（通用版）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第51課時 描繪小電珠的伏安特性曲線（實驗增分課）講義（含解析）.doc

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第51課時描繪小電珠的伏安特性曲線(實驗增分課)一、實驗?zāi)康?描繪小電珠的伏安特性曲線。2分析伏安特性曲線的變化規(guī)律。二、實驗原理1電路原理如圖甲所示，測多組小電珠的U、I的值，并繪出其伏安特性曲線(圖乙)。2由圖線的斜率反映電流與電壓的關(guān)系，以及溫度的影響。三、實驗器材學(xué)生電源(46 V直流)或電池組、小電珠(3.8 V,0.3 A)、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關(guān)、坐標(biāo)紙、導(dǎo)線若干。謹(jǐn)記部分器材用途滑動變阻器改變小電珠電流、電壓，測出多組數(shù)據(jù)坐標(biāo)紙在坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系、描點并畫圖像四、實驗步驟1確定電流表、電壓表的量程，采用電流表外接法，滑動變阻器采用分壓接法，按電路原理圖連接好實驗電路。2把滑動變阻器的滑片調(diào)節(jié)到電路原理圖中最左端，電路連接經(jīng)檢查無誤后，閉合開關(guān)S。3移動滑動變阻器滑片位置，測出12組左右不同的電壓值U和電流值I，并將測量數(shù)據(jù)填入表格中，斷開開關(guān)S。U(V)00.20.40.60.81.01.2I(A)U(V)1.41.82.22.63.03.43.8I(A)4.拆除電路，整理儀器。五、數(shù)據(jù)處理1在坐標(biāo)紙上以U為橫軸，以I為縱軸，建立坐標(biāo)系。2在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點(坐標(biāo)系縱軸和橫軸的標(biāo)度要適中，以使所描圖線充分占據(jù)整個坐標(biāo)紙為宜)。3將描出的點用平滑的曲線連接起來，就得到小電珠的伏安特性曲線。六、誤差分析1由于電壓表、電流表不是理想電表，電表內(nèi)阻對電路的影響會造成系統(tǒng)誤差。2電流表、電壓表的讀數(shù)造成偶然誤差。3在坐標(biāo)紙上描點、作圖造成偶然誤差。七、注意事項1電路的連接方式(1)電流表應(yīng)采用外接法：小電珠(3.8 V,0.3 A)的電阻很小，與00.6 A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(yīng)采用分壓接法：目的是使小電珠兩端的電壓從零開始連續(xù)變化。2閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片應(yīng)移到使小電珠分得電壓為零的一端，使開關(guān)閉合時小電珠兩端的電壓從零開始變化，同時也是為了防止開關(guān)剛閉合時因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲。3小電珠的伏安特性曲線在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0 V 左右繪點要密，防止出現(xiàn)較大誤差。4當(dāng)小電珠的電壓接近額定值時要緩慢增加，達(dá)到額定值記錄I后馬上斷開開關(guān)。5誤差較大的點舍去，小電珠的伏安特性曲線應(yīng)是平滑曲線而非折線?？挤ㄒ粚嶒炘砗筒僮?某同學(xué)做三種導(dǎo)電元件的導(dǎo)電性實驗，他根據(jù)所測量數(shù)據(jù)分別繪制了三種元件的IU圖像，如圖所示，則下列判斷正確的是()A圖乙表示的電阻遵從歐姆定律B圖甲、丙的曲線一定是偶然誤差太大C圖甲表示的電阻阻值隨電壓升高而增大D圖丙表示的電阻能作為標(biāo)準(zhǔn)電阻使用解析：選A由題圖知，圖乙是線性元件的IU圖像，遵從歐姆定律，故A正確；圖甲、丙是不同的非線性元件的IU圖像，不是偶然誤差大，故B錯誤；IU圖像上某點與坐標(biāo)原點的連線的斜率表示電阻的倒數(shù)，根據(jù)圖甲可知，隨電壓升高電阻阻值減小，故C錯誤；圖丙表示的電阻隨電壓的變化而變化，不能作為標(biāo)準(zhǔn)電阻使用，故D錯誤。2如圖所示為“測繪小燈泡伏安特性曲線”實驗的實物電路圖，已知小燈泡額定電壓為2.5 V。完成下列實驗步驟：(1)閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，_。(2)閉合開關(guān)后，逐漸移動滑動變阻器的滑片，_。(3)斷開開關(guān)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線。解析：(1)使滑動變阻器的滑片滑至最左端。(2)增加小燈泡兩端的電壓，記錄電壓表和電流表的多組讀數(shù)，直至電壓表示數(shù)達(dá)到小燈泡的額定電壓。