2019-2020年高考物理大一轮复习 第七章 实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线高效演练.doc

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2019-2020年高考物理大一轮复习 第七章 实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线高效演练 一、实验目的 1．掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式． 2．掌握伏安特性曲线的描绘方法． 3．理解小电珠的伏安特性曲线为什么是曲线． 二、实验原理 用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组(U，I)值，在U－I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． 三、实验器材 小电珠“3.8 V,0.3 A”、电压表“0～3 V～15 V”、电流表“0～0.6 A～3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔． 四、实验步骤 1．画出电路图(如实验原理图所示)． 2．将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图所示的电路． 3．测量与记录 移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中． 4．数据处理 (1)在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系． (2)在坐标纸上描出各组数据所对应的点． (3)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线． 一、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较 电路图 负载R上电压 的调节范围 ≤U≤E 0≤U≤E 负载R上电流 的调节范围 ≤I≤ 0≤I≤ 二、两种接法的选择 1．限流式接法适合控制阻值较小的电阻的电压，分压式接法适合控制阻值较大的电阻的电压． 2．要求电压从0开始逐渐增大，采取分压式接法． 三、误差分析 1．电流表外接，由于电压表的分流，使电流表示数偏大． 2．测量时读数带来误差． 3．在坐标纸上描点、作图带来误差． 四、注意事项 1．本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法． 2．滑动变阻器应采用分压式接法，目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化． 3．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． 4．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压． 考点一　器材、电路的选择和数据分析 [学生用书P138] 　(xx高考天津卷)要测绘一个标有“3 V　0.6 W”小电珠的伏安特性曲线，电珠两端的电压需要由零逐渐增加到3 V，并便于操作．已选用的器材有： 电池组(电动势为4.5 V，内阻约1 Ω)； 电流表(量程为0～250 mA，内阻约5 Ω)； 电压表(量程为0～3 V，内阻约3 kΩ)； 电键一个、导线若干． (1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________(填字母代号)． A．滑动变阻器(最大阻值20 Ω， 额定电流1 A) B．滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A) (2)实验的电路图应选用下列的图________(填字母代号)． (3)实验得到小电珠的伏安特性曲线如图所示．如果将这个小电珠接到电动势为1.5 V，内阻为5 Ω的电源两端，小电珠消耗的功率是________W. [解析]　(1)测绘小电珠的伏安特性曲线，要求能较大范围地测量数据，所以控制电路部分应用分压式接法，滑动变阻器应用最大阻值小、额定电流大的A. (2)因为小电珠两端的电压由零逐渐增加到3 V，故滑动变阻器应采用分压接法．