2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí)-熱點(diǎn)題型-專題2.4-兩類U-I圖像的比較及應(yīng)用學(xué)案

2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí)-熱點(diǎn)題型-專題2.4-兩類U-I圖像的比較及應(yīng)用學(xué)案2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí)-熱點(diǎn)題型-專題2.4-兩類U-I圖像的比較及應(yīng)用學(xué)案2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí)-熱點(diǎn)題型-專題2.4-兩類U-I圖像的比較及應(yīng)用學(xué)案資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí)-熱點(diǎn)題型-專題2.4-兩類U-I圖像的比較及應(yīng)用學(xué)案版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁(yè)次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：專題2.4兩類U-I圖像的比較及應(yīng)用由公式U＝E－Ir知，電源的U-I圖像(如圖)有如下特點(diǎn)：1．縱軸上的截距等于電源的電動(dòng)勢(shì)；橫軸上的截距等于短路電流，即I短＝eq\f(E,r)。2．圖線斜率的絕對(duì)值等于電源的內(nèi)阻，即r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))＝eq\f(E,I短)，斜率的絕對(duì)值越大，表明電源的內(nèi)阻越大。3．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＝eq\f(U,I)。4．圖中陰影面積UI為電源的輸出功率，而電源的總功率P總＝EI，P總－P出＝EI－UI為電源的發(fā)熱功率。注意：在UI圖像中，U軸或I軸如果不從零開(kāi)始，兩個(gè)坐標(biāo)軸的截距及斜率的意義也將發(fā)生改變。5.兩種U-I圖像的比較電源的U-I圖像電阻的U-I圖像圖形物理意義電源的路端電壓隨電路電流的變化關(guān)系電阻中的電流隨電阻兩端電壓的變化關(guān)系截距與縱軸交點(diǎn)表示電源電動(dòng)勢(shì)E，與橫軸交點(diǎn)表示電源短路電流eq\f(E,r)過(guò)坐標(biāo)軸原點(diǎn)，表示沒(méi)有電壓時(shí)電流為零坐標(biāo)U、I的乘積表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率坐標(biāo)U、I的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)的比值均等大，表示此電阻的大小斜率(絕對(duì)值)電源電阻r電阻大小聯(lián)系在同一坐標(biāo)系中，兩圖線交點(diǎn)坐標(biāo)(Un，In)，即表示用該電源與該電阻組成回路時(shí)的路端電壓和電路中的電流，也表示電阻兩端電壓及其電流；P＝InUn即表示此時(shí)電源的輸出功率，也表示此時(shí)電阻的實(shí)際功率【典例1】如圖所示，直線A為某電源的U-I曲線，曲線B為某小燈泡L1的U-I圖線的一部分，用該電源和小燈泡L1串聯(lián)起來(lái)組成閉合回路時(shí)，小燈泡L1恰能正常發(fā)光，則下列說(shuō)法中正確的是()A．此電源的內(nèi)電阻為eq\f(2,3)ΩB．小燈泡L1的額定電壓為3V，額定功率為6WC．把小燈泡L1換成阻值恒為1Ω的純電阻，電源的輸出功率將變小D．由于小燈泡L1的U-I圖線是一條曲線，所以小燈泡發(fā)光過(guò)程中歐姆定律不適用【答案】B【典例2】在如圖甲所示的電路中，R1為定值電阻，R2為滑動(dòng)變阻器。閉合開(kāi)關(guān)S，將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從最右端滑到最左端，兩個(gè)電壓表的示數(shù)隨電路中電流變化的完整過(guò)程圖線如圖乙所示。則()A．圖線①是電壓表V2示數(shù)隨電流變化的圖線B．電源內(nèi)電阻的阻值為10ΩC．電源的最大輸出功率為3.6WD．滑動(dòng)變阻器R2的最大功率為0.9W【答案】AD【解析】將滑動(dòng)變阻器的滑片P從最右端滑到最左端，接入電路的電阻減小，電路中的電流增大，R1的電壓和電源的內(nèi)電壓增大，則R2的電壓減小，所以電壓表V1的示數(shù)增大，電壓表V2的示數(shù)減小，可知圖線②反映的是電壓表V1的示數(shù)隨電流的變化，圖線①反映的是電壓表V2的示數(shù)隨電流的變化，故A正確。根據(jù)閉合電路歐姆定律得：電壓表V2的示數(shù)U2＝E－I(R1＋r)，圖線①的斜率大小等于R1＋r，由題圖知：R1＋r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU1,ΔI)))＝eq\f(4,0.6－0.2)Ω＝10Ω，圖線②的斜率大小等于R1，則R1＝eq\f(ΔU2,ΔI2)＝eq\f(2,0.4)Ω＝5Ω，則r＝5Ω，故B錯(cuò)誤。