2019年高考物理 双基突破（二）专题12 两种U－I图象精讲.doc

专题12 两种UI图象 一、导体的伏安特性曲线1伏安特性曲线（1）概念：用纵坐标表示电流I，横坐标表示电压U的IU图象。（2）形状：过原点的直线，对应元件叫线性元件；过原点的曲线，对应元件叫非线性元件。（3）意义：能形象直观的反映出导体电阻的变化规律。2线性元件的UI图象与IU图象的比较UI图象IU图象图象举例坐标轴含义纵坐标表示电压U纵坐标表示电流I横坐标表示电流I横坐标表示电压U斜率含义斜率表示电阻，如图R1R23对伏安特性曲线的理解（1）图中，图线a、b表示线性元件，图线c、d表示非线性元件。（2）图象的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小，故RaRb（如图甲）。（3）图线c的电阻减小，图线d的电阻增大（如图乙）。（4）伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值对应这一状态下的电阻。【题1】如图所示的图象所对应的两个导体：（1）电阻关系R1R2为_；（2）若两个导体中的电流相等（不为零）时，电压之比U1U2为_；（3）若两个导体的电压相等（不为零）时，电流之比I1I2为_。【答案】（1）31（2）31（3）13【解析】（1）因为在IU图象中，电阻等于斜率的倒数，即R，所以R12，R2，故R1R22（）31（2）由欧姆定律得U1I1R1，U2I2R2，由于I1I2，则U1U2R1R231（3）由欧姆定律得I1， I2，由于U1U2，则I1I2R2R113点评：分析IU图象或UI图象时，首先要明确是什么图象，要明确图线斜率k的意义，究竟是kR还是k。 二、电源UI曲线路端电压U与电流I的关系1 因为UIr，一般认为电源的电动势和内阻r一定，其关系满足一次函数，图线为如图一条倾斜的直线，该直线与纵轴交点的纵坐标表示电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻。（纵坐标的起点必须是从0起）2由UEIr知，路端电压随干路电流的增大而减小，如图。如果r0，即电源无内阻，则无论R、I怎样变化，UE，说明路端电压变化的根本原因在于电源有内阻，内阻上由于电流流过产生电势差（从负极到正极，测内电压的电压表正极必须与电池负极相连）。3如图，UI图线叫电源的伏安特性曲线，I起点为0时，其在纵轴上的截距等于电动势E，图线的斜率的绝对值k|表示电源内电阻r，斜率的绝对值越大，表明电源的内阻越大。U起点为0时，其在横轴的截距为短路电流，即Im。4图线上任一点对应的U、I的比值为此时外电路的电阻，即R。5图线上每一点坐标的乘积面积UI为电源的输出功率，而电源的总功率P总EI，P总P出EIUI为电源的发热功率。【题6】如图所示为闭合电路中两个不同电源的UI图象，则下列说法中正确的是A电动势E1E2，短路电流I1I2 B电动势E1E2，内阻r1r2 C电动势E1E2，内阻r1r2D当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大【答案】D流，由图可知I1I2.A正确而rE/I，即图线的斜率表示电源的内阻，由图知r1r2，B、C错误当工作电流变化量相同时，因为r1r2，电源2内电压变化较大，由闭合电路的欧姆定律得EU外U内所以电源2的路端电压变化较大。D正确。 【题7】右图为测量某电源电动势和内阻时得到的UI图线。用此电源与三个阻值均为3 的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8 V。则该电路可能为【答案】B【题8】（多选）如图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 VB电源的内阻为12 C电源的短路电流为0.5 AD电流为0.3 A时的外电阻是18 【答案】AD【解析】由于该电源的UI图象的纵轴坐标不是从0开始的，故纵轴上的截距仍为电源的电动势，即E6.0 V，但横轴上的截距0.5 A不是电源的短路电流，故内阻应按斜率的绝对值计算，即r| 2 。由闭合电路欧姆定律可得电流I0.3 A时，外电阻Rr18 。故选项A、D正确。 三、两种UI图线的比较1闭合电路欧姆定律的UI曲线和部分电路欧姆定律的UI曲线意义（1）UI曲线不同。（2）图线表示的物理规律不同：如图（甲）是对固定电阻而言的，纵坐标和横坐标分别代表了该电阻两端的电压U和通过该电阻的电流I，反映了I和U的正比关系；图（乙）是对闭合电路整体而言的，U表示路端电压，I表示通过电源的电流，图线反映U和I的相互制约的关系。（3）图线的物理意义不同：图（甲）表示导体的性质，U与I成正比的前提是电阻R保持不变；图（乙）表示电源的性质，外电阻变化使U和I变化，而电源电动势和内阻不变。（4）图线斜率意义不同：图（甲）表示导体的电阻R；图（乙）表示电源的内阻r|。2电源和电阻UI图象的比较（1）两种UI图象的比较图象上特征物理意义电源UI图象电阻UI图象图形图象表述的物理量变化关系电源的路端电压随电路电流的变化关系电阻两端电压随电阻中的电流的变化关系图线与坐标轴交点与纵轴交点表示电源电动势，与横轴交点表示短路电流过坐标轴原点，表示没有电压时电流为0图线上每一点坐标的乘积UI表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率图线上每一点对应的U、I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比值均等大，表示此电阻的大小不变图线斜率的大小内阻r电阻大小（2）对电源的UI图象若纵坐标上的取值不从0开始图象与纵轴的交点表示什么？与横轴的交点还表示短路电流吗？电源内阻如何计算？纵轴交点仍表示电源的电动势，而横轴上的截距不表示短路电流，斜率的绝对值表示内阻r。（3）利用两种图象解题的基本方法利用电源的UI图象和电阻的UI图象解题。无论电阻的UI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UI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。【题9】（多选）如图所示的UI图象中，直线为某电源的路端电压与电流的关系图线，直线为某一电阻R的UI图线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图象可知AR的阻值为1.5 B电源电动势为3.0 V，内阻为0.5 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【题10】（多选）如图所示，图中直线表示某电源的路端电压与电流的关系图线，图中曲线表示该电源的输出功率与电流的关系图线，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 C电流为2.5 A时，外电路的电阻为15 D输出功率为120 W时，输出电压是30 V【答案】AD【解析】电源的路端电压和电流的关系为：UEIr，显然直线的斜率的绝对值等于r，纵轴的截距为电源的电动势，从题图中看出E50 V，r 5 ，A正确，B错误；当电流为I12.5 A时，由回路中电流I1，解得外电路的电阻R外15 ，C正确；当输出功率为120 W时，由题图中PI关系图线看出对应干路电流为4 A，再从UI图线读取对应的输出电压为30 V，D正确。 【题11】如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线；直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线；直线C为一个电阻R的两端电压与电流的关系图线。如果将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么有AR接到a电源上，电源的效率较高BR接到b电源上，电源的输出功率较大CR接到a电源上，电源的输出功率较大，但电源效率较低DR接到b电源上，电阻的发热功率和电源的效率都较高【答案】C【题12】如图甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1100 ，R2阻值未知，R3为一滑动变阻器。当其滑片P从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示，其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的。求：（1）电源的电动势和内阻；（2）定值电阻R2的阻值；（3）滑动变阻器的最大阻值。【答案】（1）20 （2）5 （3）300