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對兩類U—I圖像的理解和應用

2017-10-26 07:39周清
高中生學習·高三版 2017年9期
關鍵詞:內阻斜率元件

周清

在學習《恒定電流》的過程中,學生對U-I圖像的相關問題,存在概念混淆,理解不清晰,應用有困難的實際情況。為此,我通過比較研究、運用表格進行了辨析和歸納,以幫助學生加強理解,學會應用。

U、I的函數關系是根據歐姆定律公式推導得到的。由I=U/R推導出U=RI得到電阻的U-I圖像;由I=E/(R+r)和U=IR推導出U=E–rI得到電源的U-I圖像。研究U-I圖像的實際問題要先確認是哪種類型,要明確圖像的研究對象,明確坐標軸所表示的物理量,認識圖像的截距、斜率、面積、交點等的物理意義,從而學會畫圖像、用圖像解題。

一、對導體的伏安特性曲線的理解。

歸納:伏安特性曲線上每一點的電壓坐標與電流坐標的比值,對應這一狀態(tài)下的電阻。

對線性元件:[R=UI=?U?I],對非線性元件[R=UI≠?U?I],應注意:線性元件不同狀態(tài)時比值不變,非線性元件不同狀態(tài)時比值不同。U-I圖像的斜率反映了電阻的變化趨勢;I-U圖像的斜率反映了電阻倒數的變化趨勢。

典例 某同學做三種導電元件的導電性質實驗,根據所測量數據分別繪制了三種元件的I-U圖像,如圖所示,則下述判斷正確的是( )

A.只有乙圖正確

B.甲、丙圖的曲線肯定是誤差太大

C.甲、丙不遵從歐姆定律,肯定不可能

D.甲、乙、丙三個圖像都可能正確,并不一定有較大誤差

解析:甲、乙、丙三個圖像都可能正確,乙是線性元件,R不隨I變化。甲、丙是非線性元件,甲的電阻隨I增大而減小。丙的電阻隨I增大而增大,不一定有較大的誤差。故D選項正確。[答案]D

二拓展訓練

典例1 (多選)用如圖甲所示的電路來測量電池電動勢和內電阻,根據測得的數據做出了如圖所示的U-I圖線,由圖乙可知( ) [U/V][I/A][A][B

A.電池電動勢的測量值是1.40V

B.電池內阻的測量值是3.50Ω

C.外電路發(fā)生短路時的電流為0.40A

D.電壓表的示數為1.20V時電流表的示數I=0.20A

解析:選AD圖像與縱坐標的交點為電池的電動勢E=1.40V;電池的內阻[r=?U?I=1.40-1.000.40Ω=1Ω];根據E=U+I′r,代入數據得[I'=E-Ur=1.40-1.201A=0.20A],故A、D正確。[答案]AD

三、歸納總結

1.電源U-I圖線的縱坐標U不以零開始的話,橫軸的截距小于短路電流,但直線的斜率的絕對值仍為電源的內阻。

2.電源和電阻的U-I圖線的交點表示該電源與電阻組成回路的該電阻的工作電壓和工作電流。endprint

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