，另一位同学记录电流表和电压表的测量数据。两位同学根据记录的数据描绘出如图(b)所示的两条U－I图线。则图象中两图线的交点表示的物理意义是 (　　)‎ A．滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端 B．电源的输出功率最大 C．定值电阻R0消耗的功率为0.5 W D．电源的效率达到最大值 ‎【答案】BC 典例4：如图所示，图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图象，图中曲线②表示该电源的输出功率与电流的关系图象，则下列说法正确的是(　　)‎ A．电源的电动势为50 V B．电源的内阻为 Ω C．电流为2.5 A时，外电路的电阻为15 Ω D．输出功率为120 W时，输出电压是30 V ‎【答案】ACD 三 总结提升 利用两种图象解题的基本方法 利用电源的U－I图象和电阻的U－I图象解题，无论电阻的U－I图象是线性还是非线性，解决此类问题的基本方法是图解法，即把电源和电阻的U－I图线画在同一坐标系中，图线的交点即电阻的“工作点”，电阻的电压和电流可求，其他的量也可求。‎ 四 提升专练 ‎1.如图所示是两个电阻R1、R2的I－U图线，将两电阻R1、R2并联后的总电阻为R，则电阻R的I－U图象分布在图中哪个区域？‎ A. Ⅰ区 B. Ⅱ区 C. Ⅲ区 D. 不能确定 ‎【答案】A ‎【解析】两电阻并联后，总电阻要小于两电阻,而在I-U图象中，斜率越大，电阻越小，故并联之后的电阻应在区域I，故选项A正确。‎ ‎2.(多选) 某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示，则下列说法中正确的是(　)‎ A. 加5V电压时，导体的电阻为5Ω B. 加12V电压时，导体的电阻为24Ω C. 由图可知，随着电压的增大，导体的电阻不断减小 D. 由图可知，随着电压的减小，导体的电阻不断减小 ‎【答案】AD ‎3.(多选))如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图象，下列结论正确的是(　　)‎ A．电源的电动势为6.0 V B．电源的内阻为12 Ω C．电源的短路电流为0.5 A D．电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω ‎【答案】AD ‎【解析】由于该电源的U－I图象的纵轴坐标不是从零开始的，故纵轴上的截距仍为电源的电动势，即E＝6.0 V，但横轴上的截距0.5 A并不是电源的短路电流，故内阻应按斜率的绝对值计算，即r＝||＝ Ω＝2 Ω。由闭合电路欧姆定律可得电流I＝0.3 A时，外电阻R＝－r＝18 Ω。故选项A、D正确。‎ ‎4.(多选)‎ ‎ 如图所示，为测电源电动势和内电阻时，依据测量数据做出的路端电压与电流强度的关系图线，C、E分别时图像上D点对应的纵坐标、横坐标，A、B为图像纵截距与横截距，由图可知（ ）‎ A. 比值表示外电路电阻 B. 比值表示电源内电阻 C. 比值表示电源效率 D. 矩形OCDE的面积表示电源的输出功率 ‎【答案】AD ‎5.(多选) 如图所示，直线为电源的路端电压与电流的关系图像，直线为电源的路端电压与电流的关系图像，在直线为电阻两端的电压与电流的关系图像．电源、的电动势分别为、，内阻分别为、，将电阻分别接到、两电源上，则（ ）‎ A. ， ‎ B. ‎ C. 接到电源上，电阻的发热功率较小，电源的效率较高 D. 接到电源上，电源的输出功率较大，电源的效率较高 ‎【答案】ABC ‎【解析】A、由闭合电路欧姆定律可知，图象与U轴的交点表示电动势，则，图象的斜率表示内阻，则，与横轴交点代表短路电流，则，故AB正确；‎ C、电源的效率，由闭合电路欧姆定律可知，b电源的内阻r较小，R接到b电源上，电源的效率较大，故C正确，D错误。‎ ‎6.(多选)如图所示的U－I图象中，直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线，直线Ⅱ为某一电阻R的U－I图线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图象可知(　　)‎ A．R的阻值为1.5 Ω B．电源电动势为3 V，内阻为0.5 Ω C．电源的输出功率为3.0 W D．电源内部消耗功率为1.5 W ‎【答案】AD ‎7.(多选) 在如图甲所示的电路中，电源电动势为3V，内阻不计，L1、L2位相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，R为定值电阻，阻值为10Ω．当开关S闭合后 A. L1的电阻为1.2Ω B. L1消耗的电功率为0.75W C. L2的电阻为5Ω D. L2消耗的电功率为0.1W ‎【答案】BC ‎【解析】AB、当开关闭合后，灯泡L1的电压U1=3V，由图读出其电流I1=0.25A，则灯泡L1的电阻，功率P1=U1I1=0.75W．故A错误，BC正确；‎ ‎ C、灯泡L2的电压为U，电流为I，R与灯泡L2串联，则有，在小灯泡的伏安特性曲线作图，如图所示，‎ 则有，L2的电阻为5Ω，L2消耗的电功率为0.2W，故C正确，D错误；‎ 故选BC。‎ ‎8.(多选) 如图所示，直线A为电源的路端电压U与电流I的关系图线，直线B是电阻R的两端电压U与电流I的关系图线，用该电源与电阻R组成闭合电路,则下面说法中正确的是 A. 电源的内电阻0.5Ω，电阻R分别1Ω B. 电源的输出功率为4W C. 电源的内阻消耗的功率为4W D. 电源的路端电压为2V ‎【答案】ACD ‎9. 如图为两导体的伏安特性曲线，图象所对应的两个导体：‎ ‎（1）电阻之比为_________.‎ ‎（2）若两个导体中的电流相等（不为零）时，电压之比为________.‎ ‎【答案】 ‎ ‎【解析】（1）根据电阻的定义式得，导体的电阻 ‎（2）两个导体中的电流相等（不为零）时，电压之比 ‎10.如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P随总电流I变化的图线，抛物线OBC为同一电源内部消耗的功率Pr随总电流I变化的图线，则当通过电源的电流为1A时，该电源的输出功率为P1=________W，电源的最大输出功率P2=________W.‎ ‎【答案】 2 2.25‎ ‎11. 一电源与某一电阻R组成串联电路．如图所示，A是该电源的路端电压随电流变化的图线，B是该电阻R的伏安特性曲线，求：‎ ‎（1）电源的电动势和内电阻；‎ ‎（2）电源的路端电压和电阻R；‎ ‎（3）电阻R上消耗的功率和电源内部消耗的功率；‎ ‎【答案】（1）3V 0.5Ω （2）1 Ω （3）2W ‎（2）两图线的交点表示该电源直接与电阻R相连组成闭合电路时工作状态，由图读出电压U=2V，那么电源的路端电压为2V； 电阻的阻值为： ‎ ‎（3）则电阻上的功率为:P=UI=2×2=4W；‎ 电源内部消耗的功率为: ‎ ‎12. 如图所示，甲图中变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如乙图中的AC、BC两直线所示。不考虑电表对电路的影响。‎ ‎（1）定值电阻R0，变阻器的总电阻R分别为多少？‎ ‎（2）求出电源的电动势和内阻。‎ ‎【答案】（1）、；（2），‎ ‎【解析】（1）由题意得：，则，‎ 当滑动变阻器取最大值时，电流最小，而 所以。‎ ‎（2）因为，则内阻，所以。‎