2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)增分 專(zhuān)題9 描繪小電珠的伏安特性曲線學(xué)案

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1、實(shí)驗(yàn)九描繪小電珠的伏安特性曲線考綱要求考情分析命題趨勢(shì)描繪小電珠的伏安特性曲線2017全國(guó)卷，232016天津卷，9(3)高考對(duì)本實(shí)驗(yàn)的考查主要側(cè)重于以下四個(gè)方面：1.伏安法測(cè)電阻電路連接形式(電流表內(nèi)接、外接)的確定：2.控制電路的確定(分壓式)，3.實(shí)驗(yàn)儀器的選擇；4.實(shí)驗(yàn)原理的理解及其創(chuàng)新(注意結(jié)合電源的UI圖線考查工作點(diǎn)問(wèn)題)知識(shí)梳理夯實(shí)基礎(chǔ)一、實(shí)驗(yàn)流程二、注意事項(xiàng)1電流表外接法本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)小電珠燈絲的電阻值較小因此測(cè)量電路必須采用電流表外接法2滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式連接本實(shí)驗(yàn)要做出UI圖象，要求測(cè)出一組包括零在內(nèi)的電流、電壓值，故控制電路必須采用分壓接法3保護(hù)元件安全為保護(hù)元件不被燒

2、毀，開(kāi)關(guān)閉合前變阻器滑片應(yīng)位于圖中的a端加在小電珠兩端的電壓不要超過(guò)其額定電壓三、誤差分析1由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無(wú)窮大，對(duì)電路的影響會(huì)帶來(lái)誤差，電流表外接，由于電壓表的分流，使測(cè)得的電流值大于真實(shí)值2測(cè)量時(shí)讀數(shù)帶來(lái)誤差3在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來(lái)誤差核心考點(diǎn)分層突破考點(diǎn)1電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)原理例1(2017全國(guó)卷)某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性所使用的器材有：小燈泡L(額定電壓3.8 V，額定電流0.32 A)；電壓表V(量程3 V，內(nèi)阻3 k)；電流表A(量程0.5 A，內(nèi)阻0.5 )；固定電阻R0(阻值1 000 )；滑動(dòng)變阻器R(阻值09.0 )；電源E(電動(dòng)勢(shì)5 V，內(nèi)阻不計(jì))；開(kāi)關(guān)

3、S；導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在03.8 V的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路原理圖(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得該小燈泡伏安特性曲線如圖甲所示由實(shí)驗(yàn)曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻_增大_，燈絲的電阻率_增大_.(均選填“增大”“不變”或“減小”)(3)用另一電源E0(電動(dòng)勢(shì)4 V，內(nèi)阻1.00 )和題給器材連接成圖乙所示的電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實(shí)際功率閉合開(kāi)關(guān)S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為_(kāi)0.39_W，最大功率為_(kāi)1.17_W.(結(jié)果均保留兩位小數(shù))解析(1)要實(shí)現(xiàn)在03.8 V的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量，則滑動(dòng)變阻器需要設(shè)計(jì)成分壓接法；電壓表V應(yīng)

4、與固定電阻R0串聯(lián)，將量程改為4 V由于小燈泡正常發(fā)光時(shí)電阻約為12 ，所以需將電流表外接(2)由小燈泡伏安特性曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻增大根據(jù)電阻定律可知，燈絲的電阻率增大(3) 當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值最大為9.0 時(shí)，流過(guò)小燈泡的電流最小，小燈泡的實(shí)際功率最小，把滑動(dòng)變阻器視為等效電源內(nèi)阻的一部分，在題圖甲中畫(huà)出等效電源E0(電動(dòng)勢(shì)4 V，內(nèi)阻1.00 9.0 10 )的伏安特性曲線，函數(shù)表達(dá)式為U410I(V)，圖線如圖中所示，故小燈泡的最小功率為PminU1I11.750.225 W0.39 W當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值最小為零時(shí)，流過(guò)小燈泡的電流最大，小燈泡的實(shí)際

5、功率最大，在題圖甲中畫(huà)出電源E0(電動(dòng)勢(shì)4 V，內(nèi)阻1.00 )的伏安特性曲線，函數(shù)表達(dá)為為U4I(V)，圖線如圖中所示，故小燈泡的最大功率為PmaxU2I23.680.318 W1.17 W.考點(diǎn)2數(shù)據(jù)處理和誤差分析例2某學(xué)習(xí)小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小實(shí)驗(yàn)器材如圖甲所示，現(xiàn)已完成部分導(dǎo)線的連接(1)實(shí)驗(yàn)要求滑動(dòng)變阻器的滑片從左到右移動(dòng)過(guò)程中，電流表的示數(shù)從零開(kāi)始逐漸增大，請(qǐng)按此要求用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線在圖甲實(shí)物接線圖中完成余下導(dǎo)線的連接；(2)某次測(cè)量，電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖乙所示，則電流表的示數(shù)為_(kāi)0.44_A；(3)該小組描繪出的伏安特性曲線如圖丙所示，根據(jù)圖線判斷，將_4_只相同

