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TUhjnbcbe - 2020/12/10 5:24:00

在一些电功率问题中经常能够看到已知条件中出现一些函数图像作为已知条件,如I-U图像、U-R图像或I-P图像等等,那么这些图像如何使用,它们有能够起到哪些作用呢?下面我们通过一些具体问题来进行总结。

类型一、利用图像找公式中对应条件点

例题1:有一种亮度可以调节的小台灯,其电路图如图甲所示。电源电压为15V,通过灯泡L的电流跟其两端电压的关系如图乙所示,灯泡L的额定电压为12V。则灯泡L的额定功率为W;调节滑动变阻器R,使灯泡L的功率为3.6W,此时滑动变阻器R连入电路的阻值为Ω。(答案:9.)

解析:该题目更加求解额定功率的公式P额=U额I额,已知U额=12V,只需利用图像找到12V电压在图像上对应电流值,也就是I额数值,代入公式进行计算即可。

而第二小问则依然利用公式P额=U额I额,找出符合公式的数据的点,也就是乘积等于3.6的点,很容易找到6Vx0.6A=3.6w的点,求出灯泡电压为6V,进而求该电路状态下的滑变电阻阻值。

练习(多选).小灯泡L上标有“2.5V”字样,它的电阻随它两端电压变化的图像如图甲所示。将小灯泡L和电阻R0接入图乙所示的电路中,电源电压为6V,且保持不变。当开关S闭合时,小灯泡L恰好能正常发光。下列说法正确的是:

A.开关S断开时,小灯泡L的电阻为0Ω

B.开关S闭合时,小灯泡L的电阻为10Ω

C.小灯泡L的额定功率为0.W

D.电阻R0的阻值为14Ω

答案:BCD

类型二、利用图像找符合规律的对应条件点

例题2:如图所示是电阻甲和乙的U-I图像,下列说法中正确的是

A.电阻甲和乙都是阻值不变的电阻

B.当乙两端电压为2V时,R乙=5Ω

C.甲、乙串联在电路中,当电路电流为0.2A时,源电压为2V

D.甲、乙并联在电路中,当电源电压为2V时,电路总功率为1.2W

答案:D

解析:同一坐标轴中出现多条图线的情况,题目除了考察单条图像的特性之外,如求值、特性描述等等,还会对两条曲线之间的关系通过电路规律进行关联,如C、D选项中把甲乙放到具体的串并联电路中,通过电流或者电压相等即可求得各种电压或电流,进而得到电源电压或干路电流的值。

对应练习:两个额定电压为V的白炽灯L1和L2的U-I特性曲线如图,将L1和L2串联在_____A的电路中时,L1和L2两端的电压和V?

解析:两灯泡串联在同一电路中,电流相等的前提条件下,两灯泡电压的和为V,在两个条件同时满足的情况下在图像中找出符合条件的电流值。

答案:0.25A

类型三、利用图像找符合具体条件点

例题3:标有“6V3.6W”的小灯泡,通过它的电流随两端电压的变化关系如图所示,若把这种规格的两只灯泡串联接在6V的电源两端,则每只灯泡的实际电阻和实际功率分别为

A.10Ω0.9WB.6Ω0.9WC.6Ω1.5WD.10Ω1.8W

解析:该题目虽然在题干中给出了灯泡铭牌值,但是已知条件中也给出了是“串联两只规格相同的灯泡”,我们要清楚每只小灯泡的实际电压会变为3V,同时也要意识到每只灯泡的实际电压的变化,导致图像上所找点位置的变化,不是简单的1+1=2的关系。

答案:C

练习:标有“6V3W”的小灯泡,通过它的电流与电压的关系如图所示。若把它与一只阻值为8Ω的电阻并联接在电压为4V的电路中,则整个电路消耗的功率为

A.3WB.3.3WC.3.6WD.5W

答案:C

类型四、利用图像找极值条件点

例题4:如图所示,电源电压为6V且保持不变,滑动变阻器的最大阻值为20?,定值电阻R0为5?。闭合开关后,移动滑片,发现能使电流表(“0~0.6A”或“0~3A”)和电压表(“0~3V”或“0~15V”)的指针同时达到满刻度线。则R0的电功率与电流的关系图像可能是下图中的()

