專題12兩種U-I圖象精講2019年高考物理雙基突破二

一、導(dǎo)體的伏安特性曲線.伏安特性曲線(1)概念：用縱坐標(biāo)表示電流I，橫坐標(biāo)表示電壓U的/一U圖象。(2)形狀：①過原點(diǎn)的直線，對(duì)應(yīng)元件叫線性元件；②過原點(diǎn)的曲線，對(duì)應(yīng)元件叫非線性元件。(3)意義：能形象直觀的反映出導(dǎo)體電阻的變化規(guī)律。.線性元件的U-1圖象與I-U圖象的比較U-1圖象I-U圖象圖象舉例公tr -I2坐標(biāo)軸含義縱坐標(biāo)表示電壓U縱坐標(biāo)表示電流I橫坐標(biāo)表示電流I橫坐標(biāo)表示電壓U斜率含義斜率表示電阻，如圖R1<R2斜率表示電阻的倒數(shù)，如圖R1>R2.對(duì)伏安特性曲線的理解(1)圖中，圖線a、b表示線性元件，圖線c、d表示非線性元件。(2)圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，斜率越大，電阻越小，故Ra<Rb(如圖甲)。(3)圖線c的電阻減小，圖線d的電阻增大(如圖乙)。(4)伏安特性曲線上每一點(diǎn)的電壓坐標(biāo)與電流坐標(biāo)的比值對(duì)應(yīng)這一狀態(tài)下的電阻?！绢}1】如圖所示的圖象所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)導(dǎo)體：(1)電阻關(guān)系R1：R2為；(2)若兩個(gè)導(dǎo)體中的電流相等(不為零)時(shí)，電壓之比U1：U2為(3)若兩個(gè)導(dǎo)體的電壓相等(不為零)時(shí)，電流之比11：12為?！敬鸢浮?1)3：1(2)3：1(3)1：3【解析】(1)因?yàn)樵贗-U圖象中，電阻等于斜率的倒數(shù)，即R=端，所以10x10-3 10x10-3 2d 2R1=5x10-3Q=2Q，R2=15乂10-30=/故R1：R2=2：(3)=3：1(2)由歐姆定律得U1=11RjU=12R2，由于I尸12,則U1：U=R1：R2=3：1(3)由歐姆定律得I=U1,I=U，由于U=U,，則I：I=R。：R[=1：31R2R 1 2 12 2 112點(diǎn)評(píng)：分析I-U圖象或U-1圖象時(shí)，首先要明確是什么圖象，要明確圖線斜率k的意義，究竟是k=R還是k=1。R二、電源U-I曲線—路端電壓U與電流I的關(guān)系.因?yàn)閁=-Ir，一般認(rèn)為電源的電動(dòng)勢￡和內(nèi)阻r一定，其關(guān)系滿足一次函數(shù)，圖線為如圖一條傾斜的直線，該直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示電動(dòng)勢，斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻。(縱坐標(biāo)的起點(diǎn)必須是從0起).由U=E-Ir知，路端電壓隨干路電流的增大而減小，如圖。如果r=0,即電源無內(nèi)阻，則無論R、I怎樣變化，U=E，說明路端電壓變化的根本原因在于電源有內(nèi)阻，內(nèi)阻上由于電流流過產(chǎn)生電勢差(從負(fù)極到正極，測內(nèi)電壓的電壓表正極必須與電池負(fù)極相連)。.如圖，U-1圖線叫電源的伏安特性曲線，I起點(diǎn)為0時(shí)，其在縱軸上的截距等于電動(dòng)勢E，圖線的斜率的絕對(duì)值k=l籌1=I表示電源內(nèi)電阻r，斜率的絕對(duì)值越大，表明電源的內(nèi)阻越大。U起點(diǎn)為0時(shí)，其mE在橫軸的截距為短路電流，即I=-。mr.圖線上任一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的U、I的比值為此時(shí)外電路的電阻，即R=U。.圖線上每一點(diǎn)坐標(biāo)的乘積一面積UI為電源的輸出功率，而電源的總功率P總=EI,P總一P出=EI-UI為電源的發(fā)熱功率?！绢}6】如圖所示為閉合電路中兩個(gè)不同電源的U-1圖象，則下列說法中正確的是A.電動(dòng)勢E1=E2，短路電流11>12B.電動(dòng)勢E1=E2，內(nèi)阻r1>r2C電動(dòng)勢E>E2，內(nèi)阻r1>r2D.