2020高考物理一輪總復習第八章實驗九描繪小電珠的伏安特性曲線講義含解析新人教版.docx

實驗九描繪小電珠的伏安特性曲線 注意事項1電路的連接方式(1)電流表應(yīng)采用外接法：因為小電珠(3.8 V,0.3 A)的電阻很小，與00.6 A的電流表串聯(lián)時，電流表的分壓影響很大(2)滑動變阻器應(yīng)采用分壓式連接：目的是使小電珠兩端的電壓能從零開始連續(xù)變化2閉合開關(guān)S前，滑動變阻器的觸頭應(yīng)移到使小電珠分得電壓為零的一端，使開關(guān)閉合時小電珠的電壓從零開始變化，同時也是為了防止開關(guān)剛閉合時因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲3IU圖線在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0 V左右繪點要密，以防出現(xiàn)較大誤差4當小電珠的電壓接近額定值時要緩慢增加，到額定值記錄I后馬上斷開開關(guān)5誤差較大的點要舍去，IU圖線應(yīng)是平滑曲線而非折線 誤差分析1由于電壓表、電流表不是理想電表，電表內(nèi)阻對電路的影響會帶來誤差2電流表、電壓表的讀數(shù)帶來誤差，要嚴格按照讀數(shù)規(guī)則讀數(shù)3在坐標紙上描點、作圖帶來操作誤差熱點一電路設(shè)計和實驗原理典例賞析典例1(2017全國卷)某同學研究小燈泡的伏安特性所使用的器材有：小燈泡L(額定電壓3.8 V，額定電流0.32 A)；電壓表(量程3 V，內(nèi)阻3 k)；電流表(量程0.5 A，內(nèi)阻0.5 )；固定電阻R0(阻值1 000 )；滑動變阻器R(阻值09.0 )；電源E(電動勢5 V，內(nèi)阻不計)；開關(guān)S；導線若干(1)實驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)在03.8 V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，畫出實驗電路原理圖(2)實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖(a)所示 由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻_(填“增大”“不變”或“減小”)，燈絲的電阻率_(填“增大”“不變”或“減小”)(3)用另一電源E0(電動勢4 V，內(nèi)阻1.00 )和題給器材連接成圖(b)所示的電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實際功率閉合開關(guān)S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為_ W，最大功率為_W(結(jié)果均保留兩位小數(shù))解析(1)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在03.8 V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，故滑動變阻器用分壓式接法，小燈泡為小電阻，電流表用外接法，如圖(2)由IU圖象知，切線的斜率在減小，故燈泡的電阻隨電流的增大而增大，再由電阻定律R知，電阻率增大；(3)當滑動變阻器的阻值為9 時，電路電流最小，燈泡實際功率最小，此時EUI(rR)得U410I，在圖中作出該直線如圖所示，交點坐標約為U1.80 V，I225 mA，P1UI0.41 W；整理得：IU，當直線的斜率最大時，與燈泡的IU曲線的交點坐標最大，即燈泡消耗的功率最大當滑動變阻器電阻值R0時，燈泡消耗的功率最大，此時交點坐標為U3.75 V，I0.313 A，如圖所示，最大的功率為P2UI1.17 W.答案(1)圖見解析(2)增大增大(3)0.411.17題組鞏固1在“描繪小電珠的伏安特性曲線”實驗中，除有一標有“6 V1.5 W”的小電珠、導線和開關(guān)外，還有：A直流電源6 V(內(nèi)阻不計)B直流電流表03 A(內(nèi)阻在0.1 以下)C直流電流表0300 mA(內(nèi)阻約為5 )D直流電壓表010 V(內(nèi)阻約為15 k)E滑動變阻器10 ，2 AF滑動變阻器1 k，0.5 A實驗要求小電珠兩端的電壓從零開始變化并能進行多次測量(1)實驗中電流表應(yīng)選用_，滑動變阻器應(yīng)選用_(均用序號表示)(2)在虛線框內(nèi)畫出實驗電路圖(3)試將下圖所示器材連成實驗電路解析：(1)I額 A250 mA，故電流表應(yīng)選C.