當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻最大時(shí)，由題圖知，R1兩端的電壓U1′＝1V，R2兩端的電壓U2′＝4V，電路中的電流I2′＝0.2A，滑動(dòng)變阻器的最大值R2m＝eq\f(U2′,I2′)＝20Ω，電源電壓E＝U1′＋U2′＋I(xiàn)2′r＝6V；當(dāng)內(nèi)阻等于外阻時(shí)，電源的輸出功率最大，故當(dāng)外阻等于5Ω時(shí)，電源的輸出功率最大，此時(shí)電流I＝eq\f(E,2×r)＝0.6A，故電源的最大輸出功率P＝UI＝1.8W，故C錯(cuò)誤。由C的分析可知，R1的阻值為5Ω，R2的最大阻值為20Ω；將R1等效為內(nèi)阻，則當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值等于R1＋r時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大，故當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為R′＝10Ω時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大，由閉合電路歐姆定律可得，電路中的電流I′＝eq\f(6,20)A＝0.3A，則滑動(dòng)變阻器消耗的總功率P′＝I′2R′＝0.9W，故D正確?！靖櫽?xùn)練】1.(多選)在如圖所示的U-I圖像中，直線Ⅰ為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，直線Ⅱ?yàn)槟骋浑娮鑂的U-I圖線。用該電源直接與電阻R相連組成閉合電路，由圖像可知()A．電源的電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻為0.5ΩB．電阻R的阻值為1ΩC．電源的輸出功率為4WD．電源的效率為50%【答案】ABC2.(2018·銀川一中模擬)如圖，a、b分別表示一個(gè)電池組和一只電阻R的伏安特性曲線。用該電池組直接與電阻R連接成閉合電路，則以下說(shuō)法正確的是()A．電池組的內(nèi)阻是0.33ΩB．電阻的阻值為1ΩC．電池組的輸出功率將是4WD．改變電阻R的阻值時(shí)，該電池組的最大輸出功率為4W【答案】D【解析】根據(jù)題圖圖線a可得圖線a的斜率的倒數(shù)的絕對(duì)值表示電源內(nèi)阻，故r＝eq\f(ΔU,ΔI)＝eq\f(4－0,4)Ω＝1Ω，A錯(cuò)誤；圖線b的斜率的倒數(shù)表示電阻的大小，故R＝eq\f(ΔU,ΔI)＝eq\f(3－0,1)Ω＝3Ω，B錯(cuò)誤；兩圖線的交點(diǎn)表示將該電阻接在該電池組兩端時(shí)電路的工作狀態(tài)，由圖讀出路端電壓為U＝3V，電流為I＝1A，電池組的輸出功率是P＝UI＝3W，C錯(cuò)誤；根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)得知，當(dāng)外電阻等于電池組的內(nèi)阻時(shí)，即外電阻R＝r＝1Ω時(shí)，電池組的最大輸出功率P出＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(E,R＋r)))2R＝4W，D正確。3．如圖所示為甲、乙兩燈泡的I-U圖像，根據(jù)圖像計(jì)算可得，甲、乙兩燈泡并聯(lián)在電壓為220V的電路中實(shí)際發(fā)光的功率分別為()A．15W30W B．30W40WC．40W60W D．60W100W【答案】C5.如圖所示，直線A為電源a的路端電壓與電流的關(guān)系圖像，直線B為電源b的路端電壓與電流的關(guān)系圖像，直線C為一個(gè)電阻R的兩端電壓與電流的關(guān)系圖像，將這個(gè)電阻R分別接到a、b兩電源上，那么()A．電阻R接到a電源上，電源的效率較高B．電阻R接到b電源上，電源的輸出功率較大C．電阻R接到a電源上，電源的輸出功率較大，但電源效率較低D．電阻R接到b電源上，電阻R的發(fā)熱功率和電源的效率都較高【答案】C【解析】電源的效率η＝eq\f(UI,EI)＝eq\f(U,E)，由題圖可知，電阻R接在a電源上時(shí)電路中電流為eq\f(I0,2)，短路電流為I0，根據(jù)閉合電路歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)得R＝r，則a電源的效率為50%；電阻R接在b電源上時(shí)，eq\f(U,E)>50%，則b電源的效率大于50%，故A錯(cuò)誤；電源的U-I圖線與電阻R的U-I圖線的交點(diǎn)表示電阻R接在該電源上的工作狀態(tài)，由題圖知電阻R接在a電源上的電壓和電流較大，a電源的輸出功率較大，故B錯(cuò)誤；由以上分析可知，電阻R接到a電源上，電源的輸出功率較大，電源的效率較低，故C正確，D錯(cuò)誤。高考+模擬綜合提升訓(xùn)練1.（2018北京高考11）如圖甲所示,用電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電源,向滑動(dòng)變阻器R供電。改變變阻器R的阻值,路端電壓U與電流I均隨之變化。(1)以U為縱坐標(biāo),I為橫坐標(biāo),在圖乙中畫(huà)出變阻器阻值R變化過(guò)程中U-I圖象的示意圖,并說(shuō)明U-I圖象與兩坐標(biāo)軸交點(diǎn)的物理意義。