中考物理电学之图像分析专题

电学之图像问题
图像是研究和分析物理问题的重要方法. 图像能直观和定量反映出相关物理量间的对应关系和数量变化关系。

本文所说的图像问题是指题目的内容除了文字以外，还伴随有两个物理量之间的关系图像。

图像类试题以图像为信息载体，主要考查考生识别图像、从图像中提取有效信息的能力、分析能力。

图像类试题在中考中一直占有重要的地位，很多学生不能很好的利用图像分析处理试题中的问题，尤其是数学功底不太好的学生，一见到图像题便产生畏惧，致使在这类试题中失分较多，为了使学生能较好的解决这类试题，有必要对这类试题进行分析，下面通过例题说明这类试题的解题方法，以期对同学们有所启迪。

我们学过的图像有: 路程时间图像；速度时间图像; 晶体的熔化凝固图像; 电阻与压力的关系图像; 电阻与温度的关系图像；功率与电压关系图像；功率与时间关系图像；电压与电流的关系图像等。

一、电压——电流关系图像
例1、图1是甲、乙两电阻的电流与电压关系的图像，现将甲、乙串联后
接在电压为4.5V的电源两端。

下列分析正确的是
A．甲的阻值是乙阻值的两倍
B．通过乙的电流是甲的电流的两倍
C．乙两端的电压是甲两端电压的两倍
D．甲的电功率是乙的电功率的两倍
分析：本题中图像是电阻两端的电压与流过电阻中的电流关系的图像，
图像的纵轴表示电阻两端的电压，横轴表示通过同一电阻中的电流，图像是一条直线且过坐标原点。

图像上除原点以外的点的纵坐标和横坐标的比值就是直线的斜率，斜率值就等于相应的电阻的阻值。

本题属于阻值不变的电压电流关系图像，图像为直线，直线的斜率等于电阻的阻值。

利用该图像可以求电阻、电阻两端的电压、通过电阻中的电流、电阻消耗的功率。

例2、如图2甲所示，电源电压恒为9伏，滑动变阻器的最大阻值为100欧，电流在0.1安~0.4安之间时电子元件均能正常工作。

若通过此电子元件的电流与其两端电压的关系如图2乙所示，则下列判断正确的是
A．电子元件工作时，电阻保持不变
B．电子元件处于正常工作状态时，电路消耗的最小功率为3.6瓦
C．当P在中点时，电子元件与滑动变阻器的电压之比为1:1
D．为使电子元件处于正常工作状态，滑动变阻器的阻值范围应控制
在12.5欧~70欧
分析：本题中的图像为电压电流关系图像，纵轴表示的是电子元件两端的电压，横轴表示的是流过电子元件中的电流，图像为一条曲线，图像的变化趋势是，随着电流的逐渐增大电压逐渐增大。

用此图求电阻时，图像上点的纵坐标除以横坐标的值为该点对应电流或电压时元件的电阻值。

本题属于阻值变化的电压电流关系图像，图像为曲线，曲线上不同的点所对应的元件的阻值是不同的。

利用图像可以求元件的电阻、元件两端的电压、通过元件中的电流、元件消耗的功率。

例3、如图18甲所示电路，电源两端电压U不变，R1是定值电阻，R2是滑动变阻器。

当开关S闭合后，改变滑动变阻器接入电路的电阻，其电流与电压的关系如图18乙所示。

求：
⑴滑动变阻器R2接入电路的最大阻值为Ω，电源两端电压为V；
⑵定值电阻R1的电阻值；
⑶电路消耗电功率的最大值。

二、电压──电阻关系图像
例4、如图3甲所示电路，电源电压为6V不变，滑动变阻器的滑片P从a端移动到b端，定值电阻R1两端的电压随滑动变阻器R2阻值变化的图像如图3乙所示。

问：
（1）当R2为10Ω时，电压表的示数是多少？
（2）当电压表示数为2V时，R1的阻值是多少？
（3）滑动变阻器的滑片P在b端时，电阻R1的功率是多少？
分析：本题中的图像是电压电阻关系图像，纵轴表示的是R1
上的电压即电压表的示数，横轴表示的是R2的电阻值。

图像是一
条曲线，图像的变化趋势是：随着电阻的逐渐增大，电压逐渐减
小。

本题中的电压电阻图像，纵轴上的电压，不是横轴上电阻两
端的电压，这一点在解题时一定要注意，这也是本题的一个创新。

三、电流──电压关系图像
例5、图4是小明设计的调光电路图，他将粗细均匀的电阻丝AB通过滑片P连入电路，小灯泡的额定电压为6V。

闭合开关S后，滑片P从最左端A滑到最
右端B的过程中，小灯泡的I—U关系图像如图5所示。

(电
阻丝AB的阻值不随温度变化)
求：（1）小灯泡的额定功率；
（2）电阻丝AB的阻值；
（3）当AB连入电路的阻值R1=2.5时，灯泡消耗的
功率为3.2W，此时灯丝的阻值为多少。