因要求小電珠兩端的電壓從零開始變化，滑動變阻器用分壓式接法，應(yīng)選較小阻值的E.(2)實驗電路圖如圖所示(3)實物圖連線如圖所示答案：(1)CE(2)圖見解析(3)圖見解析2如圖是小紅同學在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗的實物連接圖(1)根據(jù)圖在虛線框內(nèi)畫出實驗電路圖；(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖中的、所示，電流表量程為0.6 A，電壓表量程為3 V所示讀數(shù)為：_、_、_、_.兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為_和_.解析：(1)描繪小燈泡的伏安特性曲線需要測量電壓的范圍大，變阻器用分壓接法，小燈泡電阻比較小，電流表要外接，電路圖如圖所示(2)電流表量程為0.6 A時，最小刻度為0.02 A，讀數(shù)讀到小數(shù)點后兩位，所以表示數(shù)為0.10 A，表示數(shù)為0.24 A；電壓表量程為3 V，最小刻度為0.1 V，應(yīng)估讀到0.01 V，所以表示數(shù)為2.00 V，表示數(shù)為0.27 V，根據(jù)歐姆定律R18.3 ，R2 2.7 .答案：(1)圖見解析(2)0.10 A(0.100.02均可)024 A2.00 V0.27 V(0.270.01均可)8.3 (8.30.1均可)2.7 (2.70.1均可)熱點二數(shù)據(jù)處理及誤差分析典例賞析典例2某學習小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小，實驗器材如圖甲所示，現(xiàn)已完成部分導線的連接(1)實驗要求滑動變阻器的滑片從左到右移動過程中，電流表的示數(shù)從零開始逐漸增大，請按此要求用筆畫線代替導線在圖甲實物接線圖中完成余下導線的連接；(2)某次測量，電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖乙所示，則電流表的示數(shù)為_A；(3)該小組描繪出的伏安特性曲線如圖丙所示，根據(jù)圖線判斷，將_只相同的小電珠并聯(lián)后，直接與電動勢為3 V、內(nèi)阻為1 的電源組成閉合回路，可使小電珠的總功率最大，其總功率的值約為_W(保留兩位小數(shù))解析(1)連線如圖所示(2)由題圖乙知電流表量程為0.6 A，所以讀數(shù)為0.44 A；(3)電源內(nèi)阻為1 ，所以當外電路總電阻等于電源內(nèi)阻時，電源的輸出功率最大，即小電珠的總功率最大，此時外電路電壓等于內(nèi)電壓等于1.5 V，由題圖丙知當小電珠電壓等于1.5 V時電流約為0.38 A，此時電阻約為R3.95 4 ，并聯(lián)后的總電阻為1 ，所以需要4個小電珠并聯(lián)，小電珠消耗的總功率約為P W2.25 W.答案(1)圖見解析(2)0.44(3)42.25題組鞏固3由金屬絲制成的電阻器阻值會隨溫度的升高而變大某同學為研究這一現(xiàn)象，親自動手通過實驗描繪這樣一個電阻器的伏安特性曲線可供選擇的實驗器材有：A待測電阻器Rx(2.5 V,1.2 W)B電流表A(00.6 A，內(nèi)阻為1 )C電壓表V(03 V，內(nèi)阻未知)D滑動變阻器(010 ，額定電流為1 A)E電源(E3 V，內(nèi)阻r1 )F定值電阻R0(阻值為5 )G開關(guān)一個和導線若干(1)實驗時，該同學采用電流表內(nèi)接法，并且電阻器兩端電壓從零開始變化，請在方框內(nèi)畫出實驗電路圖(2)按照正確的電路圖，該同學測得實驗數(shù)據(jù)如下：I/A0.