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《U I图象的物理意义及其应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、u—I图象的物理意义及其应用用图象表示物理规律具有直观、形象、简便、具体等显著优点，运用图象分析讨论某些物理问题不仅口[以避免公式法繁锁的数字计算,ifuHnJ-以对物理概念和物理规律理解更加深刻。现对U—I图彖作出分析。一、U—I图象的畅理盘艾在电动势£和内电阻r固定的电源两端接-阻值为R的纯电阻用电器，组成一闭合电路，如图1所示，若用U农示闭合电路的路端电压，I表示通过电源的电流强度，则有以下规律：U=IR,U=e-Ir在u—I坐标系上分别画出以上函数的图象，即直线OP和AB,如图2所示，这个图象包含的物理意义有:1、截距：直线AB在纵轴上的
2、截距农示电源电动势£,在横轴上的截距表示短路电流IM=£/r2、斜率：有线OP的斜率表示外电路电阻R,直线AB斜率的负值衣示电源的内电阻ro3、交点：克线0P和AB的交点为C,其横坐标值表示这时闭合电路的电流强度I),纵坐标值表示这吋的路端电压或外电路两端的电床U],图屮CD值表示这吋电源的内电压U「。矩形CIjOUi的而积S24、面积：矩形DIQA的而积Si的数值表不•这时电源的总功率,的数值表示这时电源的输出功率，两块面积之差AS=(S-S2)的数值表示这时电源内部发热消耗的功率，两块面积Z比S2:S,的数值表示这时电源的效率。二、U—I图象
3、的应用1、分析物理量的变化规律(1)路端电压、电流强度随外电阻的变化规律冇线OP的斜率表示闭合电路外电阻的阻值R,当外电阻R增大时，靑线0P与直线AB的交点C将沿BA线向A靠近，从图2可知，交点C的横坐标变小，而纵坐标变大,这就冇观地说明了“路端电床随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小；电流强度随外电阻的增大而减小，随外电阻的减小而增大”这一规律，当R-8吋，0P与纵轴重合，C点与A点重合，显而易见，此时外电路断开，I变为零，路端电压变至最大为U=e；反乙当R-0时，直线OP与横轴无限地靠近，IU~On⑵电源输出功率随外电阻的变化规律。电源
4、的输出功率可用图3中画斜线的矩形而积来表示，当外电阻R山零逐渐增至无限大时，不难看出这块面积先山小变大，再山大变小，这表示在变化中存在垠大值，根据数学知识不难知道，当直线OP与直线AB交点C取AB中点时,矩形面积最大，此时I=IM/2=e/2r,U=£/2,对应的外电阻R=U/I=r,电源的最大输出功率Pniax=UI=£2/4ro从而得到“当外电路的电阻R等于电源的内阻r时，电源的输出功率最大，为£?/4r这一规律。(3)电源的效率随外电阻的变化规律电源的效率町用图2中矩形CI.OU,的面积和矩Pgr)形DI,OA的面积Z比來农示，当外电阻R山
5、零逐渐增大时，由图4不难看出两块面积之比在増大。当R=「吋，表示电源输出功率的矩形面积是表示电源总功率的矩形而积的一•半。因此，这吋电源的效率为50%o从而得到了“电源效率随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小。当外电阻R等于内电阻r时，电源的效率为50%”这一规律。2、分析实验误差R(1)伏安法测电阻的实验误差用伏安法测电阻，山于电表内阻存在，不可避免地改变了电路本身，这就给测量结果带来了误差。现用U-I图象來讨论外接法电路中的实验谋差。如图5所示，闭合电键K,改变滑动变阻器的阻值，每改变一•次，就得到一组U、I值，取几出组数值作出U-I图
6、5图8实值R真，从图中直观地町得出R真〉R测。用类似方法可得，图6内接法测最出的电阻值，要比真实值大，即RxR测(2)用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻的实验误差。如图7所示，闭合电键K,改变滑动变阻器阻值，测出对应的多组U、I值，根据测出的U、I值作岀U—I图象的冇•线AB,如图8所示，直线AB与纵轴的交点值表示电池电动势的测量值e测，斜率的负值表示电池内电阻的测量值r测，因电压表的分流作用，电流表测得的电流值小于通过电池内部的电流值，只有当外电路短路时两电流值才相等。经修止后在U-I图象中得到的直线为A'B,直线A1B与纵轴的交点值表示
7、电池电动势的真实值£真，斜率的负值农示电池内阻的真实值r真，山图可以得出£a>测定电池电动势和内电阻的其它电路连接方式引起的实验误差，可用U—I图象作类似分析。
