两类U—I图像的应用，本文主要内容关键词为：两类论文,图像论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、两类U—I图像
1.由欧姆定律确定的U—I图像
由欧姆定律得出I=U/R，此式表明：对于阻值一定的电阻R，通过它的电流I与其两端的电压U成正比。这一关系用U—I图像来描述，就是一条通过原点的直线，该图线的“斜率”即为电阻的阻值，即
R=U/I=（ΔU/ΔI），
如图1所示。
附图
图1
对于阻值不恒定的导体或器件，电流与电压不成正比，其U—I图像不是一条直线，此时图线上某点的U、I值表示导体或器件对应的工作状态，此时的电阻值仍可用R=U/I来表示。如图2所示，对应工作状态A，电阻R[，A]=U[，A]/I[，A]；对应工作状态B，电阻R[，B]=U[，B]/I[，B]
附图
图2
2.由闭合电路欧姆定律确定的U—I图像
由闭合电路欧姆定律可推得路端电压
U=E-Ir。
此式表明：对于电源电动势E、电源内阻r不变的闭合电路，路端电压U与电流I之间存在线性关系，其U—I图像是一条直线，如图3所示。此图线与U轴的交点即为电源的电动势E，与I轴的交点为短路电流I[，0]（I[，0]=E/r），图线“斜率”的绝对值等于电源的内阻r，即
附图
图3
值得注意的是，当电源内电阻较小时，其U—I图像将呈现如图4所示的情况，此时图线下部大面积空间得不到利用。为此可使纵坐标不从零开始，如图5所示，将纵坐标的比例放大，可以使图像表示得更精确。此时图线与I轴的交点不再表示短路电流，计算内阻r要在直线上任取两个相距较远的点，由r=｜ΔU/ΔI｜计算。
附图
图4
附图
图5
二、应用
例1 （03年上海）如图6为某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的I—U关系曲线图。
附图
图6
在如图7所示的电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA。定值电阻R[，1]=250Ω，由热敏电阻的I—U曲线可知，热敏电阻两端的电压为_______V；电阻R[，2]的阻值为______Ω。
附图
图7
分析 通过电阻R[，1]的电流强度为
I[，1]=U/R[，1]=（9/250）A=36mA，
通过R[，2]和热敏电阻的电流强度为
I[，2]=（70-36）mA=34mA。
再由图6所示的I-U关系曲线，读出通过热敏电阻的电流强度为34mA时，对应的电压值为5.2V。
最后求出电阻R[，2]的阻值为
附图
例2 （05年上海）如图8中图线①表示某电池组的输出电压—电流关系，图线②表示其输出功率—电流关系。该电池组的内阻为_____Ω。当电池组的输出功率为120W时，电池组的输出电压是_____V。
附图
图8
分析 电池组内阻即为图线①的“斜率”，即
由图线②可看出，当电池组的输出功率为120W时，其工作电流为4.0A。在图线①上找到与4.0A对应的输出电压为30V。
例3 （04年上海）两个额定电压为220V的白炽灯L[，1]和L[，2]的U—I特性曲线如图9所示。L[，2]的额定功率约为_____W。现将L[，1]和L[，2]串联后接到220V的电源上，电源内阻可以忽略不计。此时L[，2]的实际功率约为______W。
附图
图9
分析 由图9上L[，2]的U—I特性曲线可确定，L[，2]的额定电流约为0.45A，故L[，2]的额定功率约为99W。
当两灯串联接在220V的电源上时，通过两灯的电流强度相等，并且两灯上的电压之和为220V。取（0，220V）为新坐标系的原点，作出上L[，1]曲线的反转曲线（见图9中虚线），两曲线相交于P点，得
I=0.25A，U[，L[，1]]=150V，U[，L[，2]]=70V，所以L[，2]的实际功率 P[，2]′=U[，L[，2]]·I=17.5W。
例4 如图10所示电路中，R[，1]是阻值为1.0kΩ且阻值不随温度改变的标准电阻，电源电动势为9.0V，其内阻可不计。图11中实线是电阻R的伏安特性曲线，试求当R[，2]调至多大时，R[，1]与R消耗的电功率相等？此时R[，1]与R的电功率为多大？
附图
图10
附图
图11
分析 R[，1]与R串联，则当它们消耗的电功率相等时，各自两端的电压相等。为此，作出R[，1]的U—I图像（见图11中虚线），两图线的交点P即表示R[，1]、R的工作状态，读出
I=3.0mA，U=3.0V。
由串联电路知识可知，电阻及R[，2]两端的电压
U[，2]=E-2U=3.0V，
此时R[，2]=U[，2]/I=1.0kΩ，
即当R[，2]调至1.0kΩ时，R[，1]与R消耗的电功率相等，它们的电功率均为
P=3.0×3.0×10[-3]W=9.0×10[-3]W。
例5 如图12所示的电路中，凡是阻值为1.0kΩ且阻值不随温度改变的标准电阻，电源电动势为7.0V，图13中的实线是电阻R的U—I特性曲线。求闭合电键S后电阻R消耗的电功率。
附图
图12
附图
图13
分析 将R[，1]等效为电源内阻，即
E=7.0V，r=R[，1]=1.0kΩ，
由此作出路端电压U随电流I变化的U—I图像（见图13中虚线），两图线相交于P点，此时电阻R两端的电压U=3.0V，通过的电流I=4.0×10[-3]A，由此可得电阻R消耗的电功率P=UI=1.2×10[-2]W。