實(shí)驗(yàn)十　描繪小電珠的伏安特性曲線—2021高中物理一輪復(fù)習(xí)學(xué)案

1、實(shí)驗(yàn)十描繪小電珠的伏安特性曲線ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU,知識(shí)梳理·自測鞏固 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握滑動(dòng)變阻器的使用方法及連接方法。2掌握伏安特性曲線的描繪方法。3理解小電珠的伏安特性曲線為什么不是一條直線。二、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)歐姆定律，在純電阻電路中，當(dāng)電阻的阻值恒定時(shí)，電阻兩端的電壓和通過電阻的電流成線性關(guān)系，UI圖象是一條直線；如果電阻的阻值是變化的，UI圖象不再是一條直線。本實(shí)驗(yàn)用伏安法測出小燈泡兩端電壓及電流，描繪出小燈泡的UI圖象。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。對(duì)一只燈泡來說，不正常發(fā)光和正常發(fā)光時(shí)燈絲的電阻值可以相差幾倍到幾十倍，所以，它的伏安特性曲線是一條曲

2、線。三、實(shí)驗(yàn)步驟1按如圖所示的電路原理圖連接電路，在閉合開關(guān)前變阻器的滑片靠近圖中所示的A端。2閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P，讀出十幾組U、I值，并記錄在表格中。3建立UI坐標(biāo)系，將所得幾組U、I值在坐標(biāo)上描出所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。4用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來，即為UI圖象。四、數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)中，在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置改變燈泡兩端電壓時(shí)，盡量使燈泡的電壓變換有規(guī)律，再對(duì)應(yīng)地讀電流值，然后再根據(jù)所取的電壓、電流的最大值，選取適當(dāng)?shù)臋M、縱坐標(biāo)分度，描點(diǎn)畫圖，這樣可以使所取的點(diǎn)在坐標(biāo)平面內(nèi)分布的盡量大而且分布疏密程度均勻一些。五、實(shí)驗(yàn)器材選取1原則：安全；精確；操作方便。2具體要求(1)電源允許的最大電流不小于電路

3、中的實(shí)際最大電流。干電池中電流一般不允許超過0.6 A。(2)用電器的額定電流不能小于通過該用電器的實(shí)際最大電流。(3)電壓表或電流表的量程不能小于被測電壓或電流的最大值。(4)滑動(dòng)變阻器，分壓式接法要選用小阻值滑動(dòng)變阻器。六、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(duì)電路的影響會(huì)帶來誤差。2電流表、電壓表的讀數(shù)帶來誤差。3在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來操作誤差。七、注意事項(xiàng)1本實(shí)驗(yàn)中被測小燈泡燈絲的電阻值較小，因此測量電路必須采用電流表外接法。2本實(shí)驗(yàn)要作出UI圖線，要求測出一組包括零在內(nèi)的電流、電壓值，故控制電路必須采用分壓接法。3為保護(hù)元件不被燒毀，開關(guān)閉合前變阻器滑片應(yīng)位于電路圖中

4、的A端。4IU圖象在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0V左右繪點(diǎn)要密，以防出現(xiàn)很大誤差。5電流表選擇0.6 A量程，電壓表量程選擇視小燈泡的額定電壓而定。6當(dāng)小燈泡電壓快接近額定電壓值時(shí)，要緩慢地增加到額定電壓值，記錄I后馬上斷開開關(guān)。7誤差較大的點(diǎn)要舍去，IU圖象應(yīng)是平滑曲線而非折線。8建立坐標(biāo)系時(shí)，縱軸表示電流，橫軸表示電壓，兩坐標(biāo)軸選取的標(biāo)度要合理，使得根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出的圖線盡量占滿坐標(biāo)紙。HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO,核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破 考點(diǎn)一 教材原型實(shí)驗(yàn)例1 (2019·福建龍巖期末)為了描繪一個(gè)“12 V6 W”