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.250.400.600.901.251.852.503.00UR/V其中，I是電流表的示數(shù)，U是電壓表的示數(shù)，UR是電阻器兩端的實際電壓請通過計算補全表格中的空格，然后在圖中畫出電阻器的伏安特性曲線(3)該同學將本實驗中的電阻器Rx以及給定的定值電阻R0二者串聯(lián)起來，接在本實驗提供的電源兩端，則電阻器的實際功率是_ W(結(jié)果保留兩位小數(shù))解析：(1)要使電阻器兩端電壓從零開始變化，滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法電路圖如圖甲所示(2)電壓表的示數(shù)減去電流表的分壓即為電阻器兩端的電壓：URUIr，數(shù)據(jù)如下表電阻器的伏安特性曲線如圖乙中曲線所示UR/V0.100.200.350.600.901.452.052.52(3)由URI(rR0)E作出UI圖象如圖乙中直線所示，由此圖象與電阻器UI圖線的交點可得此時電阻器的電壓UR0.9 V，電流I0.35 A，電阻器的實際功率為PURI0.32 W.答案：見解析4在“描繪小電珠的伏安特性曲線”實驗中，要測量個標有“3 V1.5 W”的小電珠兩端的電壓和通過它的電流，現(xiàn)有如下器材：A直流電源3 V(內(nèi)阻可不計)B直流電流表0600 mA(內(nèi)阻約為0.5 )C直流電壓表03 V(內(nèi)阻約3 k)D滑動變阻器(10 ，1 A)E滑動變阻器(1 k，300 mA)F開關(guān)、導線若干(1)本實驗中滑動變阻器應(yīng)選用_(選填“D”或“E”)(2)下表中的各組數(shù)據(jù)是該同學在實驗中測得的，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在如圖甲所示的坐標紙上作出該小電珠的伏安特性曲線(3)如圖乙所示，將兩個這樣的小燈泡并聯(lián)后再與阻值為5 的定值電阻R0串聯(lián)，接在電壓恒為4 V的電路中，每個小燈泡的實際功率為_W.乙解析：(1)實驗中需測量多組數(shù)據(jù)，滑動變阻器用分壓式接法，為了調(diào)節(jié)方便，滑動變阻器用阻值較小的，故選D.(2)描點畫圖，如圖所示(3)設(shè)小燈泡兩端的電壓為U，電流為I，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：U0U2IR0，所以U2R0IU0，代入數(shù)據(jù)得U10I4，在小燈泡的伏安特性曲線同一坐標系上畫出該直線，其交點(U，I)即為小燈泡的實際電壓、電流值，可得小燈泡消耗的實際功率PUI0.3 W.答案：(1)D(2)圖見解析(3)0.35在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，用導線a、b、c、d、e、f、g和h按下圖所示方式連接好電路，電路中所有元器件都完好，且電壓表和電流表已調(diào)零閉合開關(guān)后：(1)若不管怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡亮度能發(fā)生變化，但電壓表、電流表的示數(shù)總不能為零，則可能是_導線斷路(2)某同學測出電源和小燈泡的UI圖線如圖所示，電源的電動勢E_V；小燈泡的電阻隨溫度的升高而_.(3)將與上面相同的兩個小燈泡并聯(lián)后接到上面電源上，每一只小燈泡的實際電功率是_W.解析：(1)若調(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡的亮度變化，但電壓表、電流表示數(shù)總不能為零，說明滑動變阻器不起分壓作用，所以可能是g導線斷路(2)由電源的UI圖線知E3.0 V，由曲線上每一點對應(yīng)的R判斷出小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大(3)兩個小燈泡并聯(lián)后接到上面的電源上，如圖甲所示，這種情況下，路端電壓為任一小燈泡兩端的電壓，假設(shè)一個小燈泡上的電流為I，則干路中的電流為2I，電路方程為EU2Ir，變形可得函數(shù)方程UE(2r)I，其函數(shù)圖象如圖乙所示，這個電路圖線與一個燈泡的伏安特性曲線的交點即為一個小燈泡的實際工作參量，因為路端電壓U在數(shù)值上也是一個小燈泡兩端的電壓，根據(jù)交點坐標(1.1 V,0.95 A)可以計算出一個小燈泡消耗的功率為PUI1.10.95 W1.045 W.