答案：見解析考法二數(shù)據(jù)處理和誤差分析3要描繪一個標(biāo)有“3 V0.8 W”小燈泡的伏安特性曲線，要求小燈泡兩端的電壓由零逐漸增加，且盡量減小實驗誤差。已選用的器材除導(dǎo)線、開關(guān)外，還有：電池組(電動勢為4.5 V，內(nèi)阻約1 )電流表(量程0.6 A，內(nèi)阻約為1 )電壓表(量程3 V，內(nèi)阻約為3 k)滑動變阻器(最大阻值20 ，額定電流1 A)(1)實驗電路應(yīng)選用_(填字母代號)。(2)以電壓表的讀數(shù)U為橫軸，以電流表的讀數(shù)I為縱軸，根據(jù)實驗得出的多組數(shù)據(jù)描繪出小燈泡的伏安特性曲線，如圖所示。由圖可知：隨著電壓的增大，小燈泡的電阻_(選填“增大”或“減小”)，其發(fā)生變化的原因_。(3)如果將這個小燈泡接到電動勢為1.5 V，內(nèi)阻為5 的電源兩端，電路接通后小燈泡兩端的電壓是_V。解析：(1)由題意得，本實驗要求從電壓表讀數(shù)為零開始測量，故滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法；由于小燈泡電阻較小，因此應(yīng)采用電流表外接法，故選擇B電路。(2)IU圖像中任一點與原點連線的斜率表示電阻的倒數(shù)，由題圖線可知，隨著電壓的增大，小燈泡的電阻增大，原因是燈絲電阻隨溫度的升高而增大。(3)作出電源的伏安特性曲線，如圖所示，由圖可知，小燈泡兩端的電壓約為0.7 V。答案：(1)B(2)增大燈絲的電阻隨溫度升高而增大(3)0.74(2019宜興高三調(diào)研)某學(xué)習(xí)小組欲描繪小燈泡(“3 V，1.5 W”)的UI圖線，可選用的實驗器材如下：A電池組：電動勢約為4.5 V，內(nèi)阻可不計；B雙量程的電壓表：V1：量程3 V，內(nèi)阻約為3 k；V2：量程15 V，內(nèi)阻約為15 k；C雙量程的電流表：A1：量程0.6 A，內(nèi)阻約為1 ； A2：量程3 A，內(nèi)阻約為0.1 ；D滑動變阻器R：阻值范圍010 ，允許通過的最大電流為2 A；E開關(guān)S，導(dǎo)線若干。在盡量提高測量精度的情況下，請回答下列問題：(1)根據(jù)以上器材，用筆畫線代替導(dǎo)線將實物圖1連接成完整電路。(2)閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片應(yīng)移到_(選填“A”或“B”)端。(3)調(diào)節(jié)滑動變阻器得到電壓、電流數(shù)據(jù)如表所示，請在圖2所示的坐標(biāo)紙上畫出小燈泡的UI圖線。組數(shù)1234567U/V00.280.580.921.502.003.00I/A00.100.200.300.400.450.49(4)根據(jù)UI圖線可得小燈泡在常溫下的電阻約為_(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。解析：(1)本實驗應(yīng)采用滑動變阻器分壓接法以獲得多組數(shù)據(jù)，同時由于小燈泡內(nèi)阻較小，應(yīng)采用電流表外接法以減小誤差；故連線如圖甲所示。(2)由圖甲可知測量電路與滑動變阻器的左側(cè)并聯(lián)，為了讓小燈泡兩端的電壓值從零開始調(diào)節(jié)，開始時滑片應(yīng)移到A端。(3)根據(jù)描點法可得出對應(yīng)的UI圖線如圖乙所示。(4)在圖乙中作出UI圖線過原點的切線，如圖丙所示；小燈泡在常溫下的電阻即UI圖線過原點的切線的斜率；故R 2.3 。答案：(1)見解析圖甲(2)A(3)見解析圖乙(4)2.3(2.22.4均可)要充分發(fā)掘圖像的“潛能”進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如在同一個UI 或IU坐標(biāo)系內(nèi)畫小燈泡和電源的圖線，交點即表示把小燈泡直接連在電源兩端的工作狀態(tài)，從而得到小燈泡的電壓、電流、功率，以及電流的內(nèi)部功率等。 例1(2018全國卷)某實驗小組利用如圖(a)所示的電路探究在25 80 范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性。所用器材有：置于溫控室(圖中虛線區(qū)域)中的熱敏電阻RT，其標(biāo)稱值(25 時的阻值)為900.0 ；電源E(6 V，內(nèi)阻可忽略)；電壓表(量程150 mV)；定值電阻R0(阻值20.0 )，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 )；電阻箱R2(阻值范圍0999.9 )；單刀開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2。實驗時，先按圖(a)連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0 。