2021高考物理（新高考版）一轮复习教师用书：专题十考点3　实验：描绘小电珠的伏安特性曲线 WORD版含答案.docx

1、 考点3实验:描绘小电珠的伏安特性曲线 411考向1实验原理与数据处理1.2015浙江高考,22,10分图1是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图.(1)根据图1画出实验电路图.(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图2中的、所示,电流表量程为0.6 A,电压表量程为3 V.所示读数为:、.两组数据得到的电阻分别为和.必备知识:实验原理、电路图、电表的读数及数据处理等.关键能力:实验原理的理解能力,实验的电路图与实物图的辨析能力,电流表和电压表的读数能力,对数据的分析与处理能力.解题指导:根据实物图画实验电路图,要注意先画大闭合回路,再画小支路,电压表最后连;

2、由于小灯泡的电阻随温度的升高而增大,必须明确两组数据的对应关系,根据欧姆定律计算出对应的灯泡电阻值.考向2实验方法的拓展与迁移2.2019浙江4月选考,18,5分小明想测额定电压为2.5 V的小灯泡在不同电压下的电功率,设计了如图1所示的电路.图1图2(1)在实验过程中,调节滑片P,电压表和电流表均有示数但总是调不到零,其原因是的导线没有连接好(图中用数字标记的小圆点表示接线点,空格中请填写图中的数字,如“7点至8点”);(2)正确连好电路,闭合开关,调节滑片P,当电压表的示数达到额定电压时,电流表的指针如图2所示,则电流为A,此时小灯泡的功率为W;(3)做完实验后,小明发现在实验报告上漏写了

3、电压为1.00 V时通过小灯泡的电流,但在草稿纸上记录了下列数据,你认为最有可能的是.A.0.08 AB.0.12 AC.0.20 A必备知识:电路故障分析、电流表的读数、小灯泡电功率的计算及实验数据的分析与处理等.关键能力:通过对现象的分析,判断电路故障原因的能力,数学计算能力.解题指导:导线没有连接好,即为断路,通过分析,明确电路断路会引起电流表不能调零的现象;根据P=UI计算额定功率;由于电压U实=1.00 V,比额定电压小,故对应的电阻值也应小于额定电压下对应的电阻值,再运用I=UR即可判断电流I的可能值.考法1 实验原理与方法1有一个额定电压为2.8 V、功率约为0.8 W的小灯泡,

4、现要用伏安法描绘这个小灯泡的I-U图线,有下列器材供选用:A.电压表(03 V,内阻约6 k)B.电压表(015 V,内阻约30 k)C.电流表(03 A,内阻约0.1 )D.电流表(00.6 A,内阻约0.5 )E.滑动变阻器(010 ,2 A)F.滑动变阻器(0200 ,0.5 A)G.蓄电池(电动势3 V,内阻不计)(1)某同学误将电流表和电压表接成如图甲所示的电路,其他部分连接正确,接通电源后,小灯泡的发光情况是(填“亮”或“不亮”).要求小灯泡两端的电压从零开始增大,应选择图乙中的(填“a”或“b”)电路.(2)用正确的电路进行测量,电压表应选用,电流表应选用.(用序号字母表示)(3

5、)滑动变阻器应选用(用序号字母表示).(4)通过实验测得此小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示,由图线可求得此小灯泡在正常工作时的电阻为.(5)若将此小灯泡与电动势为6 V、内阻不计的电源相连,要使小灯泡正常发光,需串联一个阻值为的电阻(结果保留3位有效数字).(1)由图甲可知,电压表串联在电路中,电路中的电阻很大,小灯泡不亮;要使小灯泡两端的电压从零开始调节,滑动变阻器应采用分压接法,故电路图应选择b.(2)小灯泡的额定电压为2.8 V,故电压表的量程应略大于2.8 V,则电压表应选A;由P=UI得,额定电流I=PU=0.8W2.8V0.29 A,故电流表应选D.(3)本实验中滑动变阻器采用分压接

6、法,为了方便调节,滑动变阻器选最大阻值较小的,故应选E.(4)由图丙可知,当电压为2.8 V时,电流为0.28 A,则电阻R=UI=10 .(5)要使小灯泡串联在6 V的电源上正常工作,则与它串联的电阻所分电压为6 V-2.8 V=3.2 V,串联的电阻R=3.2V0.28A11.4 .(1)不亮b(2)AD(3)E(4)10(5)11.4要点解读1.描绘小灯泡伏安特性曲线往往要求对小灯泡两端电压或通过它的电流调节范围尽量大,一般要求从零开始调节,因此,滑动变阻器往往采用分压接法.2.在分压接法中,为保证安全和方便操作,滑动变阻器往往选择总阻值较小的、额定电流较大的,因此本实验滑动变阻器选择E

