2020高考物理一輪總復(fù)習(xí)第八章實(shí)驗(yàn)九描繪小電珠的伏安特性曲線講義含解析新人教版.docx

實(shí)驗(yàn)九描繪小電珠的伏安特性曲線 注意事項(xiàng)1電路的連接方式(1)電流表應(yīng)采用外接法：因?yàn)樾‰娭?3.8 V,0.3 A)的電阻很小，與00.6 A的電流表串聯(lián)時(shí)，電流表的分壓影響很大(2)滑動(dòng)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(dòng)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(shí)小電珠的電壓從零開始變化，同時(shí)也是為了防止開關(guān)剛閉合時(shí)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(diǎn)要密，以防出現(xiàn)較大誤差4當(dāng)小電珠的電壓接近額定值時(shí)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(diǎn)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(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，要嚴(yán)格按照讀數(shù)規(guī)則讀數(shù)3在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來操作誤差熱點(diǎn)一電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)原理典例賞析典例1(2017全國(guó)卷)某同學(xué)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(dòng)變阻器R(阻值09.0 )；電源E(電動(dòng)勢(shì)5 V，內(nèi)阻不計(jì))；開關(guān)S；導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在03.8 V的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量，畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得該小燈泡伏安特性曲線如圖(a)所示 由實(shí)驗(yàn)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(dòng)勢(shì)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(dòng)變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實(shí)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(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量，故滑動(dòng)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(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為9 時(shí)，電路電流最小，燈泡實(shí)際功率最小，此時(shí)EUI(rR)得U410I，在圖中作出該直線如圖所示，交點(diǎn)坐標(biāo)約為U1.80 V，I225 mA，P1UI0.41 W；整理得：IU，當(dāng)直線的斜率最大時(shí)，與燈泡的IU曲線的交點(diǎn)坐標(biāo)最大，即燈泡消耗的功率最大當(dāng)滑動(dòng)變阻器電阻值R0時(shí)，燈泡消耗的功率最大，此時(shí)交點(diǎn)坐標(biāo)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(shí)驗(yàn)中，除有一標(biāo)有“6 V1.5 W”的小電珠、導(dǎo)線和開關(guān)外，還有：A直流電源6 V(內(nèi)阻不計(jì))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(dòng)變阻器10 ，2 AF滑動(dòng)變阻器1 k，0.5 A實(shí)驗(yàn)要求小電珠兩端的電壓從零開始變化并能進(jìn)行多次測(cè)量(1)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用_，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用_(均用序號(hào)表示)(2)在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖(3)試將下圖所示器材連成實(shí)驗(yàn)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(dòng)變阻器用分壓式接法，應(yīng)選較小阻值的E.(2)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示(3)實(shí)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(xué)在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物連接圖(1)根據(jù)圖在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；(2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(cè)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(shí)，最小刻度為0.02 A，讀數(shù)讀到小數(shù)點(diǎn)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(diǎn)二數(shù)據(jù)處理及誤差分析典例賞析典例2某學(xué)習(xí)小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小，實(shí)驗(yàn)器材如圖甲所示，現(xiàn)已完成部分導(dǎo)線的連接(1)實(shí)驗(yàn)要求滑動(dòng)變阻器的滑片從左到右移動(dòng)過程中，電流表的示數(shù)從零開始逐漸增大，請(qǐng)按此要求用筆畫線代替導(dǎo)線在圖甲實(shí)物接線圖中完成余下導(dǎo)線的連接；(2)某次測(cè)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(dòng)勢(shì)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(dāng)外電路總電阻等于電源內(nèi)阻時(shí)，電源的輸出功率最大，即小電珠的總功率最大，此時(shí)外電路電壓等于內(nèi)電壓等于1.5 V，由題圖丙知當(dāng)小電珠電壓等于1.5 V時(shí)電流約為0.38 A，此時(shí)電阻約為R3.95 4 ，并聯(lián)后的總電阻為1 ，所以需要4個(gè)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(huì)隨溫度的升高而變大某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，親自動(dòng)手通過實(shí)驗(yàn)描繪這樣一個(gè)電阻器的伏安特性曲線可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材有：A待測(cè)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(dòng)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(gè)和導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)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(qǐng)?jiān)诜娇騼?nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖(2)按照正確的電路圖，該同學(xué)測(cè)得實(shí)驗(yàn)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(shí)際電壓請(qǐng)通過計(jì)算補(bǔ)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(xué)將本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)提供的電源兩端，則電阻器的實(shí)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(dòng)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(diǎn)可得此時(shí)電阻器的電壓UR0.9 