(2)a.請(qǐng)?jiān)趫D乙畫(huà)好的U-I關(guān)系圖線上任取一點(diǎn),畫(huà)出帶網(wǎng)格的圖形,以其面積表示此時(shí)電源的輸出功率。b.請(qǐng)推導(dǎo)該電源對(duì)外電路能夠輸出的最大電功率及條件。(3)請(qǐng)寫(xiě)出電源電動(dòng)勢(shì)定義式,并結(jié)合能量守恒定律證明:電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于內(nèi)、外電路電勢(shì)降落之和?！窘馕觥?1)U-I圖象如圖所示,其中圖象與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為電源電動(dòng)勢(shì),與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為短路電流。(2)a.如圖所示b.電源輸出的電功率:P=I2R=當(dāng)外電路電阻R=r時(shí),電源輸出的電功率最大,為Pmax=,(3)電動(dòng)勢(shì)定義式:E=根據(jù)能量守恒定律,在圖甲所示電路中,非靜電力做功W產(chǎn)生的電能等于在外電路和內(nèi)電路產(chǎn)生的電熱,即W=I2rt+I2Rt=Irq+IRq=W非靜電力E==Ir+IR=U內(nèi)+U外2．（2019屆四川省成都市高中畢業(yè)班摸底測(cè)試）如圖，直線A為電源的U－I圖線，直線B和C分別為電阻R1、R2的U－I圖線。現(xiàn)用該電源分別與R1、R2組成閉合電路甲和乙。由圖像一定能確定的是A．電阻R1<R2B．電源輸出功率P1<P2C．電源內(nèi)阻消耗的功率Pr1<Pr2D．電源效率η1<η2【答案】C8．（2018江蘇省蘇州市高三第一次模擬考試）硅光電池是一種太陽(yáng)能電池，具有低碳環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)．如圖所示，圖線a是該電池在某光照強(qiáng)度下路端電壓U和電流I變化的關(guān)系圖象(電池電動(dòng)勢(shì)不變，內(nèi)阻不是定值)，圖線b是某電阻R的UI圖象．在該光照強(qiáng)度下將它們組成閉合回路時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是()A．硅光電池的內(nèi)阻為8ΩB．硅光電池的總功率為0.4WC．硅光電池的內(nèi)阻消耗的熱功率為0.32WD．若將R換成阻值更大的電阻，硅光電池的輸出功率增大【答案】AC【解析】A、由圖可知該電池的電源電動(dòng)勢(shì)為3.6V，由可知內(nèi)電壓為1.6V，硅光電池的內(nèi)阻為，故A正確；B、硅光電池的總功率為，故B錯(cuò)誤；C、硅光電池的內(nèi)阻消耗的熱功率為，故C正確；D、若將R換成阻值更大的電阻，電路中電阻兩端的電壓變大，但電流變小，硅光電池的輸出功率不一定增大，故D錯(cuò)誤；故選AC。12．（2018廣東湛江市大成中學(xué)高二月考）如圖所示，直線Ⅰ、Ⅱ分別是電源Ⅰ與電源Ⅱ的路端電壓隨輸出電流變化的特性曲線，曲線Ⅲ是一個(gè)小燈泡的伏安特性曲線，則（）A．電源Ⅰ與電源Ⅱ的內(nèi)阻之比為12：7B．電源Ⅰ與電源Ⅱ的電動(dòng)勢(shì)之比為7：12C．若該小燈泡分別與電源I和電源II單獨(dú)連接，則小燈泡的電阻之比為35：24D．若該小燈泡分別與電源I和電源II單獨(dú)連接，則電源I和電源II輸出功率之比為10：21【答案】AD14．（2018北京市北京師范大學(xué)附屬實(shí)驗(yàn)中學(xué)高三上月考）如圖所示，圖甲中為一電動(dòng)機(jī)，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸頭從左端滑到另一端的過(guò)程中，兩電壓表的讀數(shù)隨電流表讀數(shù)的變化情況如圖乙所示．已知電流表讀數(shù)在以下時(shí)，電動(dòng)機(jī)沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)．不考慮電表對(duì)電路的影響，以下判斷正確的是（）A．電路中的電源電動(dòng)勢(shì)為B．變阻器向右滑動(dòng)時(shí)，讀數(shù)逐漸減小C．電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為D．變阻器的最大阻值為【答案】AC【解析】由電路圖甲知，電壓表測(cè)量路端電壓，電流增大時(shí)，內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，所以最上面的圖線表示的電壓與電流的關(guān)系．此圖線的斜率大小等于電源的內(nèi)阻，為，當(dāng)電流I=0.1A時(shí)，U=3.4V，則電源的電動(dòng)勢(shì)，故A正確；變阻器向右滑動(dòng)時(shí)，R阻值變大，總電流減小，內(nèi)電壓減小，路端電壓即為V2讀數(shù)逐漸增大，故B錯(cuò)誤；由圖可知，電動(dòng)機(jī)的電阻，當(dāng)時(shí)，，電動(dòng)機(jī)輸出功率最大，最大為，故C正確．當(dāng)時(shí)，電路中電流最小，電路中電流最小