物理-电流定义I=Q-t与电功公式W=UIt=UQ(Q-t图像的斜率与面积意义辨析)

考点:科学推理 / 物理-电流定义I=Q/t与电功公式W=UIt=UQ(Q-t图像的斜率与面积意义辨析)

问法模型:给出物理量-时间图像问’下列判断正确的是’ → 先明确坐标轴物理量,再用公式判定图像斜率、面积及变化量各自对应的物理意义

推理链

  1. 第1步:从图中提取信息:纵轴为’手机电量’(充入电荷量Q的百分比),横轴为’充电时间t’,有线与无线充电曲线均从1%充到93%,充电电压视为恒定
  2. 第2步:明确图像几何量的物理意义——由I=Q/t知曲线上某点的斜率(ΔQ/Δt)代表充电电流,而曲线与时间轴围成的面积为Q×t,两者含义不同
  3. 第3步:对照A项:面积是Q×t而非电流,电流应是斜率,排除A
  4. 第4步:对照B项:由W=UIt且I=Q/t得W=UQ,电流做的功=电压×充入电荷量,而非Q×t(面积),排除B
  5. 第5步:对照C项:同款手机电池容量相同,从1%充到93%充入的电荷量均为容量的92%,两者电荷量相同,C错误
  6. 第6步:对照D项:电压U恒定相同、电荷量Q相同,由W=UQ知两者充入的电能相同,D正确

最快解法:⚡ 公式法+排除法:核心公式W=UIt=UQ——同款手机从1%到93%充入电荷量相同(均为92%),电压恒定,直接锁定’电能相同’选D;再用’Q-t图斜率才是电流’秒杀A、B(面积Q×t既不是电流也不是功)

易错点

  • ⚠ 把v-t图’面积代表位移’的思维定势错误迁移到Q-t图,误以为面积代表电流做功(B项陷阱)
  • ⚠ 混淆电荷量Q与电能W两个概念:判断电能需借助W=UQ换算,不能直接由图像形状差异否定电能相同
  • ⚠ 忽略’同款手机电池容量相同’这一隐含前提,误认为百分比相同不代表充入电荷量相同而错选C

母题抽象

🧩 当题干出现’物理量-时间图像+恒定条件+比较某个物理量’的特征时,先写出纵轴量与时间的基本公式(如I=Q/t、W=UIt=UQ),再逐一判定’斜率、面积、纵轴变化量’各对应哪个物理量,最后结合隐含前提(同款设备、恒定参量)比较

同类特征:Q-t充电图像、充电电压恒定、同款手机对比有线/无线、从1%充到93%、曲线与时间轴围成面积的物理意义、电能与电荷量的区分

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(暂无)


题干

某人利用同一充电宝的无线充电与有线充电功能分别给同款手机充电。充电电压视为恒定,记录的充电量与充电时间如下图所示。则下列判断正确的是:

选项

  • A. 图中曲线和时间轴所围成的面积代表充电电流
  • B. 图中曲线和时间轴所围成的面积代表充电电流所做的功
  • C. 从1%充到93%,两者充入的电荷量不同
  • D. 从1%充到93%,两者充入的电能相同 ✅

官方解析

由图可知,纵轴的手机电量为充入的电荷量,通常用Q表示,横轴为充电的时间,通常用t表示。

A项:根据电流定义公式可知,纵轴Q与横轴t的比值代表充电电流,即图线的斜率表示充电电流,并非图中曲线和时间轴所围成的面积(Qt),错误;

B项:根据电流定义公式和电流做功的公式W=UIt可知,电流做功的公式可表示为W=UQ,即充电电流所做的功等于充电电压与充入电荷量的乘积,并非图中曲线和时间轴所围成的面积(Qt),错误;

C、D两项:由于手机相同,电池的容量相同,因此从1%充到93%,两者充入的电荷量Q相同,均为92%,又因为充电电压视为恒定,充入的电能也就相同,C项错误,D项正确。

故正确答案为D。

给定材料

(无)