新高考物理一輪復(fù)習(xí)刷題練習(xí)第64講 電阻及電源UI圖像的分析與計(jì)算（含解析）

第64講電阻及電源U-I圖像的分析與計(jì)算一.知識(shí)回顧1.兩種圖像的比較圖像上的特征物理意義電源U-I圖像電阻U-I圖像圖形圖像表示的物理量變化關(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(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)的比值，表示此電阻的大小圖線的斜率的絕對(duì)值內(nèi)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)，既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既表示此時(shí)電源的輸出功率，也表示此時(shí)電阻的實(shí)際功率2.U-I圖像的解題技巧(1)電源U-I圖線的縱坐標(biāo)U若不從零開始，則橫軸的截距小于短路電流，求電源內(nèi)阻r時(shí)可以用r＝eq\f(ΔU,ΔI)求解。(2)對(duì)于燈泡等非線性元件的閉合電路問(wèn)題，只能根據(jù)U-I圖像計(jì)算。電源和元件的U-I圖線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)該電源與該元件組成回路時(shí)該元件的工作電壓和工作電流。二.例題精析題型一：兩直線相交例1．在如圖所示的U﹣I圖象中，直線Ⅰ為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖象，直線Ⅱ?yàn)槟骋浑娮鑂的伏安特性曲線。用該電源與電阻R組成閉合電路。由圖象判斷錯(cuò)誤的是（）A．電源的電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻為0.5Ω B．電阻R的阻值為1Ω C．電源的效率為80% D．電源的輸出功率為4W【解答】解：A、根據(jù)閉合電路歐姆定律得U＝E﹣Ir，當(dāng)I＝0時(shí)，U＝E，由讀出電源的電動(dòng)勢(shì)E＝3V，內(nèi)阻等于圖線的斜率大小，則r＝|△U△I|=36ΩB、電阻R=UI=2C、電源的效率η=PD、兩圖線的交點(diǎn)表示該電源直接與電阻R相連組成閉合電路時(shí)工作狀態(tài)，由圖讀出電壓U＝2V，電流I＝2A，則電源的輸出功率為P出＝UI＝4W．故D正確。本題選擇錯(cuò)誤的，故選：C。題型二：直線與曲線相交例2．如圖甲所示的電路中定值電阻R＝60Ω，電源電動(dòng)勢(shì)E＝100V，r＝10Ω。如圖乙所示，曲線為燈泡L的伏安特性曲線，直線為電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，以下說(shuō)法正確的是（）A．開關(guān)S斷開時(shí)電源的效率為60% B．開關(guān)S閉合后電源的總功率會(huì)變小 C．開關(guān)S閉合后燈泡的亮度增強(qiáng) D．開關(guān)S斷開時(shí)小燈泡消耗的功率為240W【解答】解：A、開關(guān)S斷開時(shí)，根據(jù)圖乙可知燈泡兩端的電壓為UL＝40V，電源的效率為η=UBC、開關(guān)S閉合后總電阻減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可得總電流增大，根據(jù)P＝EI可知電源的總功率會(huì)變大，根據(jù)U＝E﹣Ir可知路端電壓減小，根據(jù)P=UD、開關(guān)S斷開時(shí)小燈泡消耗的功率為P＝ULIL＝40×6W＝240W，故D正確；故選：D。三.舉一反三，鞏固練習(xí)如圖所示的U﹣I圖像中，直線a為電源的路端電壓與電流的關(guān)系，直線b、c分別是電阻R1、R2的電壓與電流的關(guān)系。若將這兩個(gè)電阻分別直接與該電源連接成閉合電路，則下列說(shuō)法正確的是（）A．