电珠的电阻R＝＝15 Ω，额定电流I＝＝0.2 A，由R＝15 Ω<＝ Ω，依据公式法“大内小外”的原则，可知电流表应采用外接法，故选B. (3)在电珠的I－U图上作出电源的I－U图线，交点坐标即为这个电源给这个电珠供电时的电压和电流，此时P电珠＝IU＝0.101.0 W＝0.1 W. [答案]　(1)A　(2)B　(3)0.1 考点二　对电路的连接和实验原理的考查 [学生用书P138] 　(xx云南统测)在做“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验时，所用电流表内阻约为几欧，电压表内阻约为十几千欧．实验中得到了多组数据，通过描点连线在I－U坐标系中得到了小电珠的伏安特性曲线如图甲所示． (1)在虚线框中画出实验电路原理图，并在图乙中用笔画线代替导线连接电路． (2)根据图甲所示，可确定小电珠的功率P与U2和P与I2的关系，下列示意图中合理的是________． (3)将被测小电珠与定值电阻R和电源串联成如图丙所示的电路．电源电动势为6.0 V，内阻为1.0 Ω.若电路中的电流为0.40 A，则定值电阻R所消耗的电功率为________W. [解析]　(1)由题图甲中伏安特性曲线可知，滑动变阻器采用的是分压式接法；由于小电珠电阻与电流表内阻相差不多，故电流表应采用外接法． (2)随着电压或电流的增大，小电珠的电阻增大，小电珠的电功率与电压或电流的关系分别为P＝或P＝I2R，所以P－U2图线上的点与原点连线的斜率(表示小电珠电阻的倒数)应不断减小，P－I2图线上的点与原点连线的斜率(表示小电珠的电阻)不断增大，D正确． (3)由小电珠的伏安特性曲线可知，电流I＝0.40 A时，小电珠两端电压UL＝4 V，由欧姆定律可知，内电压U′＝Ir＝0.4 V，由闭合电路欧姆定律可知定值电阻两端电压UR＝E－UL－U′＝1.6 V，所以定值电阻消耗的电功率P＝URI＝0.64 W. [答案]　(1)电路图、实物图如图所示　(2)D (3)0.64 [学生用书P139] 本实验的创新改进之处主要集中在两点： 1．数据处理方式的改进：采取“DIS”数字化实验系统进行数据的采集和处理． 2．被测元件的变更：探究其他元件的伏安特性，或其电阻随温度变化的规律． 　(xx石家庄模拟)为了探究某电阻Rt在不同温度下的阻值，某同学设计了如图甲所示的电路，其中A为内阻不计、量程为3 mA的电流表，E1为电动势为1.5 V、内阻约为1 Ω的电源，R1为滑动变阻器，R2为电阻箱，S为单刀双掷开关． (1)实验室中提供的滑动变阻器有两个：RA(0～150 Ω)，RB(0～500 Ω)，本实验中滑动变阻器R1应选用________(填“RA”或“RB”)． (2)完成下面实验步骤： ①调节温度，使Rt的温度达到t1； ②将S拨向接点1，调节________，使电流表的指针偏转到适当位置，记下此时电流表的读数I； ③将S拨向接点2，调节________，使电流表的读数仍为I，记下此时电阻箱的读数R0，则当温度为t1时，电阻Rt＝________； ④改变Rt的温度，重复步骤②③，即可测得电阻Rt的阻值随温度变化的规律． (3)现测得电阻Rt随温度t变化的图象如图乙所示．把该电阻与电动势为3.0 V、内阻不计的电源E2，量程为3.0 V的理想电压表V(图中未画出)和电阻箱R2连成如图丙所示的电路，用该电阻做测温探头，将电压表的电压刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“电阻温度计”．若要求电压表的读数必须随温度的升高而增大，则应在原理图丙中________(填“a、b”或“b、c”)两点接入电压表．如果电阻箱阻值R2＝75 Ω，则电压表刻度盘2.0 V处对应的温度数值为________℃. [解析]　(1)由电源的电动势为1.5 V，电流表量程为3 mA可知，达到满偏时，电路总电阻约为500 Ω，故滑动变阻器选择RB. (2)实验中选用替代法测量电阻，第二步中，先将S拨向接点1，调节滑动变阻器R1，记录电流表读数；然后将S拨向接点2，调节电阻箱R2，使电流表读数仍为I，此时电阻箱的读数即为待测电阻的阻值，即Rt＝R0. (3)由于电阻Rt随温度升高而增大，由闭合电路欧姆定律可知其两端电压也增大，所以电压表与之并联，即电压表接在b、c两点．根据题图乙中图象可得Rt＝(100＋t)Ω，由串联分压规律可得电压表示数为2.0 V时，Rt＝150 Ω，解得t＝50(℃)． [答案]　(1)RB　(2)②R1　③R2　R0　(3)b、c　50 [总结提升]　本实验虽是探究某电阻随温度变化的规律，但核心还是等效法测电阻，只要弄清测量方法和原理，结合其他电路知识就能解决，解决创新实验，考生克服恐惧心理很关键． [学生用书P139] 1.