5、的小燈泡的伏安特性曲線，現(xiàn)提供以下器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。直流電源E：電動(dòng)勢15 V，內(nèi)阻不計(jì)；電流表A：量程分別為00.6 A和03 A，內(nèi)阻分別約為0.50 和0.1 ；電壓表V：量程03 V，內(nèi)阻為3 k；定值電阻R0：阻值為12 k；滑動(dòng)變阻器R：最大阻值20 ，允許通過的最大電流1 A；開關(guān)一個(gè)；導(dǎo)線若干。(1)由于電壓表的量程偏小，要用所給電壓表V和定值電阻R0改裝成一個(gè)較大量程的電壓表V，改裝后的電壓表量程為 015_V；(2)在方框里畫出符合本實(shí)驗(yàn)要求的電路圖；答案(3)根據(jù)測得的電壓表V的示數(shù)和電流表A的示數(shù)，描出IU曲線如圖甲所示。某次測量時(shí)，電流表指針位置如圖乙所示，則電流表讀數(shù)為

6、 0.40 A，此時(shí)小燈泡的電阻為 18.75 。解析本題考查描繪小燈泡伏安特性曲線的電路圖畫法、小燈泡電阻的計(jì)算。(1)電壓表內(nèi)阻為3 k，定值電阻阻值為12 k，可知改裝后電壓表最大測量值為U(RVR0)15 V，即改裝后的電壓表量程為015 V。(2)描繪小燈泡的伏安特性曲線，需要電壓從零開始測量，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法；由于小燈泡的電阻與電流表內(nèi)阻相差較小，電流表采用外接法，如圖所示。(3)小燈泡的額定電流I，故電流表選用00.6 A量程，由題圖乙知，電流表的示數(shù)為0.40 A；由題圖甲知，當(dāng)電流I0.40 A時(shí)，電壓表的示數(shù)為UV1.50 V，由串聯(lián)電路電壓與電阻成正比知，燈泡兩

7、端的電壓UUV7.50 V，由歐姆定律得，R 18.75 。類題演練1(2019·江蘇蘇北三市期末)某同學(xué)用圖甲所示電路來測繪小燈泡的伏安特性曲線，器材如下：A小燈泡(額定電壓2.5 V，額定電流0.25 A)B電流表(00.6 A)C電壓表(03 V)D滑動(dòng)變阻器R1(010 )E滑動(dòng)變阻器R2(01 000 )F干電池(電動(dòng)勢為1.5 V)兩節(jié)G開關(guān)，導(dǎo)線若干(1)滑動(dòng)變阻器應(yīng)選D(填器材前的字母代號(hào))。(2)實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)如下表所示，根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖乙中作出小燈泡的UI圖象，由圖象可知小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大(填“增大”“減小”或“不變”)。U/V0.200.400.6

8、01.001.401.802.002.20I/A0.040.080.110.150.180.200.210.22答案(3)某同學(xué)用一節(jié)干電池與阻值為5 的電阻R、小燈泡及電壓表連接成圖丙所示電路，測得電壓表讀數(shù)為0.8 V，結(jié)合乙圖中圖象求得小燈泡實(shí)際消耗的功率為 0.10 W，干電池內(nèi)阻為 0.38 。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)解析本題考查測繪小燈泡伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)的儀器選擇、實(shí)驗(yàn)結(jié)論和小燈泡實(shí)際消耗的電功率。(1)滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，為方便調(diào)節(jié)，應(yīng)選最大阻值較小的，故選D。(2)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，在圖乙中描點(diǎn)連線，用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來，如圖所示，由圖知，小燈泡的電阻隨溫度的升高