電阻R1大于電阻R2 B．R1接在電源上時(shí)，電源的輸出功率較大 C．R2接在電源上時(shí)，電源的輸出功率較大 D．兩種情況下，電源的輸出功率相等【解答】解：A、根據(jù)U﹣I圖象的斜率大小表示電阻的大小，則有：R1＜R2，故A錯(cuò)誤；BCD、由圖可知，通過(guò)R1的電流為：I1=34Im，通過(guò)R2根據(jù)圖中的幾何關(guān)系（三角形相似）可知，R1接在電源上時(shí)電壓U1=14E，R2接在電源上時(shí)電壓U2則R1接在電源上時(shí)，電源的輸出輸出功率P1＝U1I1=316EIm；R2接在電源上時(shí)，電源的輸出輸出功率P2＝U2I2=3故選：D。（多選）某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系和電阻R1、R2兩端的電壓與電流的關(guān)系如圖所示。用此電源和電阻R1、R2組成電路，R1、R2可以同時(shí)接入電路，也可以單獨(dú)接入電路。下列說(shuō)法正確的是（）A．將R1、R2串聯(lián)后接到電源兩端時(shí)，電源的效率為75% B．將R1、R2并聯(lián)后接到電源兩端時(shí)，電源的效率為80% C．為使電源輸出功率最大，可將R1單獨(dú)接到電源兩端 D．為使電源輸出功率最大，可將R2單獨(dú)接到電源兩端【解答】解：根據(jù)題圖可知，電源的電動(dòng)勢(shì)為E＝3V，內(nèi)阻r=36=0.5Ω，根據(jù)R=UI知，兩定值電阻的阻值分別為R1＝0.5Ω，R2＝1Ω．將R1、RB、外電阻越大，電源的效率越高，因?yàn)镽1、R2并聯(lián)后的電阻小于將它們串聯(lián)后的電阻，可知，將R1、R2并聯(lián)后接到電源兩端時(shí)，電源的效率小于75%，故B錯(cuò)誤；C、當(dāng)外電阻等于電源的內(nèi)阻時(shí)，電源的輸出功率最大，據(jù)此可知將R1單獨(dú)接到電源兩端時(shí)，電源輸出功率最大，故C正確，D錯(cuò)誤。故選：AC。如圖所示的U﹣I圖象中，直線I為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系，直線Ⅱ?yàn)槟骋浑娮鑂的伏安特性曲線，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1.5Ω B．電源電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻為0.5Ω C．電源的輸出功率為3.0W D．電源內(nèi)部消耗功率為0.5W【解答】解：A、由直線Ⅱ的斜率知R=UB、根據(jù)閉合電路歐姆定律得U＝E﹣Ir，當(dāng)I＝0時(shí)，U＝E，由讀出電源的電動(dòng)勢(shì)E＝3V，內(nèi)阻等于圖線的斜率大小，r=△UC、兩圖線的交點(diǎn)表示該電源直接與電阻R相連組成閉合電路時(shí)工作狀態(tài)，由圖讀出電壓U＝1.5V，電流I＝1.0A，則電源的輸出功率為P出＝UI＝1.5W．故C錯(cuò)誤D、電源內(nèi)部消耗的功率Pr故選：A。（多選）如圖所示，直線A是電源的路端電壓和電流的關(guān)系圖線，直線B、C分別是電阻R1、R2的兩端電壓與電流的關(guān)系圖線，若將這兩個(gè)電阻分別接到該電源上，則（）A．R1接在電源上時(shí)，電源的效率高 B．R2接在電源上時(shí)，電源的效率高 C．R1接在電源上時(shí)，電源的輸出功率大 D．R2接在電源上時(shí)，電源的輸出功率大【解答】解：A、電源的效率η=UIEI=C、由兩圖線的交點(diǎn)讀出，R1接在電源上時(shí)電壓U1＝0.75U0，通過(guò)R1的電流I1＝0.25I0，則電源的輸出功率P1＝U1I1=R2接在電源上時(shí)U2＝0.5U0，I2＝0.5I0，電源的輸出輸出功率P2＝U2I2=14U故選：AD。