全品复习方案2020届高考物理一轮复习 第8单元 恒定电流 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线课件

1、实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线 实验溯本求源实验热点探究课时巩固训练教师备用习题 一、实验目的 1.测绘小灯泡的伏安特性曲线. 2.分析伏安特性曲线的变化规律. 二、实验原理 1.用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,记下多组(U,I) 值,在I-U坐标系中描出各对应点,用一条平滑的曲线将这些点连起来. 2.电流表采用外接法,因为小灯泡的电阻很小,如果电流表内接,误差明显较大;滑动变 阻器采用分压式接法,使电压能从零开始连续变化. 实验溯本求源 三、实验器材 小灯泡(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、电压表与电流表各一个、滑动变阻器一 个、学生低

2、压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸. 四、实验步骤 1.确定电流表、电压表的量程,电流表采用外接法,滑动 变阻器采用分压式接法,按如图S9-1所示的原理图连接 好实验电路. 实验溯本求源 图S9-1 2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,接线经检查无误后,闭合开关S. 3.移动滑动变阻器滑片位置,测出多组不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填 入表格中,断开开关S. 4.拆除电路,整理仪器. 五、注意事项 1.闭合开关S前,滑动变阻器滑片应移到使小灯泡分得的电压为0的一端,从而使开 关闭合时小灯泡电压能从0开始变化,同时,也为了防止开关刚闭合时小灯泡因两端 电压过大而被烧坏

3、. 实验溯本求源 2.I-U图线在U=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0 V左右要多测几组数据,以防 出现很大误差. 3.误差较大的点要舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线. 4.建立坐标系时,纵轴表示电流,横轴表示电压,两坐标轴选取的标度要合理,使得根 据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸. 实验溯本求源 热点一实验原理与实验操作 实验热点探究 例1 为描绘小灯泡的伏安特性曲线,选用小灯泡额定值为“3.0 V,1.2 W”,实验中有 仪器:电流表、电压表、开关、滑动变阻器、坐标纸、导线. (1)为使加在小灯泡两端的电压从零开始, 能在较大的范围内调节,滑动变阻器应采 用(选填“分压式

4、”或“限流式”) 接法.请在虚线框中画出电路图. (2)请根据你画的电路图,把图S9-2中的 实验器材连成符合要求的实验电路. 图S9-2 实验热点探究 (3)为使读数误差尽可能小,电压表的量程应选用V,电流表的量程应选用 A,为保证实验安全,测量范围不能超过V和A. 实验热点探究 实验热点探究 实验热点探究 变式题 2016天津卷 某同学想要描绘标有“3.8 V,0.3 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了开关、 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(

5、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 ); 实验热点探究 定值电阻R4(阻值等于10 ); 定值电阻R5(阻值等于1 k); 电源E(E=6 V,内阻不计). (1)请在虚线框中画出实验电路图,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I-U图像应是图S9-3中的(填选项字母). 图S9-3 实验热点探究 实验热点探究 热点二数据处理与误差分析 实验热点探究 例2 2017全国卷 某同学研究小灯泡的伏安特性

6、.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V(量程3 V,内阻3 k);电流表A(量程0.5 A, 内阻0.5 );固定电阻R0(阻值1000 );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S9-4甲所示. 实验热点探究 甲 图S9-4 乙 实验热点探究 由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻(选填“增大”“不变”或“减 小”),灯丝的电阻率(选填“增大”“不变”或“减小”).

7、(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乙所示的电路图,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2位小数) 实验热点探究 答案 (1)如图所示 (2)增大增大 (3)0.391.17 实验热点探究 实验热点探究 变式题 小华和小明在“描绘小灯泡的U-I图线”的实验中,将实验数据记录在下 表中: (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 、额定电流为3 A) B.滑动变阻器(阻值范围02000 、额定电流为1 A) 实验中选择的滑动变阻器是(填选项

8、前的字母). (2)用笔画线代替导线,将图S9-5甲中的实物图连接完整. 电压U/V 0.00 0.20 0.40 0.70 1.00 1.30 1.70 2.102.50 电流I/A0.00 0.14 0.24 0.26 0.37 0.40 0.43 0.450.46 实验热点探究 (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U-I图线. 图S9-5 实验热点探究 (5)他们在U-I图像上找到小灯泡工作电压为2.0 V时的坐标点,计算此状态的电阻值 时,小明提出用图像上该点切线斜率表示小灯泡的阻值,小华提出用该点与坐标原 点连线

9、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. 实验热点探究 答案 (1)A(2)如图甲所示(3)左(4)如图乙所示(5)小华 实验热点探究 实验热点探究 要点总结 热点三同类实验拓展与创新 实验热点探究 例3 硅光电池在无光照时不产生电能,可视为一电子元件.某实验小组设计如图 S9-6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电压与电流的关系.图中电压表V1的量程选用03 V, 内阻为6.0 k;电压表V2量程选用015 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)

10、根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙连接成完整电路. 实验热点探究 图S9-6 实验热点探究 (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U1= V,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S9-7的坐标纸上建立 Ux-Ix坐标系,请绘出Ux-Ix图线. 实验热点探究 次数123456789 U1/V 0.00 0.00 0.06 0.12 0

