專題（57）實驗九 描繪小電珠的伏安特性曲線（原卷版）

2021年高考物理一輪復習考點全攻關專題（57）實驗九描繪小電珠的伏安特性曲線（原卷版）雙基過關：基本實驗要求1．實驗原理(1)測多組小電珠的U、I的值，并繪出I－U圖象；(2)由圖線的斜率反映電流與電壓和溫度的關系．2．實驗器材小電珠“3.8V,0.3A”、電壓表“0～3V～15V”、電流表“0～0.6A～3A”、滑動變阻器、學生電源、開關、導線若干、坐標紙、鉛筆．3．實驗步驟(1)畫出電路圖如圖甲所示(2)將小電珠、電流表、電壓表、滑動變阻器、學生電源、開關用導線連接成如圖乙所示的電路．(3)測量與記錄移動滑動變阻器觸頭位置，測出12組左右不同的電壓值U和電流值I，并將測量數據填入自己設計的表格中．(4)數據處理①在坐標紙上以U為橫軸，I為縱軸，建立直角坐標系．②在坐標紙上描出各組數據所對應的點．③將描出的點用平滑的曲線連接起來，得到小電珠的伏安特性曲線．4．實驗器材選取(1)原則：①安全；②精確；③操作方便．(2)具體要求①電源允許的最大電流不小于電路中的實際最大電流．干電池中電流一般不允許超過0.6A.②用電器的額定電流不能小于通過該用電器的實際最大電流．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電壓表或電流表的指針應偏轉到滿刻度的eq\f(1,3)以上．⑤從便于操作的角度來考慮，限流式接法要選用總阻值與待測電阻相近的滑動變阻器，分壓式接法要選用總阻值較小的滑動變阻器．基本實驗方法1．注意事項(1)電路的連接方式：①電流表應采用外接法：因為小電珠(3.8V,0.3A)的電阻很小，與量程為0.6A的電流表串聯(lián)時，電流表的分壓影響很大．②滑動變阻器應采用分壓式接法：目的是使小電珠兩端的電壓能從0開始連續(xù)變化．(2)閉合開關S前，滑動變阻器的觸頭應移到使小電珠分得電壓為0的一端，使開關閉合時小電珠的電壓能從0開始變化，同時也是為了防止開關剛閉合時因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲．(3)I－U圖線在U0＝1.0V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U＝1.0V左右繪點要密，以防出現(xiàn)較大誤差．2．誤差分析(1)由于電壓表不是理想電表，內阻并非無窮大，會帶來誤差，電流表外接，由于電壓表的分流，使測得的電流值大于真實值．(2)測量時讀數帶來誤差．(3)在坐標紙上描點、作圖帶來誤差.命題熱點一：教材原型實驗INCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\左括.tif"INET【例1INCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\右括.tif"INET】某同學想要描繪標有“3.8V0.3A”字樣的小燈泡L的伏安特性曲線，要求實驗盡量準確．可供選擇的器材除小燈泡、開關、導線外，還有：電壓表V，量程0～5V，內阻約5kΩ電流表A1，量程0～500mA，內阻約0.5Ω電流表A2，量程0～100mA，內阻約4Ω滑動變阻器R1，最大阻值10Ω，額定電流2.0A滑動變阻器R2，最大阻值100Ω，額定電流1.0A直流電源E，電動勢約6V，內阻可忽略不計(1)上述器材中，電流表應選________，滑動變阻器應選________(填寫所選器材的字母符號)．(2)該同學正確選擇儀器后連接了圖甲所示的電路，為保證實驗順利進行，并使誤差盡量小，實驗前請你檢查該電路，指出電路在接線上存在的兩項問題：①________________________________________________________________________________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)該同學校正電路后，經過正確的實驗操作和數據記錄，描繪出了小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示，由此推斷小燈泡的電阻值隨工作電壓的增大而________(選填“增大”或“減小”或“不變”)(4)該同學完成實驗后又進行了以下探究：把兩只這樣的小燈泡并聯(lián)，直接接在電動勢為4V、內阻為8Ω的電源上組成閉合回路．請你根據上述信息估算此時一只小燈泡的功率約為________W(結果保留2位有效數字)．變式1某研究性學習小組的同學欲做“描繪小電珠的伏安特性曲線”的實驗．已知所用小電珠的額定電壓和額定功率分別為2.5V、1.2W，實驗使用的直流電源的電動勢為3.0V，內阻忽略不計，實驗可供選擇的器材規(guī)格如下：A．電流表A1(量程0～0.6A，內阻約5Ω)B．電流表A2(量程0～3A，內阻約0.1Ω)C．電壓表V1(量程0～3V，內阻約3kΩ)D．電壓表V2(量程0～15V，內阻約2kΩ)E．滑動變阻器R1(阻值0～10Ω，額定電流1A)F．滑動變阻器R2(阻值0～5000Ω，額定電流500mA)請回答下列問題：(1)為了完成實驗且盡可能減小實驗誤差，電流表應選擇________，電壓表應選擇________，滑動變阻器應選擇________(填寫實驗器材前的序號)．(2)根據所選的實驗器材，請設計合理的電路原理圖來完成該實驗．(3)該研究性學習小組的同學用設計好的電路測得了該小電珠兩端的電壓U和通過該小電珠的電流，由歐姆定律計算得到的小電珠的電阻值________(選填“大于”“等于＂或“小于＂)真實值．