李國民

一、兩類圖線

在測電源電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，可以畫出電源的U—I圖線，在測小燈泡的實(shí)驗(yàn)中，可以畫出電阻的U—I圖線，電路圖和U—I圖線分別如圖1、2所示。

二、兩類圖線的區(qū)別

（1）截距不同

圖1中縱截距U=E，橫截距I短=■

■■

圖2中橫縱坐標(biāo)軸都是零，電阻U—I圖線必過原點(diǎn)

（2）斜率表示的意義不同

圖1中表示電源內(nèi)阻，圖2中表示外電阻阻值。

（3）決定因素不同

電源的U—I圖線由電源決定與外電路無關(guān)；電阻U—I圖線由電阻決定，與電源無關(guān)。

例1.（2010寧夏卷）電源的效率η定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比。在測電源電動勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中得到的實(shí)驗(yàn)圖線如圖所示，圖3中u為路端電壓，I為干路電流，a、b為圖線上的兩點(diǎn)，相應(yīng)狀態(tài)下電源的效率分別為ηa、ηb，由圖可知ηa、ηb的值分別為：

A.■、■ B.■、■ C.■、■ D.■、■

解析：電源效率η=■，E為電源的總電壓（即電動勢），根據(jù)圖象可知Ua=■E、Ub=■E，所以選項(xiàng)D正確。

例2.（2010廣東卷）太陽能是一種清潔、“綠色”能源。在我國上海舉辦的2010年世博會上，大量利用了太陽能電池。太陽能電池在有光照時(shí)，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒有光照時(shí)，可以視為一個(gè)電學(xué)器件。某實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)測繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)方法，探究一個(gè)太陽能電池在沒有光照時(shí)（沒有儲存電能）的I-U特性。所用的器材包括：太陽能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關(guān)S及導(dǎo)線若干。

（1）為了達(dá)到上述目的，請將圖4連成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)電路圖。

（2）該實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)繪出了如圖5的I-U圖像。由圖可知，當(dāng)電壓小于2.00V時(shí)，太陽能電池的電阻 （填“很大”或“很小”）；當(dāng)電壓為2.80V時(shí)，太陽能電池的電阻約為 Ω。

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【解析】（1）根據(jù)測繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)方法，電路連接如圖6；

（2）在電壓小于2.00V時(shí)，由圖可讀出電流很小，由I=■得R=■，太陽能電池的電阻很大；

（3）當(dāng)電壓為2.80V時(shí)，根據(jù)題圖讀出U、I，由R=■得：R=1.0×103Ω。

三、兩類圖線的聯(lián)系

如圖7所示，

（1）交點(diǎn)坐標(biāo)：兩圖線的交點(diǎn)p的坐標(biāo)（Up，Ip）表示電源與電阻串聯(lián)時(shí)的工作電流和電阻上的電壓，也就是路端電壓。

（2）虛線框和坐標(biāo)軸所圍成的面積表示電源的輸出功率，即P出=UpIp

（3）電源的效率：η=■×100%

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例3.（2009年重慶卷）硅光電池是一種可將光能轉(zhuǎn)換為電能的器件。某同學(xué)用圖8所示電路探究硅光電（下轉(zhuǎn)第214頁）（上接第185頁）池的路端電壓U與總電流I的關(guān)系。圖中R0為已知定值電阻，電壓表視為理想電壓表。（有節(jié)選）

①若電壓表V2的讀數(shù)為U0，則I= mA；

②實(shí)驗(yàn)一：用一定強(qiáng)度的光照射硅光電池，調(diào)節(jié)滑動變阻器，通過測量得到該電池的U-I曲線a。見圖9，由此可知電池內(nèi)阻 （填“是”或“不是”）常數(shù)，短路電流為 mA，電動勢為 V。

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③實(shí)驗(yàn)二：減小實(shí)驗(yàn)一中光的強(qiáng)度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，測得U-I曲線b，見圖9。當(dāng)滑動變阻器的電阻為某值時(shí)，若實(shí)驗(yàn)一中的路端電壓為1.5V。則實(shí)驗(yàn)二中外電路消耗的電功率為 mW（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

解析：①根據(jù)歐姆定律可知I=■；

②路端電壓U=E-Ir，若r為常數(shù)、則U-I圖為一條不過原點(diǎn)的直線，由曲線a可知電池內(nèi)阻不是常數(shù)；當(dāng)U=0時(shí)的電流為短路電流約為295μA=0.295mA；當(dāng)電流I=0時(shí)路端電壓等于電源電動勢E、約為2.67V；

③實(shí)驗(yàn)一中的路端電壓為U1=1.5V時(shí)電路中電流為I1=0.21mA，連接a中點(diǎn)（0.21mA、1.5V）和坐標(biāo)原點(diǎn)，此直線為此時(shí)對應(yīng)滑動變阻器阻值的外電路電阻（定值電阻）的U-I圖，和圖線b的交點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)二中的路端電壓和電路電流，如圖10所示，電流和電壓分別為I=97μA、U=0.7V，則外電路消耗功率為P=UI=0.068mW。

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