2019版高考物理一輪復習 實驗增分 專題9 描繪小電珠的伏安特性曲線學案

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1、 實驗九　描繪小電珠的伏安特性曲線 考綱要求 考情分析 命題趨勢 描繪小電珠的伏安特性曲線 2017·全國卷Ⅰ，23 2016·天津卷，9(3) 高考對本實驗的考查主要側(cè)重于以下四個方面：1.伏安法測電阻電路連接形式(電流表內(nèi)接、外接)的確定：2.控制電路的確定(分壓式)，3.實驗儀器的選擇；4.實驗原理的理解及其創(chuàng)新(注意結(jié)合電源的U－I圖線考查工作點問題) 知識梳理·夯實基礎 一、實驗流程 二、注意事項 1．電流表外接法 本實驗中被測小電珠燈絲的電阻值較?。虼藴y量電路必須采用電流表外接法． 2．滑動變阻器應采用分壓式連接 本實驗要做出U－I圖象，要求

2、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．保護元件安全 為保護元件不被燒毀，開關閉合前變阻器滑片應位于圖中的a端．加在小電珠兩端的電壓不要超過其額定電壓． 三、誤差分析 1．由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，對電路的影響會帶來誤差，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(shù)帶來誤差． 3．在坐標紙上描點、作圖帶來誤差． 核心考點·分層突破 考點1　電路設計和實驗原理 [例1](2017·全國卷Ⅰ)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V(量程3 V，

3、內(nèi)阻3 kΩ)；電流表A(量程0.5 A，內(nèi)阻0.5 Ω)；固定電阻R0(阻值1 000 Ω)；滑動變阻器R(阻值0～9.0 Ω)；電源E(電動勢5 V，內(nèi)阻不計)；開關S；導線若干． (1)實驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0～3.8 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甲所示． 由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻__增大__，燈絲的電阻率__增大__.(均選填“增大”“不變”或“減小”) (3)用另一電源E0(電動勢4 V，內(nèi)阻1.00 Ω)和題給器材連接成圖乙所示的電路，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

4、關S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為__0.39__W，最大功率為__1.17__W.(結(jié)果均保留兩位小數(shù)) 解析　(1)要實現(xiàn)在0～3.8 V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，則滑動變阻器需要設計成分壓接法；電壓表V應與固定電阻R0串聯(lián)，將量程改為4 V．由于小燈泡正常發(fā)光時電阻約為12 Ω，所以需將電流表外接． (2)由小燈泡伏安特性曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻增大．根據(jù)電阻定律可知，燈絲的電阻率增大．(3) 當滑動變阻器接入電路中的阻值最大為9.0 Ω時，流過小燈泡的電流最小，小燈泡的實際功率最小，把滑動變阻器視為等效電源內(nèi)阻的一部分，在題圖甲中畫出等效電源E′0(電

5、動勢4 V，內(nèi)阻1.00 Ω＋9.0 Ω＝10 Ω)的伏安特性曲線，函數(shù)表達式為U＝4－10I(V)，圖線如圖中Ⅰ所示，故小燈泡的最小功率為Pmin＝U1I1＝1.75×0.225 W≈0.39 W．當滑動變阻器接入電路中的阻值最小為零時，流過小燈泡的電流最大，小燈泡的實際功率最大，在題圖甲中畫出電源E0(電動勢4 V，內(nèi)阻1.00 Ω)的伏安特性曲線，函數(shù)表達為為U＝4－I(V)，圖線如圖中Ⅱ所示，故小燈泡的最大功率為Pmax＝U2I2＝3.68×0.318 W≈1.17 W. 考點2　數(shù)據(jù)處理和誤差分析 [例2]某學習小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大?。畬嶒炂鞑娜鐖D甲所示，現(xiàn)

6、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__0.44__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__4__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 Ω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__2.25__W.(結(jié)果保留兩位小數(shù)) 解析　(1)連線如圖所示． (2)由圖知電流表量程為0.6 A，所以讀數(shù)為0.44 A；(3)電源內(nèi)

