要解读电流-电压(I-V)图像,先选一个点,读出它的 V 和 I,再计算该点的 R = V ÷ I。过原点的直线表示电阻不变,曲线表示电阻在变化。
本课接续串联与并联支路中的电流,属于电势差、电阻与电路模块。这种读图习惯与运动与图像相通。
常见的形状代表什么?
- **定值电阻(温度不变):**过原点的直线。电势差加倍,电流也加倍。
- **灯丝灯泡:**曲线,随电势差升高而变平。灯丝升温,电阻增大。
- **二极管:**一个方向几乎没有电流;另一个方向在很小的正向电势差之后电流急剧上升。
对于纵轴为 I、过原点的直线,斜率是 I ÷ V,等于 1 ÷ R。对于曲线,某点的斜率并不是电阻。
做题步骤是什么?
- **检查坐标轴。**纵轴是哪个量,单位是什么?
- 选出题目要求的点,准确读出 V 和 I。
- 如有需要,换算单位(mA 换成 A)。
- 在该点计算 R = V ÷ I。
- 描述趋势:比较两个或更多点的 R。
例题
下表是一个小灯泡的自编读数。
| V (V) | 0 | 2.0 | 4.0 | 6.0 |
|---|---|---|---|---|
| I (A) | 0 | 0.50 | 0.80 | 1.00 |
求每个非零点的电阻,并描述趋势。
**第 1 步,2.0 V 时:**R = 2.0 ÷ 0.50 = 4.0 Ω。
**第 2 步,4.0 V 时:**R = 4.0 ÷ 0.80 = 5.0 Ω。
**第 3 步,6.0 V 时:**R = 6.0 ÷ 1.00 = 6.0 Ω。
**第 4 步,趋势:**随着电势差增大,电阻从 4.0 Ω 升到 6.0 Ω。这与电流越大灯丝越热的情况一致。
**第 5 步,检查:**0.80 × 5.0 = 4.0 V,1.00 × 6.0 = 6.0 V,都与表格相符。
要留意的错误
常见的失误是用曲线的斜率,或两点之间的变化量来读电阻。
**错误答案:**R = (6.0 − 4.0) ÷ (1.00 − 0.80) = 2.0 ÷ 0.20 = 10 Ω
学生用了 V 的变化量除以 I 的变化量。那不是电阻,而且 10 Ω 比表中任何一个值都大。
纠正方法是在一个点上用 V ÷ I,两个值都从零开始量。4.0 V 时的电阻是 5.0 Ω,不是 10 Ω。
自我检测
先自己试试,再打开答案。
1. 一条过原点的直线经过点(6.0 V,0.30 A)。求电阻。
显示答案
R = 6.0 ÷ 0.30 = 20 Ω。检查:0.30 × 20 = 6.0 V。
2. 某灯丝灯泡在一点是 3.0 V、0.60 A,在另一点是 6.0 V、0.90 A。它的电阻是增大还是减小?写出数值。
显示答案
3.0 V 时:R = 3.0 ÷ 0.60 = 5.0 Ω。6.0 V 时:R = 6.0 ÷ 0.90 ≈ 6.7 Ω。电阻增大,因为灯丝更热。
3. 为什么二极管的图像在电势差反向时几乎没有电流?
显示答案
反向时二极管的电阻非常大,所以即使两端有电势差,也几乎没有电流通过。
接下来学什么
下一课把电阻的定义与欧姆定律区分开来,这也解释了为什么上面的灯泡仍然符合 R = V ÷ I。图像模型与残差探索器可以帮你练习读线,练习题中也有基于表格的题目。
如果读图时还是靠感觉配对形状,线上一对一物理补习的老师可以让你每次都先算 R = V ÷ I,再解释线的形状。