7、.1.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,需要测量一个规格为“2.5 V0.5 A”的小灯泡两端的电压和通过它的电流.现有如下器材:A.直流电源(电动势3.0 V,内阻不计)B.电流表(量程3 A,内阻约0.1 )C.电流表(量程600 mA,内阻约2 )D.电压表(量程3 V,内阻约3 k)E.电压表(量程15 V,内阻约15 k)F.滑动变阻器R(最大阻值10 ,额定电流1 A)G.开关S及导线若干(1)实验中,电流表应选择;电压表应选择.(填所选器材前的字母)(2)为了尽可能地减小实验误差,请根据正确选择的器材设计电路并在虚线框中画出该电路图.(3)在正确操作的情况下,某同学根据实验

8、所得的数据画出该小灯泡的伏安特性曲线如图所示.实验中,若把该小灯泡和一个阻值为9 的定值电阻串联在电动势为3 V、内阻为1 的直流电源上,则小灯泡此时的电阻为.(结果保留2位有效数字)考法2 实验数据处理与误差分析2小华和小明在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中,将实验数据记录在下表中:电压U/V0.000.200.400.701.001.301.702.102.50电流I/A0.000.140.240.260.370.400.430.450.46(1)实验室有两种滑动变阻器供选择:A.滑动变阻器(阻值范围010 、额定电流3 A)B.滑动变阻器(阻值范围02 000 、额定电流1 A)实验中

9、选择的滑动变阻器是.(填写字母序号)(2)在图甲中用笔画线代替导线,将实验电路连接完整.(3)开关闭合前,滑动变阻器的滑片应滑至最(填“左”或“右”)端.(4)利用表中数据,在图乙中画出小灯泡的U-I图线.(5)他们在U-I图象上找到小灯泡工作电压为2.00 V时的坐标点,计算此状态小灯泡的电阻值时,小明提出用图象上该点曲线斜率表示小灯泡的阻值;小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值.你认为(填“小华”或“小明”)的方法正确.图(a)(1)灯泡的电阻在几欧左右,为了便于测量,滑动变阻器选择010 的,即选A.(2)由于灯泡的电压和电流从零开始测起,故滑动变阻器采用分压式接法;电流表采

10、用外接法.实物连线图如图(a)所示.(3)为了保护测量电路,开关闭合前,滑动变阻器的滑片应滑至最左端.(4)小灯泡的U-I图线如图(b)所示.图(b)(5)根据欧姆定律知,R=UI,电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率,故小华的方法正确.(1)A(2)如图(a)所示(3)左(4)如图(b)所示 (5)小华2. 要描绘某电学元件(最大电流不超过6 mA,最大电压不超过7 V)的伏安特性曲线,设计如图1所示的电路图.图1中定值电阻R为1 k,用于限流;电流表量程为010 mA,内阻约为5 ;电压表(未画出)量程为010 V,内阻约为10 k;电源电动势E为12 V,内阻不计.图1 (1)实验时有两

11、个滑动变阻器可供选择:阻值0200 ,额定电流0.3 A阻值020 ,额定电流0.5 A本实验应选用的滑动变阻器是(填“” 或“”).(2)正确接线后,测得数据如表所示:12345678910U/V0.003.006.006.166.286.326.366.386.396.40I/mA0.000.000.000.060.501.002.003.004.005.50根据以上数据可知,电压表是并联在M与之间的(填“O”或“P”).根据以上数据,在图2中画出该元件的伏安特性曲线. 图2图3(3)在图3中画出待测元件两端的电压UMO随MN间电压UMN变化的示意图(无需数值).考法3 伏安特性曲线的迁移

12、与应用32017全国,23,10分某同学研究小灯泡的伏安特性.所使用的器材有:小灯泡L(额定电压3.8 V,额定电流0.32 A);电压表(量程3 V,内阻3 k);电流表(量程0.5 A,内阻0.5 );固定电阻R0(阻值1 000 );滑动变阻器R(阻值 09.0 );电源E(电动势 5 V,内阻不计);开关S;导线若干.(1)实验要求能够实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量,画出实验电路原理图.(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示.由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻(填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率(填“增大”“不变”或“减小”).(3)用另一

13、电源E0(电动势4 V,内阻1.00 )和题给器材连接成图(b)所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功率.闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为W,最大功率为W.(结果均保留2位小数)图1(1)要实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量,则滑动变阻器需要设计成分压接法;电压表应与固定电阻R0串联,将量程改为4 V.由于小灯泡正常发光时电阻约为12 ,所以需将电流表外接.则电路图如图1所示.(2)由小灯泡伏安特性曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻增大.根据R=lS可知,灯丝的电阻率增大.(3)当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0 时,流过小灯泡的电流最

14、小,小灯泡的实际功率最小,把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分,在图(a)中画出等效电源E0(电动势4 V,内阻1.00 +9.0 =10 )的伏安特性曲线,函数表达式为U=4-10I (V),图线如图2中所示,故小灯泡的最小功率为Pmin=U1I1=1.750.225 W0.39 W.当滑动变阻器接入电路中的阻值最小为零时,流过小灯泡的电流最大,小灯泡的实际功率最大,在图(a)中画出电源E0(电动势 4 V,内阻1.00 )的伏安特性曲线,函数表达式为U=4-I (V),图线如图2中所示,故小灯泡的最大功率为Pmax=U2I2=3.680.318 W1.17 W.图2(1)如图1所示(2)增

