（通用版）2022年高考物理一輪復習 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）

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1、（通用版）2022年高考物理一輪復習 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） 一、實驗目的 1．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系，以及溫度的影響。 三、實驗器材 學生電源(4～6 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、坐標紙、導線若干。 謹記部分器材用途 滑動變阻器 改變小電珠電流、電壓，測出多組數(shù)據(jù) 坐標紙 在坐標紙上建立

2、坐標系、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S。 U(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 I(A) U(V) 1.4 1.8 2.2 2.6 3.0 3.4 3.8 I(A) 4.拆除電路，整理

3、儀器。 五、數(shù)據(jù)處理 1．在坐標紙上以U為橫軸，以I為縱軸，建立坐標系。 2．在坐標紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應的點(坐標系縱軸和橫軸的標度要適中，以使所描圖線充分占據(jù)整個坐標紙為宜)。 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)電流表應采用外接法：小電珠(3.8 V,0.3 A)的電阻很小，與0～0.6 A的電流表串聯(lián)時，電流表的分壓影響很大。

4、(2)滑動變阻器應采用分壓接法：目的是使小電珠兩端的電壓從零開始連續(xù)變化。 2．閉合開關前，滑動變阻器的滑片應移到使小電珠分得電壓為零的一端，使開關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U0＝1.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U＝1.0 V 左右繪點要密，防止出現(xiàn)較大誤差。 4．當小電珠的電壓接近額定值時要緩慢增加，達到額定值記錄I后馬上斷開開關。 5．誤差較大的點舍去，小電珠的伏安特性曲線應是平滑曲線而非折線。 考法一　實驗原理和操作 1．某同學做三種導電元件的導電性實驗，他根據(jù)所測量數(shù)據(jù)分

5、別繪制了三種元件的IU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準電阻使用 解析：選A　由題圖知，圖乙是線性元件的IU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IU圖像，不是偶然誤差大，故B錯誤；IU圖像上某點與坐標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，不能作為標準電阻使用，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，

6、已知小燈泡額定電壓為2.5 V。完成下列實驗步驟： (1)閉合開關前，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，______________________________________ ____________。 (2)閉合開關后，逐漸移動滑動變阻器的滑片，_________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)斷開開關。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

7、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．要描繪一個標有“3 V　0.8 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。已選用的器材除導線、開關外，還有： 電池組(電動勢為4.5 V，內(nèi)阻約1 Ω) 電流表(量程0.6 A，內(nèi)阻約為1 Ω) 電壓表(量程3 V，內(nèi)阻約為3 kΩ) 滑動變阻器(最大阻值20 Ω，額定電流1 A) (1)實驗電路應選用________(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

8、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 Ω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，故滑動變阻器應采用分壓接法；由于小燈泡電阻較小，因此應采用電流表外接法，故選

9、擇B電路。 (2)IU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)0.7 4．(2019·宜興高三調(diào)研)某學習小組欲描繪小燈泡(“3 V，1.5 W”)的UI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 kΩ； V2：量程15 V，內(nèi)阻約為15 kΩ； C．雙量程

10、的電流表： A1：量程0.6 A，內(nèi)阻約為1 Ω； A2：量程3 A，內(nèi)阻約為0.1 Ω； D．滑動變阻器R：阻值范圍0～10 Ω，允許通過的最大電流為2 A； E．開關S，導線若干。 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，用筆畫線代替導線將實物圖1連接成完整電路。 (2)閉合開關前，滑動變阻器的滑片應移到________(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所示的坐標紙上畫出小燈泡的UI圖線。 組數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0 0.28 0.58 0.92

11、 1.50 2.00 3.00 I/A 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.45 0.49 (4)根據(jù)UI圖線可得小燈泡在常溫下的電阻約為________Ω(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 解析：(1)本實驗應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)，開始時滑片應移到A端。 (3)根據(jù)描點法可得出對應的U-I圖線如圖乙所示。 　 (4)在圖乙中作出UI圖線過原點的切線，如圖丙所示；小燈泡在常溫下

12、的電阻即UI圖線過原點的切線的斜率；故R＝ Ω≈2.3 Ω。 答案：(1)見解析圖甲　(2)A　(3)見解析圖乙　(4)2.3(2.2～2.4均可) 要充分發(fā)掘圖像的“潛能”進行數(shù)據(jù)處理，如在同一個U-I 或I-U坐標系內(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Ⅰ)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，其標稱值(25 ℃時的阻值)為900.0 Ω；電源E(

13、6 V，內(nèi)阻可忽略)；電壓表(量程150 mV)；定值電阻R0(阻值20.0 Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)；電阻箱R2(阻值范圍0～999.9 Ω)；單刀開關S1，單刀雙擲開關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，得到相應溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0 ℃。實驗得到的R2-t數(shù)據(jù)見下表。 t/℃ 25.0

14、 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 回答下列問題： (1)在閉合S1前，圖(a)中R1的滑片應移動到________(填“a”或“b”)端。 (2)在圖(b)的坐標紙上補齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點，并作出R2-t曲線。 (3)由圖(b)可得到RT在25 ℃～80 ℃范圍內(nèi)的溫度特性。當t＝44.0 ℃時，可得RT＝________Ω。 (4)將RT握于手心，手心溫度下R2的相應讀數(shù)如圖(c)所示，該讀數(shù)為________Ω，則手心溫度為___

15、_____℃。 [三步化“新”為“熟”] 1．本題實驗目的是探究熱敏電阻的溫度特性，和探究小燈泡的伏安特性有很多相似之處。 2．實驗中使用了替代法，能準確地確定熱敏電阻在不同溫度下的阻值。 3．本實驗用R2t圖像表達熱敏電阻的溫度特點，采用描點法畫出圖像，并應用圖像分析有關問題。 [解析]　(1)閉合開關S1前，應讓滑片移動到b端，使滑動變阻器連入電路的阻值最大。 (2)把t＝60 ℃和t＝70 ℃對應的兩組數(shù)據(jù)在坐標紙上畫點，然后用平滑的曲線畫出R2-t曲線，使盡可能多的點位于曲線上，如圖所示。 (3)由圖像可知t＝44.0 ℃時，電阻的阻值約為450 Ω。 (4

16、)由題圖(c)可得電阻箱阻值為620.0 Ω，由圖像可得溫度約為33.0 ℃。 [答案]　(1)b　(2)見解析圖　(3)450　(4)620.0　33.0 [例2]　某實驗小組要探究一小燈泡的電壓與電流的關系，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)閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應在________(選填“a”或“b”)端。 (2)閉合開關，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

17、燈泡的UI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E＝3 V、內(nèi)阻r＝2 Ω，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．本題實驗目的是研究小燈泡的U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，PU2 圖線的斜率應逐漸變小。 3．根據(jù)電源的UI圖線和小燈泡UI圖線的交點坐標，可確

18、定小燈泡接在電源上的實際功率。 [解析]　(1)閉合開關前，滑片P應置于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)設小燈泡兩端的電壓為U，流過每個小燈泡的電流為I，則E＝U＋2Ir，得U＝3－4I，在題圖乙中畫出電源的UI圖線如圖所示，交點坐標U＝2.20 V，I＝0.200 A，所以每個小燈泡消耗的電功率為P＝UI＝0.44 W。 [答案]　(1)a　(2)B　(3)3　(4)0.44(0.43～0.45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)擴大電壓表量程： (2)擴大電流表量程： 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