7、阻為1 Ω.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R＝＝3.95 Ω≈4 Ω，并聯(lián)后的總電阻為1 Ω，所以需要4個小電珠并聯(lián)，小電珠消耗的總功率為P＝＝ W＝2.25 W. 考點3　實驗改進與創(chuàng)新 　本實驗的創(chuàng)新改進之處主要集中在三點： 1．數(shù)據(jù)處理方式的改進：采取“DIS”數(shù)字化實驗系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的采集和處理． 2．被測元件的變更：探究其他元件的伏安特性． 3．實驗目的變更：如探究元件的電阻隨溫度變化的規(guī)律． [例3]某實驗小組研究兩個

8、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 kΩ)、電流表(內(nèi)阻約為1 Ω)、定值電阻等． (1)使用多用電表測元件X的電阻．選擇“×1”歐姆檔測量，示數(shù)如圖甲所示，讀數(shù)為__10__Ω.據(jù)此應選擇圖中的__乙__(選填“乙”或“丙”)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__增大__；(選填“增大”或“減小”) 依次記錄電流及相應的電壓；將元件X換成元件Y，重復試驗． (3)圖丁是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的U－I圖線．由圖可判斷元件__Y__(選填“X”或“Y”)是非線性元件． (4)該小組還借助X和Y中的線

9、性元件和阻值R＝21 Ω的定值電阻，測量待測電池的電動勢E和內(nèi)阻r.電路如圖戍所示．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，利用圖丁可算得E＝__3.2__V，r＝__0.50__Ω.(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)歐姆表的讀數(shù)R＝示數(shù)×倍率，得R＝10 Ω；根據(jù)實驗電路產(chǎn)生誤差的原因知應選用電流表外接，故選擇乙電路進行實驗． (2)滑動變阻器的滑片P從左向右滑動，R左增大，待測電阻兩端的電壓增大，所以電流表的示數(shù)增大． (3)根據(jù)伏安特性曲線知，X為線性元件，Y為非線性元件，且RX＝10 Ω. (4)由閉合電路歐姆定律

10、S1、S2均閉合，有U1＝RX， S1閉合，S2斷開，有U2＝RX， 解以上兩式得 r＝0.50 Ω，E≈3.2 V. 對應演練·遷移運用 1．為了測量一個“12 V　5 W”的小電珠在不同電壓下的功率，給定了以下器材 電源：12V，內(nèi)阻不計； 電流表：0～0.6A,0～3A，內(nèi)阻可忽略； 電壓表：0～3 V,0～15 V，內(nèi)阻很大； 滑動變阻器：阻值范圍0～20 Ω，允許最大電流1 A； 開關一個，導線若干． 實驗時要求加在電阻兩端的電壓可從0調(diào)到12 V. (1)將圖甲中的實物圖連接完整． (2)某位同學測得小電珠的伏安特性曲線如圖乙所示，某次測量時，小電珠電

11、流大小為0.40 A，則此時加在它兩端的電壓為__6.0__V，此時小電珠的實際功率為__2.4__W. 解析　(1)由于要求電壓從0開始調(diào)節(jié)，故滑動變阻器應采用分壓式接法．又因電流表內(nèi)阻可忽略．電壓表內(nèi)阻很大，則電流表采用內(nèi)接法、外接法均可以，實物連接如圖． (2)由I－U圖線得，當I＝0.40 A時，U＝6.0 V，故小電珠的實際功率為P＝IU＝2.4 W. 2．圖甲是小紅同學在做“描繪小電珠的伏安特性曲線”實驗的實物連接圖． (1)根據(jù)圖甲畫出實驗電路圖； (2)調(diào)節(jié)滑動變阻器得到了兩組電流表(①②)與電壓表(③④)的示數(shù)如圖乙中的①、②、③、④所示，電流表量程為0

12、.6 A，電壓表量程為3 V．所示讀數(shù)為①__0.10_A__、②__0.24_A__、③__2.00_V__、④__0.27_V__.兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為__2.7(±0.1)Ω__和__8.3(±0.1)Ω__. 解析　(1)實驗電路圖如圖所示． (2)電流表量程為0.6 A，每一小格代表0.02 A，讀數(shù)時估讀到精度的本位即可；電壓表量程為3 V，每一小格代表0.1 V，讀數(shù)時估讀到精度的下一位．讀數(shù)分別為①0.10 A、②0.24 A、③2.00 V、④0.27 V，應用R＝求電阻時，電流為0.10 A時對應的電壓為0.27 V；電流為0.24 A時對應的電壓為2.00 V