某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系和電阻R1、R2的電壓與電流的關(guān)系如圖所示．用此電源和電阻R1、R2組成電路．R1、R2可以同時(shí)接入電路，也可以單獨(dú)接入電路．為使電源輸出功率最大，可采用的接法是（）A．將R1單獨(dú)接到電源兩端 B．將R2單獨(dú)接到電源兩端 C．將R1、R2串聯(lián)后接到電源兩端 D．將R1、R2并聯(lián)后接到電源兩端【解答】解：由圖象得到：電源的電動(dòng)勢(shì)為E＝8V，內(nèi)阻為r=43Ω，由電阻的伏安特性曲線求出R1＝4Ω、R2＝2Ω，當(dāng)電源的內(nèi)外電阻相等時(shí)，電源的輸出功率最大，則R1、R2并聯(lián)電阻為43Ω，所以將R1故選：D。減少對(duì)化石燃料的依賴是人類削弱溫室效應(yīng)的重要方法，對(duì)替代能源的探索正在加快進(jìn)行，我國(guó)在太陽(yáng)能利用方面居于領(lǐng)先地位。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的關(guān)系圖象（電池內(nèi)阻不是常數(shù)），圖線b是某電阻R的U﹣I圖象。在該光照強(qiáng)度下將它們組成閉合回路時(shí)，硅光電池的內(nèi)阻為（）A．5.5Ω B．7.0Ω C．12.0Ω D．12.5Ω【解答】解：根據(jù)閉合電路歐姆定律可得E＝U+Ir，當(dāng)電流為0時(shí)，路端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)，因此由圖線a知，硅光電池的電動(dòng)勢(shì)E＝3.6V根據(jù)兩圖線交點(diǎn)可知，電阻的電壓為U＝2.5V時(shí)，電流為I＝0.2A，則硅光電池的內(nèi)阻r=E?U故選：A。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的關(guān)系圖象（電池內(nèi)阻不是常數(shù)），圖線b是某電阻R的U﹣I圖象．當(dāng)它們組成閉合回路時(shí)，硅光電池的內(nèi)阻可表示為（）A．U3I3 B．U2?U【解答】解：A、由歐姆定律得U＝E﹣Ir，由于I與r也有關(guān)，所以△U△I的大小不等于r，即a圖線切線的斜率大小不等于內(nèi)阻。由圖可知UB、由歐姆定律得U＝E﹣Ir，當(dāng)I＝0時(shí)，E＝U，由a與縱軸的交點(diǎn)讀出電動(dòng)勢(shì)為E＝U2．根據(jù)兩圖線交點(diǎn)處的狀態(tài)可知，電阻的電壓為U1，則內(nèi)阻r=E?C、電阻為線性元件，U1D、由歐姆定律得U＝E﹣Ir，△U△I的大小等于r，而由圖可知△U△I=故選：B。如圖（1）所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E＝10V，內(nèi)電阻r＝1Ω，兩個(gè)相同的定值電阻R0＝9Ω，R1＝18Ω，且不隨溫度而變化．（1）求通過(guò)電阻R1中的電流；（2）若在電路中將兩個(gè)并聯(lián)電阻R1、R0換成一個(gè)燈泡L（7.2W，0.9A），如圖（2）所示，該燈泡的伏安特性曲線如圖（3）中實(shí)線所示．則接入電路后，燈泡的實(shí)際功率為多少？某學(xué)生的解法如下：RL=P額I額2，I=請(qǐng)你判斷該同學(xué)的解法是否正確？若正確，請(qǐng)解出最終結(jié)果；若不正確，請(qǐng)用正確方法求出燈泡的實(shí)際功率．（3）若在圖（2）電路中再并聯(lián)一個(gè)同樣的燈泡，如圖（4）所示，則每個(gè)燈泡的實(shí)際功率是多少？【解答】解：（1）R并=R0RI總=E由分流原理：I1=I（2）該解法是錯(cuò)誤的．燈泡的電阻不是定值，接入電路后的實(shí)際功率求解，應(yīng)該是通過(guò)對(duì)該電路作等效電源的I﹣U圖線，取兩個(gè)圖線的交點(diǎn)