將S2與1端接通，閉合S1，調(diào)節(jié)R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值U0；保持R1的滑片位置不變，將R2置于最大值，將S2與2端接通，調(diào)節(jié)R2，使電壓表讀數(shù)仍為U0；斷開S1，記下此時R2的讀數(shù)。逐步降低溫控室的溫度t，得到相應(yīng)溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0 。實驗得到的R2t數(shù)據(jù)見下表。t/25.030.040.050.060.070.080.0R2/900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列問題：(1)在閉合S1前，圖(a)中R1的滑片應(yīng)移動到_(填“a”或“b”)端。(2)在圖(b)的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點，并作出R2t曲線。(3)由圖(b)可得到RT在25 80 范圍內(nèi)的溫度特性。當(dāng)t44.0 時，可得RT_。(4)將RT握于手心，手心溫度下R2的相應(yīng)讀數(shù)如圖(c)所示，該讀數(shù)為_，則手心溫度為_。 三步化“新”為“熟”1本題實驗?zāi)康氖翘骄繜崦綦娮璧臏囟忍匦?，和探究小燈泡的伏安特性有很多相似之處?實驗中使用了替代法，能準(zhǔn)確地確定熱敏電阻在不同溫度下的阻值。3本實驗用R2t圖像表達(dá)熱敏電阻的溫度特點，采用描點法畫出圖像，并應(yīng)用圖像分析有關(guān)問題。解析(1)閉合開關(guān)S1前，應(yīng)讓滑片移動到b端，使滑動變阻器連入電路的阻值最大。(2)把t60 和t70 對應(yīng)的兩組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫點，然后用平滑的曲線畫出R2t曲線，使盡可能多的點位于曲線上，如圖所示。(3)由圖像可知t44.0 時，電阻的阻值約為450 。(4)由題圖(c)可得電阻箱阻值為620.0 ，由圖像可得溫度約為33.0 。答案(1)b(2)見解析圖(3)450(4)620.033.0例2某實驗小組要探究一小燈泡的電壓與電流的關(guān)系，并研究小燈泡在不同電壓下的實際功率，實驗電路如圖甲所示。(1)閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)在_(選填“a”或“b”)端。(2)閉合開關(guān)，把滑片P向一端移動過程中，發(fā)現(xiàn)電流表與電壓表均有明顯讀數(shù)且讀數(shù)幾乎不變，則電路中出現(xiàn)故障的元件可能是_(選填“A”或“B”)。A小燈泡B滑動變阻器(3)該小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪出小燈泡的UI圖線如圖乙所示，可判定在圖丙中小燈泡的功率P與加在小燈泡兩端電壓的平方U2的圖線正確的是_(選填“1”“2”或“3”)。(4)某同學(xué)將兩個完全相同的這種小燈泡并聯(lián)接在電源兩端，已知電源的電動勢E3 V、內(nèi)阻r2 ，則此時每個小燈泡的實際功率為_W(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 三步化“新”為“熟”1本題實驗?zāi)康氖茄芯啃襞莸腢I圖線及實際功率，和探究小燈泡的伏安特性曲線的實驗基本相同。2根據(jù)P，由于小燈泡電阻隨溫度的升高而增大，PU2 圖線的斜率應(yīng)逐漸變小。3根據(jù)電源的UI圖線和小燈泡UI圖線的交點坐標(biāo)，可確定小燈泡接在電源上的實際功率。解析(1)閉合開關(guān)前，滑片P應(yīng)置于a端，使測量電路電流、電壓均為零。(2)電流表與電壓表均有明顯讀數(shù)且讀數(shù)幾乎不變，說明測量電路導(dǎo)通，控制電路中的滑動變阻器沒有起作用，故電路中出現(xiàn)故障的元件可能是滑動變阻器。(3)由題圖乙可得，隨著小燈泡兩端電壓的增大，小燈泡的電阻增大，由P得，則P隨U2的變化變緩，題圖丙中正確的圖線為3。(4)設(shè)小燈泡兩端的電壓為U，流過每個小燈泡的電流為I，則EU2Ir，得U34I，在題圖乙中畫出電源的UI圖線如圖所示，交點坐標(biāo)U2.20 V，I0.200 A，所以每個小燈泡消耗的電功率為PUI0.44 W。答案(1)a(2)B(3)3(4)0.44(0.430.45均可) 創(chuàng)新角度歸納實驗情境的創(chuàng)新除研究小燈泡伏安特性曲線，還可研究日常生活中的材料或元件的伏安特性曲線器材的改進(jìn)或替換在沒有合適的電壓表、電流表的情況下可以先改裝，再使用，如：(1)擴(kuò)大電壓表量程：(2)擴(kuò)大電流表量程：實驗原理的創(chuàng)新根據(jù)畫出的圖像，不僅可以分析元件的伏安特性，還可分析電阻、電阻率的變化、計算小燈泡實際功率等