13、，求得的兩組數(shù)據(jù)對應的電阻分別為2.7 Ω和8.3 Ω . 3．(2018·陜西部分學校摸底檢測)某同學利用如下實驗器材“研究小燈泡的伏安特性曲線”：電源(電動勢3 V，內(nèi)阻可忽略不計)、滑動變阻器(最大阻值10 Ω)、電壓表、電流表、開關、小燈泡、導線若干． (1)實驗過程中某次實驗時電壓表、電流表的指針如圖甲所示，則電壓表讀數(shù)為__1.20__V，電流表讀數(shù)為__0.40__A． 甲 (2)根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)作出小燈泡的U－I圖象如圖乙所示，則可知小燈泡的電阻隨電壓增大而__增大__.(選填“增大”“減小”或“不變”) (3)用鉛筆在圖丙中把缺少的導線補全，連接實驗電路．

14、(4)若正確連線后，合上開關，移動滑動變阻器的滑片，小燈泡不能完全熄滅，其他完全正常，則可判斷是導線__EN__(選填接線柱字母，如“GH”)發(fā)生斷路；此時的電路中，小燈泡可能獲得的最小功率是__0.13(0.12～0.14均可)__W.(保留兩位有效數(shù)字) 乙　　　　　　　　　　　　丙 解析　(1)電壓表示數(shù)為12.0×0.1 V＝1.20 V，電流表示數(shù)為20×0.02 A＝0.40 A．(2)根據(jù)題圖乙可知，隨著電壓升高，小燈泡的電阻增大．(3)研究小燈泡的伏安特性曲線，電壓應從零開始，因而滑動變阻器采用分壓接法．小燈泡電阻較小，電流表采用外接法．實物圖連接見答圖甲．(4)正確連

15、線后，移動滑動變阻器的滑片，小燈泡不能完全熄滅，則可能是導線EN斷路．EN導線斷路后，當滑動變阻器的阻值全部連入電路，電流最小，小燈泡的功率最小．此時把滑動變阻器的阻值作為電源內(nèi)阻，在小燈泡的U－I圖線中畫出等效電源的U－I圖線，兩圖線的交點即為小燈泡功率最小時的工作狀態(tài)點(如答圖乙)，由圖線可知P＝0.26×0.50 W＝0.13 W. 4．(2017·廣東惠州調(diào)研)測繪一個標有“3 V　0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V并便于操作．已選用的器材有： 電池組(電動勢為4.5 V，內(nèi)阻約1 Ω)； 電流表(量程為0～250 mA，內(nèi)阻約5 Ω)；

16、 電壓表(量程為0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ)； 電鍵一個、導線若干． (1)實驗中所用的滑動變阻器應選下列中的__A__.(選填字母代號) A．滑動變阻器(最大阻值20 Ω，額定電流1 A) B．滑動變阻器(最大阻值1 750 Ω，額定電流0.3 A) (2)實驗的電路圖應選用下列的圖__B__.(選填字母代號) (3)實驗得到小燈泡的伏安特性曲線如圖所示．如果將這個小燈泡接到電動勢為1.5 V，內(nèi)阻為5 Ω的電源兩端，小燈泡消耗的功率是__0.1__W. 解析　(1)描繪小燈泡伏安特性曲線實驗要求電壓調(diào)節(jié)范圍大，因此滑動變阻器采用分壓式，為使調(diào)節(jié)過程中電壓變化盡可能均勻，選用最大阻值較小的滑動變阻器A． (2)由于小燈泡的電阻比較小，因此電流表采用外接法，選用B圖． (3)畫出電源的伏安特性曲線，如圖所示，兩個圖線的交點即為小燈泡接在電源兩端時小燈泡中的電流與小燈泡兩端的電壓，U＝1.0 V，I＝0.10 A，因此小燈泡消耗的功率為P＝UI＝0.1 W. 9