9、而增大。(3)由(2)問知，小燈泡兩端電壓為0.8 V時(shí)，通過小燈泡的電流為0.13 A，小燈泡實(shí)際消耗的功率PUI0.8×0.13 W0.10 W；由閉合電路歐姆定律得，干電池的內(nèi)阻rR5 0.38 ?？键c(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新在本實(shí)驗(yàn)電路的基礎(chǔ)上，進(jìn)行改進(jìn)與拓展，常見的命題角度有：(1)改變實(shí)驗(yàn)電路：如在電表內(nèi)阻已知的情況下，利用定值電阻改裝電表量程。(2)改變實(shí)驗(yàn)?zāi)康模喝缈梢匝芯侩娮璧碾姽β省?3)改變被測元件：可以探究其他元件的伏安特性。例2 (2019·山東濰坊期末)一探究小組要描繪一個(gè)標(biāo)有“5 V2.5 W”小馬達(dá)(電動(dòng)機(jī)，線圈電阻恒定)的伏安特性曲線，馬達(dá)兩端的電壓

10、需要從零逐漸增加到5 V?，F(xiàn)有下列器材：A電源(電動(dòng)勢6 V)B電壓表(量程06 V)C電流表A1(量程03 A)D電流表A2(量程00.6 A)E滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值10 )F滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值200 )G開關(guān)和導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選D(填“C”或“D”)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選E(填“E”或“F”)。(2)請(qǐng)?jiān)趫D甲方框中畫出完整的實(shí)驗(yàn)電路圖。答案(3)閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，當(dāng)電壓表示數(shù)大于0.5 V時(shí)馬達(dá)才開始轉(zhuǎn)動(dòng)，該小組用所測數(shù)據(jù)描繪的伏安特性曲線如圖乙所示，由圖象可得馬達(dá)線圈的電阻為 1.25 ，馬達(dá)正常工作時(shí)的機(jī)械功率為 2.19 W。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)解析

11、本題考查探究小馬達(dá)的伏安特性曲線。(1)小馬達(dá)的額定電流IA0.5 A，故電流表應(yīng)選用D；實(shí)驗(yàn)要求小馬達(dá)的電壓從零逐漸增大到5 V，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法，為方便調(diào)節(jié)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選最大阻值小的，故選E。(2)由圖乙知，小馬達(dá)的電阻R 1.25 ，由分析知小馬達(dá)的電阻與電流表的內(nèi)阻相差較小，電流表采用外接法，電路圖如圖所示。(3)馬達(dá)正常工作時(shí)的電流I0.5 A，則機(jī)械功率P機(jī)PI2R2.50.52×1.25 W2.19 W。類題演練2(2019·山東濟(jì)南期末)圖甲為某磁敏電阻在室溫下的電阻磁感應(yīng)強(qiáng)度特性曲線，其中RB表示有磁場時(shí)磁敏電阻的阻值，R0表示無磁場時(shí)磁敏電

12、阻的阻值。為測量某磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，需先測量磁敏電阻處于磁場中的電阻值。(1)某同學(xué)首先測量待測磁場中磁敏電阻的阻值，利用下面提供的器材，請(qǐng)將圖乙中的導(dǎo)線補(bǔ)充完整。提供的器材如下：A磁敏電阻，無磁場時(shí)阻值R0140 B滑動(dòng)變阻器R，最大電阻值約20 C電流表A，量程02.5 mA，內(nèi)阻RA100 D電壓表V，量程03 V，內(nèi)阻約3 kE直流電源E，電動(dòng)勢3 V，內(nèi)阻不計(jì)F開關(guān)S，導(dǎo)線若干答案(2)正確接線后。測量數(shù)據(jù)如下表，請(qǐng)利用表格數(shù)據(jù)在圖丙中描點(diǎn)作圖。123456U/V0.000.450.911.501.792.71I/mA0.000.300.601.001.201.80答案(3)根據(jù)U