6、的小電珠并聯(lián)后，直接與電動(dòng)勢(shì)為3 V、內(nèi)阻為1 的電源組成閉合回路，可使小電珠的總功率最大，其總功率的值約為_(kāi)2.25_W.(結(jié)果保留兩位小數(shù))解析(1)連線如圖所示(2)由圖知電流表量程為0.6 A，所以讀數(shù)為0.44 A；(3)電源內(nèi)阻為1 .所以當(dāng)外電路總電阻等于電源內(nèi)阻時(shí)，電源的輸出功率最大，即小電珠的總功率最大，此時(shí)外電路電壓等于內(nèi)電壓等于1.5 V由圖丙知當(dāng)小電珠電壓等于1.5 V時(shí)電流約為0.38 A，此時(shí)電阻約為R3.95 4 ，并聯(lián)后的總電阻為1 ，所以需要4個(gè)小電珠并聯(lián)，小電珠消耗的總功率為P W2.25 W.考點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)之處主要集中在三點(diǎn)：1數(shù)據(jù)處

7、理方式的改進(jìn)：采取“DIS”數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理2被測(cè)元件的變更：探究其他元件的伏安特性3實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖兏喝缣骄吭碾娮桦S溫度變化的規(guī)律例3某實(shí)驗(yàn)小組研究?jī)蓚€(gè)未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括電壓表(內(nèi)阻約為3 k)、電流表(內(nèi)阻約為1 )、定值電阻等(1)使用多用電表測(cè)元件X的電阻選擇“1”歐姆檔測(cè)量，示數(shù)如圖甲所示，讀數(shù)為_(kāi)10_.據(jù)此應(yīng)選擇圖中的_乙_(選填“乙”或“丙”)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(2)連接所選電路，閉合S；滑動(dòng)變阻器的滑片P從左向右滑動(dòng)，電流表的示數(shù)逐漸_增大_；(選填“增大”或“減小”)依次記錄電流及相應(yīng)的電壓；將元件X換成元件Y，重復(fù)試驗(yàn)(3)圖丁是根據(jù)實(shí)驗(yàn)

8、數(shù)據(jù)作出的UI圖線由圖可判斷元件_Y_(選填“X”或“Y”)是非線性元件(4)該小組還借助X和Y中的線性元件和阻值R21 的定值電阻，測(cè)量待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r.電路如圖戍所示閉合S1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00 V；斷開(kāi)S2，讀數(shù)為1.00 V，利用圖丁可算得E_3.2_V，r_0.50_.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字，視電壓表為理想電壓表)解析(1)歐姆表的讀數(shù)R示數(shù)倍率，得R10 ；根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路產(chǎn)生誤差的原因知應(yīng)選用電流表外接，故選擇乙電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(2)滑動(dòng)變阻器的滑片P從左向右滑動(dòng)，R左增大，待測(cè)電阻兩端的電壓增大，所以電流表的示數(shù)增大(3)根據(jù)伏安特性曲線知，X為線性元件，Y為非線性

9、元件，且RX10 .(4)由閉合電路歐姆定律S1、S2均閉合，有U1RX，S1閉合，S2斷開(kāi)，有U2RX，解以上兩式得r0.50 ，E3.2 V.對(duì)應(yīng)演練遷移運(yùn)用1為了測(cè)量一個(gè)“12 V5 W”的小電珠在不同電壓下的功率，給定了以下器材電源：12V，內(nèi)阻不計(jì)；電流表：00.6A,03A，內(nèi)阻可忽略；電壓表：03 V,015 V，內(nèi)阻很大；滑動(dòng)變阻器：阻值范圍020 ，允許最大電流1 A；開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干實(shí)驗(yàn)時(shí)要求加在電阻兩端的電壓可從0調(diào)到12 V.(1)將圖甲中的實(shí)物圖連接完整(2)某位同學(xué)測(cè)得小電珠的伏安特性曲線如圖乙所示，某次測(cè)量時(shí)，小電珠電流大小為0.40 A，則此時(shí)加在它兩端的電壓

10、為_(kāi)6.0_V，此時(shí)小電珠的實(shí)際功率為_(kāi)2.4_W.解析(1)由于要求電壓從0開(kāi)始調(diào)節(jié)，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法又因電流表內(nèi)阻可忽略電壓表內(nèi)阻很大，則電流表采用內(nèi)接法、外接法均可以，實(shí)物連接如圖(2)由IU圖線得，當(dāng)I0.40 A時(shí)，U6.0 V，故小電珠的實(shí)際功率為PIU2.4 W.2圖甲是小紅同學(xué)在做“描繪小電珠的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物連接圖(1)根據(jù)圖甲畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖；(2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得到了兩組電流表()與電壓表()的示數(shù)如圖乙中的、所示，電流表量程為0.6 A，電壓表量程為3 V所示讀數(shù)為_(kāi)0.10_A_、_0.24_A_、_2.00_V_、_0.27_V_.兩組數(shù)據(jù)得到的電