答案：(1)g(2)3.0增大(3)1.045熱點三拓展創(chuàng)新實驗核心提煉創(chuàng)新點創(chuàng)新方案實驗器材實驗方案以實驗原理及實驗方法為基礎(chǔ)，探究小燈泡功率與電壓的關(guān)系數(shù)據(jù)處理采用“DIS”數(shù)字化實驗系統(tǒng)進行實驗數(shù)據(jù)的采集和處理典例賞析典例3某實驗小組研究兩個未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括電壓表(內(nèi)阻約為3 k)、電流表(內(nèi)阻約為1 )、定值電阻等(1)使用多用電表粗測元件X的電阻，選擇“1”歐姆擋測量，示數(shù)如圖(a)所示，讀數(shù)為_ .據(jù)此應(yīng)選擇圖中的_(填“(b)”或“(c)”)電路進行實驗；(2)連接所選電路，閉合S；滑動變阻器的滑片P從左向右滑動，電流表的示數(shù)逐漸_(填“增大”或“減小”)；依次記錄電流及相應(yīng)的電壓；將元件X換成元件Y，重復實驗；(3)如圖(d)是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的UI圖線，由圖可判斷元件_(填“X”或“Y”)是非線性元件；(4) 該小組還借助X和Y中的線性元件和阻值R21 的定值電阻，測量待測電池的電動勢E和內(nèi)阻r，電路圖如圖(e)所示，閉合S1和S2, 電壓表讀數(shù)為3.00 V；斷開S2, 讀數(shù)為1.00 V利用圖(d)可算得E _ Vr_(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字，視電壓表為理想電壓表)解析(1)由題圖(a)可知，多用電表的讀數(shù)為10 ，由于元件的電阻較小，電路應(yīng)選用電流表外接法，即選擇圖(b)電路(2)當滑動變阻器的滑片向右移時，電流表的示數(shù)增大(3)由于元件Y的UI圖線是曲線，因此Y是非線性元件(4)設(shè)線性元件的電阻為R，由UI圖線可知，R10 ，則S1、S2均閉合時，E0.3 A(10 r)，S1閉合、S2斷開時，E0.1 A(10 21 r)，解得E3.2 V，r0.50 .答案(1)10(b)(2)增大(3)Y(4)3.20.50題組鞏固6(2016天津卷)某同學想要描繪標有“3.8 V0.3 A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測量數(shù)據(jù)盡量精確、繪制曲線完整可供該同學選用的器材除開關(guān)、導線外，還有：電壓表V1(量程03 V，內(nèi)阻等于3 k)電壓表V2(量程015 V，內(nèi)阻等于15 k)電流表A1(量程0200 mA，內(nèi)阻等于10 )電流表A2(量程03 A，內(nèi)阻等于0.1 )滑動變阻器R1(010 ，額定電流2 A)滑動變阻器R2(01 k，額定電流0.5 A)定值電阻R3(阻值等于1 )定值電阻R4(阻值等于10 )定值電阻R5(阻值等于1 k)電源E(E6 V，內(nèi)阻不計)(1)請畫出實驗電路圖，并將各元件字母代碼標在該元件的符號旁(2)該同學描繪出的IU圖象應(yīng)是下圖中的_.解析：(1)用電壓表V1和R5串聯(lián)，可改裝成量程為U(rgR5)(31) V4 V的電壓表；用量程為200 mA的電流表A1與定值電阻R4并聯(lián)可改裝為量程為IIg0.2 A A0.4 A的電流表；待測小燈泡的阻值較小，故采用電流表外接，電路圖如圖(2)小燈泡的電阻隨溫度升高而變大，故該同學描繪出的IU圖象應(yīng)該是B.答案：(1)圖見解析(2)B7某實驗小組的同學在學校實驗室中發(fā)現(xiàn)一電學元件，該電學元件上標有“最大電流不超過6 mA，最大電壓不超過7 V”，同學們想通過實驗描繪出該電學元件的伏安特性曲線，他們設(shè)計的一部分電路如圖所示，圖中定值電阻R1 k，用于限流；電流表量程為10 mA，內(nèi)阻約為5 ；電壓表(未畫出)量程為10 V，內(nèi)阻約為10 k；電源電動勢E為12 V，內(nèi)阻不計(1)實驗時有兩個滑動變阻器可供選擇：A阻值0200 ，額定電流0.3 AB阻值020 ，額定電流0.5 A應(yīng)選的滑動變