V，電流I0.35 A，電阻器的實(shí)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(shí)驗(yàn)中，要測(cè)量個(gè)標(biāo)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(jì))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(dòng)變阻器(10 ，1 A)E滑動(dòng)變阻器(1 k，300 mA)F開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)本實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)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(xué)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在如圖甲所示的坐標(biāo)紙上作出該小電珠的伏安特性曲線(3)如圖乙所示，將兩個(gè)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(gè)小燈泡的實(shí)際功率為_W.乙解析：(1)實(shí)驗(yàn)中需測(cè)量多組數(shù)據(jù)，滑動(dòng)變阻器用分壓式接法，為了調(diào)節(jié)方便，滑動(dòng)變阻器用阻值較小的，故選D.(2)描點(diǎn)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(biāo)系上畫出該直線，其交點(diǎn)(U，I)即為小燈泡的實(shí)際電壓、電流值，可得小燈泡消耗的實(shí)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(shí)驗(yàn)中，用導(dǎo)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(dòng)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(dǎo)線斷路(2)某同學(xué)測(cè)出電源和小燈泡的UI圖線如圖所示，電源的電動(dòng)勢(shì)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(gè)小燈泡并聯(lián)后接到上面電源上，每一只小燈泡的實(shí)際電功率是_W.解析：(1)若調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(dòng)變阻器不起分壓作用，所以可能是g導(dǎo)線斷路(2)由電源的UI圖線知E3.0 V，由曲線上每一點(diǎn)對(duì)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(gè)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(gè)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(gè)電路圖線與一個(gè)燈泡的伏安特性曲線的交點(diǎn)即為一個(gè)小燈泡的實(shí)際工作參量，因?yàn)槁范穗妷篣在數(shù)值上也是一個(gè)小燈泡兩端的電壓，根據(jù)交點(diǎn)坐標(biāo)(1.1 V,0.95 A)可以計(jì)算出一個(gè)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(diǎn)三拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)核心提煉創(chuàng)新點(diǎn)創(chuàng)新方案實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)方案以實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理典例賞析典例3某實(shí)驗(yàn)小組研究?jī)蓚€(gè)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(cè)元件X的電阻，選擇“1”歐姆擋測(cè)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)；(2)連接所選電路，閉合S；滑動(dòng)變阻器的滑片P從左向右滑動(dòng)，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(fù)實(shí)驗(yàn)；(3)如圖(d)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(cè)量待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)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(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向右移時(shí)，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(shí)，E0.3 A(10 r)，S1閉合、S2斷開時(shí)，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(xué)想要描繪標(biāo)有“3.8 V0.3 A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測(cè)量數(shù)據(jù)盡量精確、繪制曲線完整可供該同學(xué)選用的器材除開關(guān)、導(dǎo)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(dòng)變阻器R1(010 ，額定電流2 A)滑動(dòng)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(jì))(1)請(qǐng)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并將各元件字母代碼標(biāo)在該元件的符號(hào)旁(2)該同學(xué)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(cè)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(xué)描繪出的IU圖象應(yīng)該是B.答案：(1)圖見解析(2)B7某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)一電學(xué)元件，該電學(xué)元件上標(biāo)有“最大電流不超過6 mA，最大電壓不超過7 V”，同學(xué)們想通過實(shí)驗(yàn)描繪出該電學(xué)元件的伏安特性曲線，他們?cè)O(shè)計(jì)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(dòng)勢(shì)E為12 V，內(nèi)阻不計(jì)(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)有兩個(gè)滑動(dòng)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(dòng)變