13、I圖象盡可能準(zhǔn)確地求出磁敏電阻的阻值RB1.5×103 ， 結(jié)合圖甲可知待測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1.2 T。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)解析本題考查探究磁敏電阻在室溫下的電阻磁感應(yīng)強(qiáng)度特性曲線。(1)采用伏安法測量電阻，由于待測電阻較大，且電流表內(nèi)阻已知，則可知采用電流表內(nèi)接法，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，連接實(shí)物圖如圖甲所示：甲(2)根據(jù)數(shù)據(jù)作出的UI圖象如圖乙所示。乙(3)由UI圖象可知，磁敏電阻的阻值RBRA100 1.4×103 ；10，由題圖甲可知待測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為1.2 T。2 NIAN GAO KAO MO NI XUN LIAN,2年高考·模擬訓(xùn)練

14、 1(2019·全國卷，23)某小組利用圖(a)所示的電路，研究硅二極管在恒定電流條件下的正向電壓U與溫度t的關(guān)系，圖中和為理想電壓表；R為滑動(dòng)變阻器，R0為定值電阻(阻值100 )；S為開關(guān)，E為電源。實(shí)驗(yàn)中二極管置于控溫爐內(nèi)，控溫爐內(nèi)的溫度t由溫度計(jì)(圖中未畫出)測出。圖(b)是該小組在恒定電流為50.0 A時(shí)得到的某硅二極管U­t關(guān)系曲線?；卮鹣铝袉栴}：圖(a) 圖(b)(1)實(shí)驗(yàn)中，為保證流過二極管的電流為50.0 A，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R，使電壓表的示數(shù)為U15.00 mV；根據(jù)圖(b)可知，當(dāng)控溫爐內(nèi)的溫度t升高時(shí)，硅二極管正向電阻變小(填“變大”或“變小”)，電

15、壓表示數(shù)增大(填“增大”或“減小”)，此時(shí)應(yīng)將R的滑片向B(填“A”或“B”)端移動(dòng)，以使示數(shù)仍為U1。(2)由圖(b)可以看出U與t成線性關(guān)系。硅二極管可以作為測溫傳感器，該硅二極管的測溫靈敏度為2.8×103 V/(保留2位有效數(shù)字)。解析(1)、是理想電壓表，則R0與硅二極管串聯(lián)，電流相等，R0兩端電壓U1IR050.0×106×100 V5.00×103 V5.00 mV。由U­t圖象知：控溫爐內(nèi)溫度升高，U2變小，又I50.0 A不變，故硅二極管正向電阻變小；當(dāng)控溫爐內(nèi)溫度升高時(shí)，硅二極管電阻變小，反過來影響電路中電流，由閉合電路歐姆

16、定律知，電路中電流增大，示數(shù)增大；要保持示數(shù)不變，需增大滑動(dòng)變阻器的阻值，即滑片向B端移動(dòng)。(2)由U­t圖象的斜率可知： V/2.8×103 V/。2(2020·遼寧沈陽郊聯(lián)體模擬)太陽能電池板在有光照時(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)太陽能電池板在沒有光照時(shí)(沒有儲(chǔ)存電能)的伏安特性。所用的器材包括：太陽能電池板，電源E，電流表A，電壓表V，滑動(dòng)變阻器R，開關(guān)S及導(dǎo)線若干。(1)為了達(dá)到上述目的，實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)選用圖甲中的圖a(填“a”或“b”)。(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)繪出了如圖乙所示的IU圖象。由圖可知，當(dāng)電壓小于2.00 V時(shí)，太陽能電池板的電阻很大(填“很大”或“很小”)；當(dāng)電壓為2.80 V時(shí)，太陽能電池板的電阻為1.00 k。(3)當(dāng)有光照射時(shí)，太陽能電池板作為電源，其路端電壓與總電流的關(guān)系如圖丙所示，分析該曲線可知，該電池板作為電源時(shí)的電動(dòng)勢為2.80 V。若把它與阻值為1 k的電阻連接構(gòu)成一個(gè)閉合電路，在有光照射情況下，該電池板的效率是 64.3(±0.2)%。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)解析本題考查太陽能電池板的伏安特性曲線。(1)測繪伏安特性曲線，電壓和電流需從零開始測起，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，應(yīng)選題圖甲中的a