當(dāng)兩電源的工作電流變化量相同時(shí)，電源2的路端電壓變化較大【答案】D【解析】由閉合電路的歐姆定律得￡=「+反當(dāng)『=0時(shí)電動(dòng)勢X等于路端電壓5即仃-1圖線和仃軸的交點(diǎn)就是電動(dòng)勢，由圖知，兩電源的電動(dòng)勢相等.當(dāng)口時(shí)圖線和1軸的交點(diǎn)就是短路電流，由圖可知11>12A正確.而r=E/1，即圖線的斜率表示電源的內(nèi)阻，由圖知r1Vr2,B、C錯(cuò)誤.當(dāng)工作電流變化量相同時(shí)，因?yàn)閞1Vr2,電源2內(nèi)電壓變化較大，由閉合電路的歐姆定律得E=U外+U內(nèi),所以電源2的路端電壓變化較大。D正確?！绢}7】右圖為測量某電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻時(shí)得到的U-1圖線。用此電源與三個(gè)阻值均為3Q的電阻連接成電路，測得路端電壓為4.8V。則該電路可能為【答案】B1解析】由圖可知，「二斗￥時(shí)，因此有5=4+解得『二。5%當(dāng)路端電壓為43V時(shí)，U=E—U=S—4￡=1：1V,由所以貫=*,二音刈3=2a，由電阻的串并聯(lián)知識(shí)可知j正確答案為片?！绢}8］（多選）如圖是某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖象，下列結(jié)論正確的是A.電源的電動(dòng)勢為6.0V

B.電源的內(nèi)阻為12QC.電源的短路電流為0.5AD.電流為0.3A時(shí)的外電阻是18Q【答案】AD【解析】由于該電源的U-1圖象的縱軸坐標(biāo)不是從0開始的，故縱軸上的截距仍為電源的電動(dòng)勢，即E=6.0V,但橫軸上的截距0.5A不是電源的短路電流，故內(nèi)阻應(yīng)按斜率的絕對(duì)值計(jì)算，即r=I意1=6.0-6.0-5.0

0.5-0Q=2Q。E由閉合電路歐姆定律可得電流I=0.3A時(shí)，外電阻R=I-r=18Q。故選項(xiàng)A、D正確。三、兩種UT圖線的比較.閉合電路歐姆定律的U-.I曲線和部分電路歐姆定律的U-1曲線意義U—I曲線不同。（2）圖線表示的物理規(guī)律不同：如圖（甲）是對(duì)固定電阻而言的，縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)分別代表了該電阻兩端的電壓U和通過該電阻的電流I，反映了I和U的正比關(guān)系；圖（乙）是對(duì)閉合電路整體而言的，U表示路端電壓，I表示通過電源的電流，圖線反映U和I的相互制約的關(guān)系。（3）圖線的物理意義不同：圖（甲）表示導(dǎo)體的性質(zhì)，U與I成正比的前提是電阻R保持不變；圖（乙）表示電源的性質(zhì)，外電阻變化使U和I變化，而電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻不變。AU AU（4）圖線斜率意義不同：圖（甲）表示導(dǎo)體的電阻R=F；圖（乙）表示電源的內(nèi)阻r=I—IoAI AI.電源和電阻U-1圖象的比較（1）兩種U-1圖象的比較圖象上特征物理意義電源U-1圖象電阻U-1圖象圖形圖象表述的物理量變化關(guān)系電源的路端電壓隨電路電流的變化關(guān)系電阻兩端電壓隨電阻中的電流的變化關(guān)系圖線與坐標(biāo)軸交點(diǎn)與縱軸交點(diǎn)表示電源電動(dòng)勢，與橫軸交點(diǎn)表示短路電流過坐標(biāo)軸原點(diǎn)，表示沒有電壓時(shí)電流為0圖線上每一點(diǎn)坐標(biāo)的乘積UI表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率圖線上每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的U、I比值表示外電阻的大小，不同點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外電阻大小不同每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)比值均等大，表示此電阻的大小不變圖線斜率的大小內(nèi)阻r電阻大小(2)對(duì)電源的U-1圖象若縱坐標(biāo)上的取值不從0開始圖象與縱軸的交點(diǎn)表示什么？與橫軸的交點(diǎn)還表示短路電流嗎？電源內(nèi)阻如何計(jì)算？