2021届高考物理一轮复习：第八章《恒定电流》实验九：描绘小电珠的伏安特性曲线.pdf

《2021届高考物理一轮复习：第八章《恒定电流》实验九：描绘小电珠的伏安特性曲线.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021届高考物理一轮复习：第八章《恒定电流》实验九：描绘小电珠的伏安特性曲线.pdf（22页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第 1 页 共 22 页2021 届高考物理一轮复习：第八章恒定电流实验九描绘小电珠的伏安特性曲线1.实验原理(1)测多组小电珠的U、I 的值，并绘出IU 图象；(2)由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系.2.实验器材小电珠“3.8 V,0.3 A”、电压表“03 V15 V”、电流表“00.6 A3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔.3.实验步骤(1)画出电路图(如图 1 甲所示).第 2 页 共 22 页图 1(2)将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如图乙所示的电路.(3)测量与记录移动滑动变阻器触头位置，测出 12 组左右不同的电压

2、值U 和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中.(4)数据处理在坐标纸上以U 为横轴，I 为纵轴，建立直角坐标系.在坐标纸上描出各组数据所对应的点.将描出的点用平滑的曲线连接起来，得到小电珠的伏安特性曲线.4.实验器材选取(1)原则：安全；精确；操作方便.(2)具体要求电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流.干电池中电流一般不允许超过0.6 A.用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流.电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值.电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的13以上.从便于操作的角度来考虑，限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要选用较小阻值

3、的滑动变阻器.1.注意事项(1)电路的连接方式：电流表应采用外接法：因为小电珠(3.8 V,0.3 A)的电阻很小，与量程为0.6 A 的电流表串联时，电流表的分压影响很大.第 3 页 共 22 页滑动变阻器应采用分压式接法：目的是使小电珠两端的电压能从0 开始连续变化.(2)闭合开关S 前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为0 的一端，使开关闭合时小电珠的电压能从0 开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝.(3)IU 图线在 U01.0 V 左右将发生明显弯曲，故在U1.0 V 左右绘点要密，以防出现较大误差.2.误差分析(1)由于电压表不是理想电表，内阻

4、并非无穷大，会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值.(2)测量时读数带来误差.(3)在坐标纸上描点、作图带来误差.命题点一教材原型实验第 4 页 共 22 页例1(2017 全国卷 23)某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表(量 程3 V，内 阻3 k)；电 流 表第 5 页 共 22 页(量程 0.5 A，内阻 0.5)；固定电阻R0(阻值 1 000)；滑动变阻器R(阻值 09.0)；电源 E(电动势 5 V，内阻不计)；开关 S；导线若干.(1)实验要求能够实现在03.8 V 的范围内对小灯泡

5、的电压进行测量，画出实验电路原理图.(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图2(a)所示.图 2 由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻(填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率(填“增大”“不变”或“减小”).(3)用另一电源E0(电动势 4 V，内阻 1.00)和题给器材连接成图(b)所示的电路，调节滑动变阻器 R 的阻值，可以改变小灯泡的实际功率.闭合开关S，在 R 的变化范围内，小灯泡的最小功率为W，最大功率为W.(结果均保留两位小数)答案(1)见解析图(2)增大增大(3)0.391.17 解析(1)电压表量程为3 V，要求能够实现在03.8 V 的范围内对小灯泡的电压进行测量，

6、需要给电压表串联一个定值电阻扩大量程，题目中要求小灯泡两端电压从零开始，故滑动变第 6 页 共 22 页阻器用分压式接法，小灯泡的电阻RLUI3.80.32 11.875 ，因RLRARVRL，故电流表用外接法，实验电路原理图如图所示.(2)由 IU 图象知，图象中的点与坐标原点连线的斜率在减小，表示灯泡的电阻随电流的增大而增大，根据电阻定律R lS知，灯丝的电阻率增大.(3)当滑动变阻器的阻值最大为9.0 时，电路中的电流最小，灯泡实际功率最小，由E0UI(Rr)得 U 10I4，作出图线 如图所示.由交点坐标可得U11.78 V，I1 221 mA，P1U1I1 0.39 W；当滑动变阻器