11、.24 0.42 0.72 1.14 1.74 U2/V 0.0 1.02.13.14.25.46.78.19.7 Ux/V 0.0 -1.0 -2.0 -3.0 -4.0 -5.0 -6.0 -7.0 -8.0 Ix/mA 0.00 0.00 -0.01-0.02-0.04-0.07-0.12-0.19-0.29 图S9-7 由Ux-Ix图线可知,硅光电池无光照下加反向电压时,Ux与Ix成(选填“线性” 或“非线性”)关系. 实验热点探究 实验热点探究 课时巩固训练 1.有一个小灯泡上标有“4 V2 W”的字样,现在要用伏安法描绘这个灯泡的U-I图 线.除小灯泡、电源、开关、导线外,还有下列

12、器材供选用: A.电压表(05 V,内阻10 k); B.电压表(010 V,内阻20 k); C.电流表(00.3 A,内阻1 ); D.电流表(00.6 A,内阻0.4 ); E.滑动变阻器(5 ,1 A); F.滑动变阻器(500 ,0.2 A). 课时巩固训练 (1)实验中电压表应选用,电流表应选用.为使实验误差尽量减小, 要求电压表示数从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应选用.(均填 器材前的字母) (2)请在图S9-8中把相应的实物图补充完整. 图S9-8 课时巩固训练 课时巩固训练 课时巩固训练 课时巩固训练 A.电压表V(量程03 V,内阻约为3 k); B.电流表A1(量

13、程0150 mA,内阻约为2 ); C.电流表A2(量程0500 mA,内阻约为0.6 ); D.滑动变阻器R1(020 ); E.滑动变阻器R2(050 ); F.电源E(电动势为4.0 V,内阻不计); G.开关S和导线若干. (1)测量过程中他们发现,当电压达到1.23 V时,灯泡亮度很弱,继续缓慢地增加电压, 当电压达到2.70 V时,发现灯泡已过亮,立即断开开关,所有测量数据见下表: 课时巩固训练 请你根据表中数据,在图S9-9给出的坐标纸上作 出U-I图线,从中可得小灯泡的额定电压应为 V (结果保留两位有效数字).这一结果 大于实验前的计算结果,原因是. 次数1234567 U/

14、V0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.202.70 I/mA80155 195 227 255 279310 图S9-9 课时巩固训练 (2)从表中的实验数据可以知道,他们在实验时所选择的电路应为图S9-10中的 (填选项字母),电流表应选(填“A1”或“A2”),滑动变阻器应选(选填 “R1”或“R2”). 图S9-10 课时巩固训练 课时巩固训练 课时巩固训练 课时巩固训练 3.2018北京八中模拟 “描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,小灯泡的额定电压为 2.5 V,额定功率为0.5 W,实验中除导线和开关外,还有以下器材可供选择: A.直流电源(3 V,内阻不计); B

15、.直流电流表(0300 mA,内阻约为5 ); C.直流电流表(03 A,内阻约为0.025 ); D.直流电压表(03 V,内阻约为3.0 k); E.滑动变阻器(100 ,0.5 A); F.滑动变阻器(10 ,2 A). 实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量. 课时巩固训练 (1)实验中电流表应选用,滑动变阻器应选用.(均填器材前的选项 字母) (2)实验应选择的电路图是图S9-11中的(填选项字母). 图S9-11 课时巩固训练 (3)图S9-12甲是此实验的实物图,图中已连接了部分导线.请根据在上问中所选的电 路图,补充完整实物间的连线. (4)开关S闭合之前,图S9

16、-12 甲中滑动变阻器的滑片应 该置于(选填“左 端”“右端”或“正中间”). (5)根据实验数据,画出小灯 泡I-U图线如图乙所示.由此 可知,当电压为0.5 V时,小灯 泡的灯丝电阻是 . 图S9-12 课时巩固训练 (6)根据实验测量结果可以绘制小灯泡的电功率P随其两端电压U或电压的二次方 U2变化的图像,图S9-13所给出的图像中可能正确的是(填选项字母). 图S9-13 课时巩固训练 课时巩固训练 4.2018茂名一模 现要用伏安法描绘一只标称值为“2.5 V,0.6 W”的小灯泡的I-U图 线,有下列器材供选用: A.电压表(03 V,内阻为3 k;015 V,内阻为10 k);

17、B.电流表(00.6 A,内阻为0.5 ;03 A,内阻为0.1 ); C.滑动变阻器(10 ,2 A); D.滑动变阻器(100 ,1 A); E.蓄电池(电动势为6 V,内阻不计). F.开关,导线. 课时巩固训练 (1)为了减小测量误差,图S9-14甲中的S1应接(选填“M”或“N”)处,滑动变阻 器应选用(填器材前的选项字母). 图S9-14 课时巩固训练 (2)根据电路图,用笔画线代替导线在图乙中将实物连接成实验所需电路图. (3)开关S闭合之前,滑动变阻器的滑片应该置于(选填“A端”“B端”或“AB正 中间”).闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,电压表示数变化明显,但电流表示数始