15、大增大(3)0.391.173.在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中,用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图甲所示方式连接好电路,电路中所有元器件都完好,且电压表和电流表已调零.(1)闭合开关后,不管怎样调节滑动变阻器,小电珠亮度能发生变化,但电压表、电流表的示数总不能为零,则可能是导线断路.(2)某同学排除故障后测出电源和小电珠的U-I图线如图乙所示.电源的电动势E=V;小电珠的电阻随温度的上升而.(3)将与上面相同的两个小电珠并联后接到上面电源上,每一个小电珠的实际电功率是W.(保留2位小数)考点3实验:描绘小电珠的伏安特性曲线1.(1)如图所示(2)0.10 A0.24 A2.00

16、V0.27 V(0.260.28 V均可)8.3 (8.28.4 均可)2.7 (2.62.8 均可)解析:(1)根据实物图,可知滑动变阻器起分压作用,电压表测量小灯泡两端的电压,电流表外接,故画出的电路图如图所示.(2)电流表量程为0.6 A,电压表量程为3 V,因此的读数为0.10 A,的读数为0.24 A,的读数为2.00 V,的读数为0.27 V.两组数据得到的电阻R1=U1I1=2.000.24 =8.3 ,R2=U2I2=0.270.10 =2.7 .2.(1)1点至4点(2)0.300.75(3)C解析:(1)根据题意可知,1点至4点的导线没有连接好,使得滑动变阻器的分压接法变为

17、限流接法.(2)根据读数规则,可知电流表的读数为0.30 A,此时小灯泡的功率P=UI=0.75 W.(3)电压较小时,灯丝温度不高,故阻值比电压较大时的阻值要小,根据I=UR可知,C可能正确.【易错点拨】解答第(3)问时,应注意温度对灯丝电阻率的影响,温度越高,电阻率越大,故当电压为1.00 V时,灯丝温度较低,阻值较电压为2.5 V时的要小,只有C满足题意.1.(1)CD(2)如图甲所示(3)1.5图甲解析:(1)因小灯泡的额定电压为2.5 V,额定电流为0.5 A,则为保证实验的安全和准确,电压表应选择D,电流表应选择C.(2)本实验要求通过小灯泡的电流由零开始逐渐增大,故滑动变阻器采用

18、分压式接法,因小灯泡正常发光时电阻为RL=2.50.5 =5 ,与电流表的内阻相差不大,故电流表采用外接法,电路图如图甲所示.(3)如图乙所示,在小灯泡的伏安特性曲线中,作出等效电源(电动势3 V,内阻10 )的I-U图线,由图可知两图线的交点坐标为(0.4 V,0.26 A),则小灯泡此时的电阻为RL=0.4 V0.26 A=1.5 .图乙2.(1)(2)P如图甲所示(3)如图乙所示解析:(1)选择分压滑动变阻器时,要尽量选择阻值较小的,测量时电压表、电流表的示数变化明显,但还要保证仪器的安全.电源电动势E=12 V,I=ER=12V20=0.6 A0.5 A,可排除中的滑动变阻器,故选.(

19、2)电学元件的电阻约为7V6mA=1 167 ,由RxRARV可知应采用电流表内接法,电压表应并联在M与P之间.该元件的伏安特性曲线如图甲所示. 图甲图乙(3)由表中数据可知,当UMO6 V时,电流表所在支路处于断路状态,电压表与R串联,且有UMO1011UMN,所以UMO-UMN图象为一条倾斜直线;当UMO6 V时,UMO趋于稳定.如图乙所示.3.(1)g(2)3.0增大(3)0.99(在0.951.05之间也可)解析:(1)不管怎样调节滑动变阻器,小电珠亮度能发生变化,但电压表、电流表的示数总不能为零,说明滑动变阻器不起分压作用,连成了限流接法,故可能是g导线断路.(2)电源的U-I图线纵轴截距等于电源的电动势,则由题图乙知,电源的电动势E=3.0 V.根据欧姆定律可得小电珠的电阻R=URIR,由数学知识分析可知,R等于小电珠 U-I图线上的点与原点连线的斜率,则小电珠的电阻随温度的上升而增大.(3)电源的内阻等于电源的U-I图线的斜率的绝对值,则内阻r=1 ,两个小电珠并联后,接到该电源上,设每个小电珠两端的电压为U,电流为I,由闭合电路欧姆定律得E=U+2Ir,则U=E-2rI,代入E=3.0 V、r=1 ,作出电源的U-I图线如图所示,与原小电珠的U-I图线的交点的纵、横坐标分别为U=1.1 V、I=0.9 A,则一个小电珠的实际电功率为P=UI=0.99 W.