7、电阻值R0 时，灯泡消耗的功率最大，由E0UI(Rr)得，I U4，作出图线 如图所示.由交点坐标可得，U23.70 V，I2315 mA，最大的功率为P2U2I21.17 W.第 7 页 共 22 页变式1小华和小明在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，将实验数据记录在下表中：电压 U/V0.000.200.400.701.001.301.702.102.50 电流 I/A0.000.140.240.260.370.400.430.450.46(1)实验室有两种滑动变阻器供选择：A.滑动变阻器(阻值范围010 、额定电流3 A)B.滑动变阻器(阻值范围02 000、额定电流1 A)实验中选择

8、的滑动变阻器是.(填写字母序号)(2)在图 3 甲中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整.(3)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至(选填“左”或“右”)端.(4)利用表中数据，在图乙中画出小灯泡的UI 图线.第 8 页 共 22 页图 3(5)他们在 UI 图象上找到小灯泡工作电压为2.0 V 时坐标点，计算此状态的电阻值时，小明提出用图象上该点曲线斜率表示小灯泡的阻值；小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值.你认为(选填“小华”或“小明”)的方法正确.答案(1)A(2)见解析图(3)左(4)见解析图(5)小华解析(1)由于灯泡的电阻大约在几欧左右，为了便于测量，滑动变阻器选择010

9、 的.(2)由于灯泡的电压和电流从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法；电流表采用外接法.实物连线图如图甲所示.第 9 页 共 22 页(3)为了保护测量电路，开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至最左端.(4)小灯泡的UI 图线如图乙所示.(5)根据欧姆定律知，RUI，电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率，故小华正确.第 10 页 共 22 页变式2(2017 广东华南三校联考)为探究小灯泡L的伏安特性曲线，提供了以下器材：小灯泡 L：规格“4.0 V2.8 W”；电流表 A1，量程 3 A，内阻约为0.1；电流表 A2，量程 0.6 A，内阻 r20.2；电压表 V，量程 3 V，内阻 rV

10、9 k ；标准电阻R1，阻值 1 ；标准电阻R2，阻值 3 k ；滑动变阻器R，阻值范围0 10 ；学生电源E，电动势6 V，内阻不计；开关 S 及导线若干.(1)某同学设计了如图4 甲所示的电路来进行测量，闭合开关前，滑动变阻器滑片应置于，当通过 L 的电流为 0.46 A 时，电压表的示数如图乙所示，电压表的读数为V，第 11 页 共 22 页此时 L 的电阻为.图 4(2)要想更准确完整地描绘出L 的伏安特性曲线，需要重新设计电路.请你利用所提供器材，在图 5中的虚线框中补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号.图 5(3)根据实验测得的数据，描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图6，若将该灯

11、泡接到E1.5 V、r3.0 的电源两端，则灯泡实际消耗的功率PW.(结果保留两位有效数字)第 12 页 共 22 页图 6 答案(1)左端2.305(2)见解析图(3)0.18 解析(1)为保证安全且不损坏电路元件，闭合开关前，滑动变阻器滑片应置于左端.题图乙电压表量程为3 V，则读数为2.30 V，L 的电阻 R2.300.465.(2)如图所示(3)在图中画出电源的IU 图线，由两图象交点可知，灯泡两端电压U0.9 V，电流 I0.20 A，灯泡实际功率P0.90.20 W0.18 W.第 13 页 共 22 页命题点二实验拓展与创新例第 14 页 共 22 页2某实验小组研究两个未知元

12、件X 和 Y 的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3 k)、电流表(内阻约为1)、定值电阻等.第 15 页 共 22 页图 7(1)使用多用电表粗测元件X 的电阻，选择“1”欧姆挡测量，示数如图7(a)所示，读数为.据此应选择图中的(填“(b)”或“(c)”)电路进行实验；(2)连接所选电路，闭合 S；滑动变阻器的滑片P 从左向右滑动，电流表的示数逐渐(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X 换成元件Y，重复实验；(3)如图(d)是根据实验数据作出的UI 图线，由图可判断元件(填“X”或“Y”)是非线性元件；(4)该小组还借助X 和 Y 中的线性元件和阻值R21 的定

13、值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻 r，电路图如图(e)所示，闭合S1和 S2，电压表读数为3.00 V；断开 S2，读数为 1.00 V.利用图(d)可算得EV.r(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表).答案(1)10(b)(2)增大(3)Y(4)3.20.50 第 16 页 共 22 页解析(1)由题图(a)可知，多用电表的读数为10，由于元件的电阻较小，电路应选用电流表外接法，即选择图(b)电路.(2)当滑动变阻器的滑片向右移时，电流表的示数增大.(3)由于元件Y 的 UI 图线是曲线，因此Y 是非线性元件.(4)设线性元件的电阻为R，由 UI 图线可知，R3.0 V0.30