(4)該研究性學習小組的同學通過設計好的電路得到了多組實驗數據，并根據得到的多組數據在坐標系中描點畫圖，如圖所示，該圖線向下彎曲，其原因是__________________________________________________________________________________________________.(5)如果取兩個這樣的小電珠并聯(lián)以后再與一阻值為2.0Ω的定值電阻串聯(lián)，并接在電動勢為3.0V、內阻忽略不計的直流電源兩端，則每個小電珠消耗的實際功率應為________W(結果保留兩位有效數字)．命題熱點二：實驗拓展與創(chuàng)新例2LED燈的核心部件是發(fā)光二極管．某同學欲測量一只工作電壓為2.9V的發(fā)光二極管的正向伏安特性曲線，所用器材有：電壓表(量程3V，內阻約3kΩ)，電流表(用多用電表的直流25mA擋替代，內阻約為5Ω)，滑動變阻器(0～20Ω)，電池組(內阻不計)，開關和導線若干．他設計的電路如圖(a)所示．回答下列問題：(1)根據圖(a)，在實物圖(b)上完成連線；(2)調節(jié)滑動變阻器的滑片至最________端(填“左”或“右”)，將多用電表選擇開關撥至直流25mA擋，閉合開關；(3)某次測量中，多用電表示數如圖(c)，則通過二極管的電流為________mA；(4)該同學得到的正向伏安特性曲線如圖(d)所示．由曲線可知，隨著兩端電壓增加，二極管的正向電阻________(填“增大”“減小”或“不變”)；當兩端電壓為2.9V時，正向電阻為________kΩ(結果保留兩位有效數字)；(5)若實驗過程中發(fā)現(xiàn)，將滑動變阻器滑片從一端移到另一端，二極管亮度幾乎不變，電壓表示數在2.7～2.9V之間變化，試簡要描述一種可能的電路故障：______________________________________________________________________________________________.變式2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(內阻約為3kΩ)、電流表(內阻約為1Ω)、滑動變阻器(最大阻值為5Ω，額定電流為1A)、電源、開關、導線等．圖5(1)使用多用電表粗測元件X的電阻，選擇“×1”歐姆擋測量，示數如圖5甲所示，讀數為________Ω.(2)現(xiàn)要研究元件X的伏安特性，請你根據所給的實驗儀器設計合理的實驗電路，把理論電路圖畫在圖乙方框內．(3)根據合理的實驗電路對元件X進行研究后，將元件X換成元件Y，重復實驗．根據實驗數據作出的U－I圖線如圖丙所示，由圖可判斷元件________(填“X”或“Y”)是非線性元件．【變式】3如圖甲為某磁敏電阻在室溫下的電阻—磁感應強度特性曲線，其中RB表示有磁場時磁敏電阻的阻值，R0表示無磁場時磁敏電阻的阻值．為測量某磁場的磁感應強度B，需先測量磁敏電阻處于磁場中的電阻值．(1)某同學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，請將圖乙中的導線補充完整．提供的器材如下：A．磁敏電阻，無磁場時阻值R0＝140ΩB．滑動變阻器R，最大阻值約20ΩC．電流表A，量程2.5mA，內阻RA＝100ΩD．電壓表V，量程3V，內阻約3kΩE．直流電源E，電動勢3V，內阻不計F．開關S，導線若干(2)正確接線后．測量數據如下表，請利用表格數據在圖中描點作圖：序號123456U(V)0.000.450.911.501.792.71I(mA)0.000.300.601.001.201.80(3)根據U—I圖象盡可能準確地求出磁敏電阻的阻值RB＝________Ω，結合圖甲可知待測磁場的磁感應強度B＝________T．(結果均保留兩位有效數字)課時精練：小明做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗，已知小燈泡標稱值是“2.5V，0.3A”，不考慮電壓表分流引起的誤差，請完成如下問題：(1)為初步了解小燈泡的電阻值，小明使用多用電表的歐姆擋按正確測量步驟進行測量，根據圖甲所示，小燈泡阻值為________Ω.(2)為進一步探究小燈泡伏安特性，小明連接了如圖乙所示實物圖，請在圖中補上一根導線，使實驗能夠正常進行．(3)按要求操作得到數據如表所示，第7組中電壓表示數如圖丙所示，則U＝________V；判斷U＝0、I＝0時的小燈泡電阻值為________Ω，試分析此電阻值遠小于(1)中阻值的原因________________________________________________________________________________________________________________________________________________.1234567891011I/A00.040.080.090.100.110.120.140.160.180.20U/V00.050.100.130.170.200.550.801.051.35R/Ω1.31.31.41.71.83.95.05.86.82．某學習小組擬研究一個標有“3.6V，1.8W”的小電珠的伏安特性曲線，可供選用的器材如下：①電流表A，量程0～0.6A，內阻約為0.2Ω；②電壓表V，量程0～15V，內阻約為15kΩ；③滑動變阻器R，阻值范圍0～10Ω；④學生電源E，電動勢為4V，內阻不計；⑤開關S及導線若干．(1)該學習小組中的甲同學設計了如圖甲所示的電路進行測量，請按照圖甲所示的電路圖幫甲同學將圖乙中的實物圖連接起來．(2)甲同學在實驗中發(fā)現(xiàn)，由于電壓表的量程較大而造成讀數誤差很大，因而影響了測量結果．于是又從實驗室找來一量程為Ig＝100μA、內阻Rg＝1