在描绘小电珠的伏安特性曲线时，采用如图所示电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表的示数变化而电压表的指针不动，下列原因可能的是(　　) A．小电珠中灯丝已烧断 B．滑片接触不良 C．小电珠内部短路 D．滑动变阻器A端接触不良 解析：选C.由题图知，移动滑片时，因电流表示数有变化，故和电流表串联的回路中不存在断点，故A错．若滑片接触不良，电路中不可能有电流，故B错．若滑动变阻器A端接触不良，滑片移动时电流表和电压表读数均变化，故D错．若小电珠内短路则小电珠两端电压为零，电压表指针不变，移动滑片时，只有电流表指针变化，故选C. 2．(xx合肥模拟)为了测量一个“12 V　5 W”的小电珠在不同电压下的功率，给定了以下器材： 电源：12 V，内阻不计； 电流表：0～0.6 A,0～3 A，内阻可忽略； 电压表：0～3 V,0～15 V，内阻很大； 滑动变阻器：阻值范围0～20 Ω，允许最大电流1 A； 开关一个，导线若干． 实验时要求加在电珠两端的电压可从0调到12 V. (1)将图甲中的实物图连接完整． (2)某位同学测得小电珠的伏安特性曲线如图乙所示，某次测量时，小电珠电流强度大小为0.40 A，则此时加在它两端的电压为________V，此时小电珠的实际功率为________W. 解析：(1)由于要求电压从0开始调节，故滑动变阻器应采用分压式接法．又因电流表内阻可忽略，则电流表采用内接法、外接法均可以，实物连接如图． (2)由I－U图线得，当I＝0.40 A时，U＝6.0 V，故小电珠的实际功率为P＝IU＝2.4 W. 答案：(1)见解析　(2)6.0　2.4 3．(xx济南模拟)有一个小电珠上标有“4 V　2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个小电珠的U－I图线，有下列器材可供选用： A．电压表(0～5 V，内阻10 kΩ) B．电压表(0～10 V，内阻20 kΩ) C．电流表(0～0.3 A，内阻1 Ω) D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω) E．滑动变阻器(5 Ω，10 A) F．滑动变阻器(500 Ω，0.2 A) (1)实验中电压表应选用________，电流表应选用________．(用序号字母表示) (2)为使实验误差尽量减小，要求电压从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用________(用序号字母表示)． (3)请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把图中所示的实验器材用实线连接成完整的实物电路图． 解析：(1)因小电珠的额定电压为4 V，为保证安全，选用的电压表量程应稍大于4 V，但不能大太多，量程太大则示数不准确，故只能选用0～5 V的电压表，故选A.由P＝UI得，电珠的额定电流I＝＝0.5 A，故应选择0～0.6 A量程的电流表，故选D. (2)由题意可知，电压从零开始变化，并要多测几组数据，故只能采用滑动变阻器分压接法，而分压接法中应选总阻值小的滑动变阻器，故选E. (3)电珠内阻R＝＝8 Ω，电压表内阻远大于电珠内阻，应采用电流表外接法，故电路图和实物连接图如图所示． 答案：(1)A　D　(2)E　(3)见解析 4．(xx唐山统考)某同学合理选用下列器材组成一个电路，同时对两个不同的热敏电阻RA、RB进行了测量，得到了两个热敏电阻的I－U关系曲线，如图所示． 在实验中，有以下器材供选择： A．量程为50 mA的电流表A1，内阻约10 Ω B．量程为0.6 A的电流表A2，内阻约0.05 Ω C．量程为3 V的电压表V1，内阻约10 kΩ D．量程为6 V的电压表V2，内阻约50 kΩ E．电动势为12 V、内阻不计的直流电源 F．滑动变阻器R1(50 Ω，0.6 A) G．滑动变阻器R2(10 Ω，0.02 A) H．单刀单掷开关一个、导线若干． (1)为了得到热敏电阻完整的I－U关系曲线，请选择合适的实验器材：________________________________________________________________________(填器材前的选项字母)． (2)请设计实验电路并把它画到方框中，标明相应的器材代号． (3)该同学将RA、RB串联起来，与电压恒为7 V的稳压电源连接，则此时热敏电阻RA和RB消耗的功率之比为________． 