（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）

（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(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、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)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?？挤ㄒ粚嶒炘砗筒僮?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準電阻使用解析：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，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 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。已選用的器材除導線、開關外，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)某學習小組欲描繪小燈泡(“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”進行數(shù)據(jù)處理，如在同一個U­I 或I­U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)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 ；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R2­t曲線。(3)由圖(b)可得到RT在25 80 范圍內(nèi)的溫度特性。當t44.0 時，可得RT_。(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_，則手心溫度為_。 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R2t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t60 和t70 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本題實驗目的是研究小燈泡的UI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，可確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EU2Ir，得U34I，在題圖乙中畫出電源的UI圖線如圖所示，交點坐標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