2020高考物理一轮总复习第八章实验九描绘小电珠的伏安特性曲线讲义含解析新人教版.docx

实验九描绘小电珠的伏安特性曲线 注意事项1电路的连接方式(1)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00.6 A的电流表串联时，电流表的分压影响很大(2)滑动变阻器应采用分压式连接：目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化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零的一端，使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化，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3IU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4当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录I后马上断开开关5误差较大的点要舍去，IU图线应是平滑曲线而非折线 误差分析1由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差2电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数3在坐标纸上描点、作图带来操作误差热点一电路设计和实验原理典例赏析典例1(2017全国卷)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(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(a)所示 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)解析(1)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，故滑动变阻器用分压式接法，小灯泡为小电阻，电流表用外接法，如图(2)由IU图象知，切线的斜率在减小，故灯泡的电阻随电流的增大而增大，再由电阻定律R知，电阻率增大；(3)当滑动变阻器的阻值为9 时，电路电流最小，灯泡实际功率最小，此时EUI(rR)得U410I，在图中作出该直线如图所示，交点坐标约为U1.80 V，I225 mA，P1UI0.41 W；整理得：IU，当直线的斜率最大时，与灯泡的IU曲线的交点坐标最大，即灯泡消耗的功率最大当滑动变阻器电阻值R0时，灯泡消耗的功率最大，此时交点坐标为U3.75 V，I0.313 A，如图所示，最大的功率为P2UI1.17 W.答案(1)图见解析(2)增大增大(3)0.411.17题组巩固1在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，除有一标有“6 V1.5 W”的小电珠、导线和开关外，还有：A直流电源6 V(内阻不计)B直流电流表03 A(内阻在0.1 以下)C直流电流表0300 mA(内阻约为5 )D直流电压表010 V(内阻约为15 k)E滑动变阻器10 ，2 AF滑动变阻器1 k，0.5 A实验要求小电珠两端的电压从零开始变化并能进行多次测量(1)实验中电流表应选用_，滑动变阻器应选用_(均用序号表示)(2)在虚线框内画出实验电路图(3)试将下图所示器材连成实验电路解析：(1)I额 A250 mA，故电流表应选C.因要求小电珠两端的电压从零开始变化，滑动变阻器用分压式接法，应选较小阻值的E.(2)实验电路图如图所示(3)实物图连线如图所示答案：(1)CE(2)图见解析(3)图见解析2如图是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图(1)根据图在虚线框内画出实验电路图；(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图中的、所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V所示读数为：_、_、_、_.两组数据得到的电阻分别为_和_.解析：(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线需要测量电压的范围大，变阻器用分压接法，小灯泡电阻比较小，电流表要外接，电路图如图所示(2)电流表量程为0.6 A时，最小刻度为0.02 A，读数读到小数点后两位，所以表示数为0.10 A，表示数为0.24 A；电压表量程为3 V，最小刻度为0.1 V，应估读到0.01 V，所以表示数为2.00 V，表示数为0.27 V，根据欧姆定律R18.3 ，R2 2.7 .答案：(1)图见解析(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)热点二数据处理及误差分析典例赏析典例2某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接；(2)某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为_A；(3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将_只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3 V、内阻为1 的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为_W(保留两位小数)解析(1)连线如图所示(2)由题图乙知电流表量程为0.6 A，所以读数为0.44 A；(3)电源内阻为1 ，所以当外电路总电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大，即小电珠的总功率最大，此时外电路电压等于内电压等于1.5 V，由题图丙知当小电珠电压等于1.5 V时电流约为0.38 A，此时电阻约为R3.95 4 ，并联后的总电阻为1 ，所以需要4个小电珠并联，小电珠消耗的总功率约为P W2.25 W.答案(1)图见解析(2)0.44(3)42.25题组巩固3由金属丝制成的电阻器阻值会随温度的升高而变大某同学为研究这一现象，亲自动手通过实验描绘这样一个电阻器的伏安特性曲线可供选择的实验器材有：A待测电阻器Rx(2.5 V,1.2 W)B电流表A(00.6 A，内阻为1 )C电压表V(03 V，内阻未知)D滑动变阻器(010 ，额定电流为1 A)E电源(E3 V，内阻r1 )F定值电阻R0(阻值为5 )G开关一个和导线若干(1)实验时，该同学采用电流表内接法，并且电阻器两端电压从零开始变化，请在方框内画出实验电路图(2)按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下：I/A0.