11、阻分別為_(kāi)2.7(0.1)_和_8.3(0.1)_.解析(1)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示(2)電流表量程為0.6 A，每一小格代表0.02 A，讀數(shù)時(shí)估讀到精度的本位即可；電壓表量程為3 V，每一小格代表0.1 V，讀數(shù)時(shí)估讀到精度的下一位讀數(shù)分別為0.10 A、0.24 A、2.00 V、0.27 V，應(yīng)用R求電阻時(shí)，電流為0.10 A時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓為0.27 V；電流為0.24 A時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓為2.00 V，求得的兩組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的電阻分別為2.7 和8.3 .3(2018陜西部分學(xué)校摸底檢測(cè))某同學(xué)利用如下實(shí)驗(yàn)器材“研究小燈泡的伏安特性曲線”：電源(電動(dòng)勢(shì)3 V，內(nèi)阻可忽略不計(jì))、滑動(dòng)變阻器(最大阻值

12、10 )、電壓表、電流表、開(kāi)關(guān)、小燈泡、導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中某次實(shí)驗(yàn)時(shí)電壓表、電流表的指針如圖甲所示，則電壓表讀數(shù)為_(kāi)1.20_V，電流表讀數(shù)為_(kāi)0.40_A甲(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)作出小燈泡的UI圖象如圖乙所示，則可知小燈泡的電阻隨電壓增大而_增大_.(選填“增大”“減小”或“不變”)(3)用鉛筆在圖丙中把缺少的導(dǎo)線補(bǔ)全，連接實(shí)驗(yàn)電路(4)若正確連線后，合上開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，小燈泡不能完全熄滅，其他完全正常，則可判斷是導(dǎo)線_EN_(選填接線柱字母，如“GH”)發(fā)生斷路；此時(shí)的電路中，小燈泡可能獲得的最小功率是_0.13(0.120.14均可)_W.(保留兩位有效數(shù)字)乙丙解析

13、(1)電壓表示數(shù)為12.00.1 V1.20 V，電流表示數(shù)為200.02 A0.40 A(2)根據(jù)題圖乙可知，隨著電壓升高，小燈泡的電阻增大(3)研究小燈泡的伏安特性曲線，電壓應(yīng)從零開(kāi)始，因而滑動(dòng)變阻器采用分壓接法小燈泡電阻較小，電流表采用外接法實(shí)物圖連接見(jiàn)答圖甲(4)正確連線后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，小燈泡不能完全熄滅，則可能是導(dǎo)線EN斷路EN導(dǎo)線斷路后，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值全部連入電路，電流最小，小燈泡的功率最小此時(shí)把滑動(dòng)變阻器的阻值作為電源內(nèi)阻，在小燈泡的UI圖線中畫(huà)出等效電源的UI圖線，兩圖線的交點(diǎn)即為小燈泡功率最小時(shí)的工作狀態(tài)點(diǎn)(如答圖乙)，由圖線可知P0.260.50 W0.13

14、W.4(2017廣東惠州調(diào)研)測(cè)繪一個(gè)標(biāo)有“3 V0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V并便于操作已選用的器材有：電池組(電動(dòng)勢(shì)為4.5 V，內(nèi)阻約1 )；電流表(量程為0250 mA，內(nèi)阻約5 )；電壓表(量程為03 V，內(nèi)阻約3 k)；電鍵一個(gè)、導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選下列中的_A_.(選填字母代號(hào))A滑動(dòng)變阻器(最大阻值20 ，額定電流1 A)B滑動(dòng)變阻器(最大阻值1 750 ，額定電流0.3 A)(2)實(shí)驗(yàn)的電路圖應(yīng)選用下列的圖_B_.(選填字母代號(hào))(3)實(shí)驗(yàn)得到小燈泡的伏安特性曲線如圖所示如果將這個(gè)小燈泡接到電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，內(nèi)阻為5 的電源兩端，小燈泡消耗的功率是_0.1_W.解析(1)描繪小燈泡伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)要求電壓調(diào)節(jié)范圍大，因此滑動(dòng)變阻器采用分壓式，為使調(diào)節(jié)過(guò)程中電壓變化盡可能均勻，選用最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器A(2)由于小燈泡的電阻比較小，因此電流表采用外接法，選用B圖(3)畫(huà)出電源的伏安特性曲線，如圖所示，兩個(gè)圖線的交點(diǎn)即為小燈泡接在電源兩端時(shí)小燈泡中的電流與小燈泡兩端的電壓，U1.0 V，I0.10 A，因此小燈泡消耗的功率為PUI0.1 W.9