縱軸交點(diǎn)仍表示電源的電動(dòng)勢，而橫軸上的截距不表示短路電流，斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻廠。(3)利用兩種圖象解題的基本方法利用電源的U-1圖象和電阻的U-1圖象解題。無論電阻的U-1圖象是線性還是非線性，解決此類問題的基本方法是圖解法，即把電源和電阻的U-1圖線畫在同一坐標(biāo)系中，圖線的交點(diǎn)即電阻的“工作點(diǎn)”，電阻的電壓和電流可求，其他的量也可求?！绢}9](多選)如圖所示的U-1圖象中，直線I為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，直線n為某一電阻R的U-1圖線，用該電源直接與電阻R連接成閉合電路，由圖象可知A.R的阻值為1.5QB.電源電動(dòng)勢為3.0V,內(nèi)阻為0.5QC.電源的輸出功率為3.0WD.電源內(nèi)部消耗功率為1.5W【答案]AD【解析】由于電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線I和電阻R的訂-1圖線n都為直線，所以電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線I的斜率的絕對(duì)值等于電源內(nèi)阻，電阻五的U-F圖線II的斜率等于電阻五的阻值，選項(xiàng)A正確，E錯(cuò)誤；電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線和電阻五的二—F圖線交點(diǎn)、縱、橫坐標(biāo)的乘積表示電源的輸出功率，電源的輸出功率為尸=仃=1.5乂10W=1.5W,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由￡7=P+R解得電源內(nèi)部消耗的功率為?,=^-P=3.Oxl.OW-1.5W=1.5W,選項(xiàng)口正確。

【題10】（多選）如圖所示，圖中直線①表示某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，圖中曲線②表示該電源的輸出功率與電流的關(guān)系圖線，則下列說法正確的是A.電源的電動(dòng)勢為50V，25B.電源的內(nèi)阻為年QC.電流為2.5A時(shí)，外電路的電阻為15QD.輸出功率為120W時(shí)，輸出電壓是30V【答案】AD【解析】電源的路端電壓和電流的關(guān)系為：U=E-Ir，顯然直線①的斜率的絕對(duì)值等于r，縱軸的截距為電源的電動(dòng)勢，從題圖中看出E=為電源的電動(dòng)勢，從題圖中看出E=50V,50-20A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)電流為11=2.5A時(shí)，E由回路中電流I^=~^R，解得外電路的電阻R外=15Q,C正確；當(dāng)輸出功率為120W時(shí)，由題圖中P—I八外關(guān)系圖線看出對(duì)應(yīng)干路電流為4A,再從U—I圖線讀取對(duì)應(yīng)的輸出電壓為30V,D正確?！绢}11］如圖所示，直線A為電源a的路端電壓與電流的關(guān)系圖線；直線B為電源b的路端電壓與電流的關(guān)系圖線；直線C為一個(gè)電阻R的兩端電壓與電流的關(guān)系圖線。如果將這個(gè)電阻R分別接到a、b兩電R接到a電源上，電源的效率較高R接到b電源上，電源的輸出功率較大R接到a電源上，電源的輸出功率較大，但電源效率較低R接到b電源上，電阻的發(fā)熱功率和電源的效率都較高【答案］C【解析】由題圖判斷電源值的內(nèi)阻大，在純電阻電路中電源效率方毋10%內(nèi)阻越大，效率越低S電源的輸出功率?=R對(duì)應(yīng)圖線交點(diǎn)坐標(biāo)的乘積，電阻的發(fā)熱功率與圖線交點(diǎn)橫坐標(biāo)的平方成正比，只有C正確0【題12］如圖甲所示的電路中，R1、&均為定值電阻，且R1=100Q,4阻值未知，R3為一滑動(dòng)變阻器。當(dāng)其滑片P從左端滑至右端時(shí)，測得電源的路端電壓隨電源中流過的電流變化圖線如圖乙所示，其中A、B兩點(diǎn)是滑片P在變阻器的兩個(gè)不同端點(diǎn)得到的。求：(1)電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻；(2)定值電阻R2的阻值；(3)滑動(dòng)變阻