分析：本题中的图像是小灯泡的电流电压关系图像，图像的纵轴表示流过小灯泡中的电流，横轴表示小灯泡两端的电压，用此图像求电阻时，阻值是图线上点的横坐标除以纵坐标的值。

图线的变化趋势是随着电压的逐渐增大，电流逐渐增大。

本题中的电流电压关系图像是一条曲线，说明在不同的电压值时，所对应的电阻值是不相同的，用该图线求电阻时一定要注意电阻值是横坐标除以纵坐标的值。

用该图像可以求小灯泡两端的电压、流过小灯泡的电流、小灯泡的电阻、小灯泡消耗的功率。

四、电阻──温度关系图像
例6、PTC是一种新型的半导体陶瓷材料，它的发热效率较高，PTC有一个人为设定的温度。

当它的温度低于设定温度时，其电阻值会随它的温度升高而变小；当它的温度高于设定温度时，其电阻值随它的温度升高而变大。

如图6所示的陶瓷电热水壶就使用了这种材料。

它的工作电路如图7所示，R0是定值电阻，其阻值不受温度的影响。

RT是PTC的电阻，它的电阻值与温度的关系如图8所示。

该电热水壶在RT设定温度状态工作时，电路消耗的总功率为1100W。

（1）R0的阻值为多少? （2）当RT的温度为130℃时，电路中RT的实际功率为多少?
分析本题中的图像是电阻温度关系图像，纵轴表示半导体陶瓷材料的电阻，横轴表示半导体陶瓷材料的温度，图像是一条曲线。

图像的变化趋势是，随着温度的逐渐增大，电阻值先减小后增大。

在温度的变化过程中，电阻值有一个最小值。

本题中的图像是一条“凹”型的曲线，这样的图像，纵轴表示的物理量会有一个最小值，要注意纵轴物理量的变化趋势是：先变小，后变大。

用该图像可以求不同温度时，半导体陶瓷材料的电阻
五、电阻──力关系图像
例7、如图甲是一种电子秤的原理示意图．图中R是压力传感器(电阻会随所受压力大小发生变化的可变电阻)，重量不同的物体放在托盘里，通过压杆对R施加的压力不同，R的阻值和电压表的读数就发生对应改变，电压表的读数就可表示出物体的重量大小．已知电阻R0=60Ω，R的阻值随所受压力变化的图象如图乙所示，R表面能承受的最大压强为2×106Pa，压杆与R的接触面积是2cm2，如托盘和压杆的质量可以忽略不计，电源电压9V恒定不变，取g=10N/kg求：
(1)压力传感器R能承受的最大压力是多大；
(2)当电压表的示数为3V时，托盘中所放物体的质量是多少；
(3)空载和满载(R受最大压力时)两种情形R0所消耗的电功率之比．
例8、随着人们生活水平的不断提高，各种小汽车已经走进我们的家庭．仔细观察和思考，可以发现小汽车的一些设计和使用过程中的许多现象都与物理知识有关，请你用学过的物理知识解答下面的问题：
(1)“五一”期间，小明一家开车外出旅游，途中看到如图1所示的限速牌，该限速牌表示_____．
(2)图2为某小汽车测定油箱内油量的电路原理图．其中：R x为压力传感器，它的电阻值随受到压力的变化而变化，阻值随压力变化的关系如图3所示；表A为油量表，它实质是一只电流表，油箱内油量的变化通过电流表示数的变化显示出来；R0是阻值为5Ω的定值电阻；电源电压恒为15V；油箱位于压力传感器R x上，空油箱重50N．若电流表的量程为0～0.6A，该油箱加满油时，指针恰好指示最大刻度，求：
①此时，R0两端的电压是多少？R x的阻值是多少？
②油箱最多能储油多少L？(1L=1dm3)(取g=10N/kg、ρ汽油=0.7×103kg/m3)
六、功率──时间系图像
例9、小丽的妈妈买了一台全自动豆浆机，如图甲所示．图乙是豆浆机的主要结构：中间部分是一个带动刀头的电动机，用来将原料进行粉碎打浆；外部是一个金属圆环形状的电热管，负责对液体加热煮沸．图丙是豆浆机正常工作时，做一次豆浆的过程中，电热管和电动机交替工作的“P﹣t”图象．下表是这个豆浆机的主要技术参数．
请解答下列问题：
（1）豆浆机正常工作时的最大电流是多大？
（2）豆浆机正常工作，做一次豆浆，加热时消耗的电能是多少？
（3）豆浆在正常工作状态下做一次豆浆，若大豆和清水总质量为1.5kg，初温为20℃，豆浆沸腾时温度是100℃．求豆浆机电热管的加热效率是多少？（已知大豆和清水的混合物的比热容及豆浆的比热容均为4.0×103J/（kg•℃），计算结果保留到小数点后一位）．
（4）在某一次豆浆机工作的时候，小丽将家里的其它用电器都关闭，她观察到豆浆机的电热管工作时，家里标有“1200r/kW•h”字样的电能表转盘在1min内转过了22转．此时豆浆机的实际功率是多大？。