2019年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)09 描繪小電珠的伏安特性曲線學(xué)案 新人教版

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1、實(shí)驗(yàn)9　描繪小電珠的伏安特性曲線 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 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(shí)驗(yàn)原理 1．測(cè)多組小電珠的U、I的值，并繪出I-U圖象． 2．由圖線的斜率反映電流與電壓和溫度的關(guān)系． 三、實(shí)驗(yàn)器材 學(xué)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(dòng)變阻器、開關(guān)、坐標(biāo)紙、導(dǎo)線若干． 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．確定電流表、電壓表的量程，采用電流表外接法，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，按實(shí)驗(yàn)原理圖連接好實(shí)驗(yàn)電路． 2．把滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)節(jié)到圖中最左端，接線經(jīng)檢查無誤后，閉合開關(guān)S. 3．移動(dòng)滑動(dòng)變阻

2、器滑片位置，測(cè)出12組左右不同的電壓值U和電流值I，并將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表格中，斷開開關(guān)S. U(V) 0 0. 2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 I(A) U(V) 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0 I(A) 4.拆除電路，整理儀器． (2018·銀川月考)小燈泡燈絲的電阻會(huì)隨溫度的升高而變大．某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，用實(shí)驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù)(I和U分別表示小燈泡上的電流和電壓)．實(shí)驗(yàn)時(shí)用到的器材有：電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器(變化范圍0～10 Ω)、電源、小燈泡、電鍵、導(dǎo)線

3、若干. I/A 0.12 0.21 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50 U/V 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 (1)在虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．要求盡量減少實(shí)驗(yàn)誤差． (2)在方格圖中畫出小燈泡的U-I曲線． 解析：(1)要研究小燈泡的伏安特性曲線，需要電壓從零開始，所以采用滑動(dòng)變阻器的分壓接法，因?yàn)樾襞莸碾娮韬碗娏鞅淼膬?nèi)阻相接近，所以采用電流表的外接法，如圖所示． (2)將測(cè)得的數(shù)據(jù)在圖象上用描點(diǎn)法描出來，然后用平滑的曲

4、線連接． 答案：(1)圖見解析　(2)圖見解析 一、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(duì)應(yīng)的點(diǎn)(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(gè)坐標(biāo)紙為宜)． 3．將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，就得到小電珠的伏安特性曲線． 二、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(duì)電路的影響會(huì)帶來誤差． 2．電流表、電壓表的讀數(shù)帶來誤差． 3．在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來操作誤差． 三、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

5、分壓式連接 本實(shí)驗(yàn)要作出U-I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)元件不被燒毀，開關(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其額定電壓． (2017·全國卷Ⅰ)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(量程3 V，內(nèi)阻3 kΩ)；電流表(量程0.5 A，內(nèi)阻0.5 Ω)；固定電阻R0(阻值1 000 Ω)；滑動(dòng)變阻器R(阻值0～9.0 Ω)；電源E(電動(dòng)勢(shì)5 V，內(nèi)阻不計(jì))；開關(guān)S；導(dǎo)線若干． (1)實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0～3.8 V的范圍

6、內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量，畫出實(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(a)所示．由實(shí)驗(yàn)曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻________(填“增大”“不變”或“減小”)，燈絲的電阻率________(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 Ω)和題給器材連接成圖(b)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．閉合開關(guān)S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為________W，最大功率為________W.(結(jié)果均保留兩位小數(shù)) 解析：(1)小燈泡的電壓要求從0開始調(diào)節(jié)，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，小燈泡

7、的額定電壓超出電壓表的量程，需與R0串聯(lián)后接入電路．電路圖如圖所示． (2)I-U圖象中隨著電流的增大，圖線的斜率變小，小燈泡的電阻增大．根據(jù)電阻定律R＝ρ，得燈絲的電阻率增大． (3)當(dāng)R＝0時(shí)，電源路端電壓與電流的關(guān)系圖象如圖線甲所示．此時(shí)小燈泡功率有最大值． 當(dāng)R＝9 Ω時(shí)，將R看作電源內(nèi)阻，則等效電源內(nèi)阻為10 Ω，其路端電壓與電流的關(guān)系圖象如圖線乙所示．此時(shí)小燈泡功率有最小值． 取圖線甲與小燈泡伏安特性曲線交點(diǎn)： U1＝3.66 V，I1＝0.319 A， 小燈泡的最大功率P1＝U1I1≈1.17 W. 取圖線乙與小燈泡伏安特性曲線交點(diǎn)： U2＝1.77 V，I2＝0

8、.222 A， 小燈泡的最小功率P2＝U2I2≈0.39 W. 答案：(1)實(shí)驗(yàn)電路原理如圖所示． (2)增大　增大　(3)0.39　1.17 以本實(shí)驗(yàn)為背景，通過改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開放性、探究性等特點(diǎn)． 1．以實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方法為基礎(chǔ)，探究小燈泡功率與電壓的關(guān)系． 2．實(shí)驗(yàn)對(duì)象的變遷 3．?dāng)?shù)據(jù)處理方式的改進(jìn) 采用“DIS”數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理． (2015·廣東卷)某實(shí)驗(yàn)小組研究兩個(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 kΩ)、電流表(內(nèi)阻約為1 Ω)、定值電阻等．

9、 (1)使用多用電表粗測(cè)元件X的電阻．選擇“×1”歐姆擋測(cè)量，示數(shù)如圖(a)所示，讀數(shù)為________Ω.據(jù)此應(yīng)選擇圖中的________(填“b”或“c”)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________(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)實(shí)驗(yàn)． (3)圖(c)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的U-I圖線，由圖可判斷元件________(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R＝21 Ω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(d)所示．閉合S

10、1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00 V；斷開S2，讀數(shù)為1.00 V，可得E＝________V，r＝________Ω.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字，電壓表為理想電壓表)． 解析：(1)因倍率為“×1”，故指針?biāo)傅臄?shù)字即為讀數(shù)，為10 Ω；由于待測(cè)電阻的阻值比電壓表的內(nèi)阻小得多，故采用電流表外接的方式測(cè)量電阻，即選擇b. (2)滑動(dòng)變阻器的滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，由于加在待測(cè)電阻兩端的電壓逐漸增大，故電流表的示數(shù)也逐漸增大． (3)由圖(a)知，元件X的電流與電壓成正比，故為線性元件；而元件Y的電流與電壓不成正比，故Y是非線性元件． (4)由圖可知，線性元件的電阻為RX＝ Ω＝10 Ω，若S1、S2都閉合，則電阻R被短路，電路中的電流I＝＝ A＝0.3 A，由閉合電路的歐姆定律得E＝U＋I(xiàn)r，斷開S2后，電流I′＝＝ A＝0.1 A，故E＝U′＋I(xiàn)′(R＋r)，兩式聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得：E＝3.2 V，r＝0.50 Ω. 答案：(1)10　b　(2)增大　(3)Y　(4)3.2　0.50 6