解析:该题目中除了要正确描述R0电功率与电流关系之外,还要注意到由于电路安全或硬件条件的限制导致的“极值”大小,需要通过对电路的分析,得出具体数值来进行图像描述。具体的分析是根据电路可知滑变滑片滑到最大阻值位置是电流也不可能为零,所以正确答案应该在C、D选项中,又因为已知中要求两表能同时达到满偏值,所以电流为0.6A时电压表示数为3V能够满足条件,进而求出该电路R0的电功率最大值为1.8w。故选C.

练习:如图甲所示电路中,R0为定值电阻,R1为滑动变阻器,图乙是该滑动变阻器消耗的电功率与电流关系的图像,则以下说法正确的是()

A:滑动变阻器的最大阻值为10Ω

B:电源电压为12V

C:电阻R0的阻值为20Ω

D:在此串联电路中,滑动变阻器的电阻越大,功率越大

解析:通过对电路的分析,可以得出电流中滑变阻值越大,则电流越小的结论。进而利用I-P图像中电流与功率的对应规律,得到当I=0.2A时,滑变功率P=2w,即可求出滑变最大阻值。还可以利用另外的已知点数据求出对应电压,结合两组数据求出定值电阻R0的阻值,进而求出电源电压,正确选项B。

类型五、利用图像解释功率差值问题

例题5:如图所示,电源电压不变,a、b、c为电流表或电压表.只闭合S1时,a表无示数,b表有示数.S1、S2都闭合时,滑片P向右滑动,c表的示数不变,下列判断正确的是()

A.a表是电压表

B.先闭合开关S1,再闭合S2,电路中的总电流变大

C.只闭合S1,P向右移动,R2两端的电压变化量与电流变化量的乘积大于其电功率的变化量

D.开关均闭合,电路的总功率为P1;若将c表换成另一种电表,再闭合S1、S2,电路的总功率为P2,则P2P1

先看一下该题的具体解析过程:

解析:只闭合S1,R1、R2和R3串联,a表无示数,b表有示数,则a表为电流表,b表为电压表,S1、S2都闭合时,滑片向右滑动,c表示数不变,则c表为电压表,A错误;只闭合S1时,三个电阻串联,再闭合S2,只有R1接入电路,电流变大,B正确;只闭合S1,三电阻串联,P向右移动,接入阻值变小,电流变大,设初电流为I1,变化后电流为I2,即I2I1;根据题意R2两端的电压的变化量与电流变化量的乘积为(I2R2-I1R2)(I2-I1)=(I2-I1)2R2,而R2电功率的变化量为ΔP=I22R2-I12R1=(I22-I12)R2,(I22-I12)R2-(I2-I1)2R2=(2I2I1-2I12)R2=2I1(I2-I1)R20,即R2两端的电压的变化量与电流变化量的乘积小于R2电功率的变化量,C错误;开关均闭合,电路为只有R1的简单电路,若将c表换成另一种表即电流表,再闭合S1和S2,三个电阻并联,电路总电阻变小,所以电路总功率变大,即P2P1,D正确.故选BD.

但是,对于C选项,如果用图像去解释,就很直观也很简单。

如图甲,在U-I图像中选取两个点,电流分别为I1和I2,电压分别为U1和U2,表示定值电阻在不同电路状态下的电流电压值,根据公式P=UI可知,图像乙中由电压和电流所围成的面积即为对应电功率值,即P1是红线围成的面积,P2是蓝线围成的面积。

甲乙

而在图乙中可得,两个状态下电功率的变化值为图丙阴影所示:

而电压变化值与电流变化值进行乘积,所组成的面积则如图丁所示:

两者大小比较一目了然,功率变化值明显大于电压变化值与电流变化值的乘积。

利用图像解释具体的问题很直观,也易于理解。

图像在电功率问题中,无论是解题还是解释都有很好的象形作用,平时注意积累,也要学会使用图像这一数学工具,为物理所用。

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