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.250.400.600.901.251.852.503.00UR/V其中，I是电流表的示数，U是电压表的示数，UR是电阻器两端的实际电压请通过计算补全表格中的空格，然后在图中画出电阻器的伏安特性曲线(3)该同学将本实验中的电阻器Rx以及给定的定值电阻R0二者串联起来，接在本实验提供的电源两端，则电阻器的实际功率是_ W(结果保留两位小数)解析：(1)要使电阻器两端电压从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法电路图如图甲所示(2)电压表的示数减去电流表的分压即为电阻器两端的电压：URUIr，数据如下表电阻器的伏安特性曲线如图乙中曲线所示UR/V0.100.200.350.600.901.452.052.52(3)由URI(rR0)E作出UI图象如图乙中直线所示，由此图象与电阻器UI图线的交点可得此时电阻器的电压UR0.9 V，电流I0.35 A，电阻器的实际功率为PURI0.32 W.答案：见解析4在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，要测量个标有“3 V1.5 W”的小电珠两端的电压和通过它的电流，现有如下器材：A直流电源3 V(内阻可不计)B直流电流表0600 mA(内阻约为0.5 )C直流电压表03 V(内阻约3 k)D滑动变阻器(10 ，1 A)E滑动变阻器(1 k，300 mA)F开关、导线若干(1)本实验中滑动变阻器应选用_(选填“D”或“E”)(2)下表中的各组数据是该同学在实验中测得的，根据表格中的数据在如图甲所示的坐标纸上作出该小电珠的伏安特性曲线(3)如图乙所示，将两个这样的小灯泡并联后再与阻值为5 的定值电阻R0串联，接在电压恒为4 V的电路中，每个小灯泡的实际功率为_W.乙解析：(1)实验中需测量多组数据，滑动变阻器用分压式接法，为了调节方便，滑动变阻器用阻值较小的，故选D.(2)描点画图，如图所示(3)设小灯泡两端的电压为U，电流为I，根据闭合电路欧姆定律得：U0U2IR0，所以U2R0IU0，代入数据得U10I4，在小灯泡的伏安特性曲线同一坐标系上画出该直线，其交点(U，I)即为小灯泡的实际电压、电流值，可得小灯泡消耗的实际功率PUI0.3 W.答案：(1)D(2)图见解析(3)0.35在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按下图所示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零闭合开关后：(1)若不管怎样调节滑动变阻器，小灯泡亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是_导线断路(2)某同学测出电源和小灯泡的UI图线如图所示，电源的电动势E_V；小灯泡的电阻随温度的升高而_.(3)将与上面相同的两个小灯泡并联后接到上面电源上，每一只小灯泡的实际电功率是_W.解析：(1)若调节滑动变阻器，小灯泡的亮度变化，但电压表、电流表示数总不能为零，说明滑动变阻器不起分压作用，所以可能是g导线断路(2)由电源的UI图线知E3.0 V，由曲线上每一点对应的R判断出小灯泡的电阻随温度的升高而增大(3)两个小灯泡并联后接到上面的电源上，如图甲所示，这种情况下，路端电压为任一小灯泡两端的电压，假设一个小灯泡上的电流为I，则干路中的电流为2I，电路方程为EU2Ir，变形可得函数方程UE(2r)I，其函数图象如图乙所示，这个电路图线与一个灯泡的伏安特性曲线的交点即为一个小灯泡的实际工作参量，因为路端电压U在数值上也是一个小灯泡两端的电压，根据交点坐标(1.1 V,0.95 A)可以计算出一个小灯泡消耗的功率为PUI1.10.95 W1.045 W.答案：(1)g(2)3.0增大(3)1.045热点三拓展创新实验核心提炼创新点创新方案实验器材实验方案以实验原理及实验方法为基础，探究小灯泡功率与电压的关系数据处理采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理典例赏析典例3某实验小组研究两个未知元件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(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(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E _ Vr_(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)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，R10 ，则S1、S2均闭合时，E0.3 A(10 r)，S1闭合、S2断开时，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题组巩固6(2016天津卷)某同学想要描绘标有“3.8 V0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：电压表V1(量程03 V，内阻等于3 k)电压表V2(量程015 V，内阻等于15 k)电流表A1(量程0200 mA，内阻等于10 )电流表A2(量程03 A，内阻等于0.1 )滑动变阻器R1(010 ，额定电流2 A)滑动变阻器R2(01 k，额定电流0.5 A)定值电阻R3(阻值等于1 )定值电阻R4(阻值等于10 )定值电阻R5(阻值等于1 k)电源E(E6 V，内阻不计)(1)请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁(2)该同学描绘出的IU图象应是下图中的_.解析：(1)用电压表V1和R5串联，可改装成量程为U(rgR5)(31) V4 V的电压表；用量程为200 mA的电流表A1与定值电阻R4并联可改装为量程为IIg0.2 A A0.4 A的电流表；待测小灯泡的阻值较小，故采用电流表外接，电路图如图(2)小灯泡的电阻随温度升高而变大，故该同学描绘出的IU图象应该是B.答案：(1)图见解析(2)B7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(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择：A阻值0200 ，额定电流0.3 AB阻值020 ，额定电流0.5 A应选的滑动变