解析：(1)根据I－U关系曲线上的数据去选择实验器材． (2)测定I－U关系曲线．要求电压从零开始变化，故滑动变阻器采用分压式接法；由于热敏电阻的阻值比电压表的内阻小很多，所以电流表采用外接法． (3)由题图可知电流等大时RA∶RB＝2∶5，则可知RA和RB消耗的功率之比为2∶5. 答案：(1)ACDEFH　(2)电路如图所示　(3)2∶5 5．(xx广东汕头摸底)某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件，如图为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，现需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材： 器材(代号) 规格 电流表(A1) 量程0～50 mA，内阻约为50 Ω 电流表(A2) 量程0～200 mA，内阻约为10 Ω 电压表(V1) 量程0～3 V，内阻约为10 kΩ 电压表(V2) 量程0～15 V，内阻约为25 kΩ 滑动变阻器(R1) 阻值范围0～15 Ω，允许最大电流1 A 滑动变阻器(R2) 阻值范围0～1 kΩ，允许最大电流0.1 A 直流电源(E) 输出电压6 V，内阻不计 开关(S) 导线若干 (1)为提高实验结果的准确程度，电流表应选用________；电压表应选用________；为方便实验操作，滑动变阻器应选用________．(以上均填器材代号) (2)为达到上述目的，请在虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号． —— (3)实验发现测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？ 相同点：________________________________________________________________________. 不同点：________________________________________________________________________. 解析：由图线可知，电路最大电流大于50 mA，因此电流表选A2；电路最大电压为3 V，电压表选V1；滑动变阻器采用分压式接法，选阻值小的R1. 答案：(1)A2　V1　R1　(2)如图 (3)电阻随所加电压改变而改变　该元件电阻随电压升高而减小，小电珠电阻随电压升高而增大 6．某学习小组拟研究一个标有“3.6 V　1.8 W”的小电珠的伏安特性曲线，可供选用的器材如下： ①电流表A，量程0～0.6 A，内阻约为0.2 Ω； ②电压表V，量程0～15 V，内阻约为15 kΩ； ③滑动变阻器R，阻值范围0～10 Ω； ④学生电源E，电动势为4 V，内阻不计； ⑤开关S及导线若干． (1)该学习小组中的甲同学设计了如图甲所示的电路进行测量，请按照图甲所示的电路图帮甲同学将图乙中的实物图连接起来． (2)甲同学在实验中发现，由于电压表的量程较大而造成读数误差很大，因而影响了测量结果．于是又从实验室找来一量程为Ig＝100 μA、内阻Rg＝1 000 Ω的灵敏电流计，想把该灵敏电流计改装成量程为5 V的电压表，则需串联一个阻值为________ Ω的电阻． (3)甲同学用改装后的电压表进行实验，得到电流表读数I1和灵敏电流计读数I2如下表所示： I1(A) 0 0.19 0.30 0.37 0.43 0.46 0.48 0.49 I2(μA) 0 10 20 30 40 50 60 70 请在图丙中的坐标纸上画出I1－I2图线． 丙 丁 (4)若将该小电珠接在如图丁所示的电路中，则该小电珠消耗的电功率约为________W．已知电源的电动势为E＝3.0 V，内阻r＝1.5 Ω，定值电阻R0＝4.5 Ω.(结果保留两位有效数字) 解析：(1)如图所示 (2)设需要串联的电阻阻值为Rx，则有Ig(Rg＋Rx)＝5 V，代入数据可得Rx＝49 000 Ω. (4)将定值电阻R0看做该电源的电阻，则内阻r′＝6 Ω，由此可得路端电压U＝E－Ir′，在I1－I2图线所在坐标纸上作出该I－U图象如下图所示，可知其交点坐标表示的电流约为0.32 A，电压约为1.1 V，所以该灯泡消耗的功率约为P＝0.321.1 W≈0.35 W. 答案：(1)见解析图　(2)49 000　(3)如下图所示 (4)0.35