14、 A10 ，则 S1、S2均闭合时，E 0.3 A(10 r)，S1闭合、S2断开时，E0.1 A(10 21 r)，解得 E3.2 V，r0.50.变式3某实验小组的同学在学校实验室中发现一电学元件，该电学元件上标有“最大电流不超过6 mA，最大电压不超过7 V”，同学们想通过实验描绘出该电学元件的伏安特性曲线，他们设计的一部分电路如图8 所示，图中定值电阻 R1 k ，用于限流；电流表量程为10 mA，内阻约为5 ；电压表(未画出)量程为 10 V，内阻约为10 k ；电源电动势E 为 12 V，内阻不计.第 17 页 共 22 页图 8(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择：A.阻值 02

15、00，额定电流0.3 A B.阻值 020 ，额定电流0.5 A 应选的滑动变阻器是(填“A”或“B”).正确接线后，测得数据如下表：12345678910 U/V0.003.006.006.166.286.326.366.386.396.40 I/mA0.000.000.000.060.501.002.003.004.005.50(2)由以上数据分析可知，电压表应并联在M 与之间(填“O”或“P”)；(3)将电路图在方框中补充完整；(4)从表中数据可知，该电学元件的电阻的特点是：.答案(1)A(2)P(3)见解析图(4)当元件两端的电压小于6 V 时，元件电阻非常大，不导电；当元件两端的电压

16、大于6 V 时，随着电压的升高电阻变小解析(1)滑动变阻器A 允许的最大电压为0.3200 V60 V12 V，滑动变阻器B 两端所能第 18 页 共 22 页加的最大电压为0.520 V10 V 12 V，为保证安全，滑动变阻器应选A.(2)由表中实验数据可知，电学元件电阻的最小测量值约为：R6.40.0 0551 163.6，电流表内阻约为5 ，电压表内阻约为10 k ，相对来说，元件电阻远大于电流表内阻，电流表应采用内接法，因此电压表应并联在M 与 P 之间.(3)描绘伏安特性曲线，电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，由(2)可知，电流表采用内接法，实验电路图如图所示：(4

17、)由表中实验数据可知，当元件两端的电压小于6 V 时，电路电流很小，几乎为零，由欧姆定律可知，元件电阻非常大，不导电；当元件两端电压大于6 V 时，随着电压的升高电流迅速增大，电压与电流的比值减小，电阻变小.变式第 19 页 共 22 页4硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件.某实验小组设计了如图9 甲所示的电路，给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点)，探究其在无光照时的反向伏安特性.图中电压表V1量程选用3 V，内阻为 6 k ；电压表 V2量程选用15 V，内阻约为30 k ；R0为保护电阻；直流电源电动势 E 约为 12 V，内阻不计.(1)根据图甲，用

18、笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路.第 20 页 共 22 页图 9(2)用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S，调节变阻器R，读出电压表V1、V2的示数 U1、U2.某次测量时，电压表V1示数如图丙所示，则U1V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为mA(保留两位小数).该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9 组 U1、U2数据，算出相应的硅光电池两端反向电压 Ux和通过的反向电流Ix(表中“”表示反向)，并在图10 坐标纸上建立IxUx坐标系，标出了与表中前5 组 Ux、Ix数据对应的5 个坐标点.请你标出余下的4 个坐标点，并绘出IxUx图线.123456789 U1/V0.000.000.0

19、60.120.240.420.721.141.74 U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7 Ux/V0.0 1.02.03.04.05.06.07.08.0 Ix/mA0.000.000.010.020.040.070.120.190.29 第 21 页 共 22 页图 10 由 Ix Ux图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，Ix与 Ux成(填“线性”或“非线性”)关系.答案(1)连线如图所示(2)1.400.23 描点绘出IxUx图线，如图所示.第 22 页 共 22 页非线性解析V1选用的是3 V 量程，则刻度盘的最小分度为0.1 V，根据电表的读数原则知U114.00.1 V1.40 V，I1U1RV10.23 mA.由于绘出的IxUx图象不是直线，即Ix与 Ux成非线性关系.