18、终为0,则电路故障为. 课时巩固训练 课时巩固训练 解析 (1)由电路图可知,电路采用了滑动变阻器分压接法;因灯泡电阻较小,故电 流表采用外接法,S1应接在M处;因采用分压接法,故滑动变阻器采用最大阻值较小 的,应选用C. (2)根据实验原理图画出实物图如图所示. (3)为了保证实验安全,开始时灯泡两端的电压应为最小,故滑动变阻器的滑片应在 A端;由题意可知,电压表示数变化明显,说明电压表与电源相连,且滑动变阻器连接 正常,而电流表没有示数说明电路是断开的,由电路图可知,只能是灯泡发生了断 路故障. 课时巩固训练 5.2018北京海淀期末 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中, 所用小灯泡标

19、 有“3.8 V0.3 A”字样,并提供有以下器材: A.电压表 V(05 V,内阻约为5 k); B.电流表A1(050 mA,内阻约为2 ); C.电流表A2(0500 mA,内阻约为1 ); D.滑动变阻器R1(010 ); E.滑动变阻器R2(02 k); F.直流电源E(电动势为4.5 V,内阻不计); G.开关S及导线若干. 课时巩固训练 (1)为了提高测量的准确度和调节方便: 实验中应选用电流表,滑动变阻器.(均填器材前的选项字母) 在虚线框内画出实验电路图. (2)由正确实验操作得到的数据描绘出小灯泡的伏 安特性曲线如图S9-15甲所示.在另一实验中将此 小灯泡接入如图乙所示的

20、电路中,电路中的电源 电压U(U3.8 V)恒定,在t=t0时刻闭合开关S,由电 流传感器记录的电路中电流随时间变化的图像 (i-t图像)可能是图S9-16中的(填选项字母). 课时巩固训练 图S9-15 图S9-16 课时巩固训练 课时巩固训练 课时巩固训练 6.2018重庆巴蜀中学月考 某物理学习小组的同学在研究性学习过程中,用伏安 法研究某电子元件R1(6 V,2.5 W)的伏安特性曲线,要求多次测量并尽可能减小实验 误差,备有下列器材:A.直流电源(6 V,内阻不计); B.电流表G(满偏电流3 mA,内阻为10 ); C.电流表A(00.6 A,内阻未知); D.滑动变阻器R(020

21、 ,5 A); E.滑动变阻器R(0200 ,1 A); F.定值电阻R0(阻值为1990 ); G.开关与导线若干. 课时巩固训练 (1)根据题目提供的实验器材,请你在虚线框内设计测量电子元件R1伏安特性曲线 的电路原理图. (2)在实验中,为了操作方便且能够准确地进行测量,滑动变阻器应选用(填 器材前的选项字母). 课时巩固训练 (3)将上述电子元件R1和另一个电子元件R2接入如图S9-17甲所示的电路中,它们的 U-I图线分别如图乙中a、b所示,电源的电动势E=7.0 V,内阻忽略不计,调节滑动变 阻器R3,使电子元件R1和R2消 耗的电功率恰好相等,则此时 电子元件R1的阻值为, R3

22、接入电路的阻值为 . (结果保留两位有效数字) 图S9-17 课时巩固训练 课时巩固训练 课时巩固训练 教师备用习题 1.某同学设计了探究铅笔芯伏安特性曲线的实验,得到如下数据(I和U分别表示通 过铅笔芯的电流和其两端的电压): 实验室提供如下器材:A.电流表A1(量程00.6 A,内阻约为1.0 ); B.电流表A2(量程03 A,内阻约为0.1 ); C.电压表V1(量程03 V,内阻为3 k); D.电压表V2(量程015 V,内阻为15 k); E.滑动变阻器R1(阻值010 ,额定电流为2 A); F.滑动变阻器R2(阻值02 k,额定电流为0.5 A); G.稳压直流电源E(6 V

23、),开关和带夹子的导线若干以及长约14 cm的绘图2B铅笔芯. U/V 0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 I/A0.00 0.10 0.18 0.34 0.38 0.48 教师备用习题 (1)为了完成实验,电流表应该选择,电压表应该选择,滑动变阻器 应该选择.(均填器材前的选项字母) (2)图的实验电路图中合理的是(填选项字母). 教师备用习题 教师备用习题 2.2015福建卷 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

24、画线代替导线在图甲的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) 教师备用习题 教师备用习题 教师备用习题 教师备用习题 3.2015山东卷 如图甲所示的电路中,恒流源可为电路提供恒定电流I0,R为定值电 阻,电流表、电压表均可视为理想电表.某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗 的电功率.改变RL的阻值,记录多组电流、电压的数值,得到如图乙所示的U-I关系图 线. 甲乙 教师备用习题 回答下列问题: (1)滑动触头向下移动时,电压表示数(选填“增大”或“减小”). (2)I0=A. (3)RL消耗的最大功率为W(保留一位有效数字). 教师备用