2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 恒定電流 實驗九 描繪小電珠的伏安特性曲線學(xué)案

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1、 實驗九　描繪小電珠的伏安特性曲線 1．實驗原理 (1)測多組小電珠的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． 2．實驗器材 小電珠“3.8V,0.3A”、電壓表“0～3V～15V”、電流表“0～0.6A～3A”、滑動變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆． 3．實驗步驟 (1)畫出電路圖(如圖1甲所示)． 圖1 (2)將小電珠、電流表、電壓表、滑動變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)用導(dǎo)線連接成如圖乙所示的電路． (3)測量與記錄 移動滑動變阻器觸頭位置，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)填入自己設(shè)計的表格

2、中． (4)數(shù)據(jù)處理 ①在坐標(biāo)紙上以U為橫軸，I為縱軸，建立直角坐標(biāo)系． ②在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點(diǎn)． ③將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，得到小電珠的伏安特性曲線． 4．實驗器材選取 (1)原則：①安全；②精確；③操作方便． (2)具體要求 ①電源允許的最大電流不小于電路中的實際最大電流．干電池中電流一般不允許超過0.6A. ②用電器的額定電流不能小于通過該用電器的實際最大電流． ③電壓表或電流表的量程不能小于被測電壓或電流的最大值． ④電壓表或電流表的指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿刻度的以上． ⑤從便于操作的角度來考慮，限流式接法要選用與待測電阻相近的滑動變阻器，分壓式接法要

3、選用較小阻值的滑動變阻器． 1．滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法比較 兩種接法的電路圖 負(fù)載R上電壓的調(diào)節(jié)范圍 ≤U≤E 0≤U≤E 負(fù)載R上電流的調(diào)節(jié)范圍 ≤I≤ 0≤I≤ 2.兩種接法的適用條件 (1)限流式接法適合測量阻值較小的電阻(跟滑動變阻器的最大電阻相比相差不多或比滑動變阻器的最大電阻還小)． (2)分壓式接法適合測量阻值較大的電阻(一般比滑動變阻器的最大電阻要大)． 3．注意事項 (1)電路的連接方式： ①電流表應(yīng)采用外接法：因為小電珠(3.8V,0.3A)的電阻很小，與量程為0.6A的電流表串聯(lián)時，電流表的分壓影響很大． ②滑動變

4、阻器應(yīng)采用分壓式接法：目的是使小電珠兩端的電壓能從0開始連續(xù)變化． (2)閉合開關(guān)S前，滑動變阻器的觸頭應(yīng)移到使小電珠分得電壓為0的一端，使開關(guān)閉合時小電珠的電壓能從0開始變化，同時也是為了防止開關(guān)剛閉合時因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲． (3)I－U圖線在U0＝1.0V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U＝1.0V左右繪點(diǎn)要密，以防出現(xiàn)較大誤差． 4．誤差分析 (1)由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，會帶來誤差，電流表外接，由于電壓表的分流，使測得的電流值大于真實值． (2)測量時讀數(shù)帶來誤差． (3)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來誤差． 命題點(diǎn)一　教材原型實驗 例1　小華和小

5、明在“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗中，將實驗數(shù)據(jù)記錄在下表中： 電壓U/V 0.00 0.20 0.40 0.70 1.00 1.30 1.70 2.10 2.50 電流I/A 0.00 0.14 0.24 0.26 0.37 0.40 0.43 0.45 0.46 (1)實驗室有兩種滑動變阻器供選擇： A．滑動變阻器(阻值范圍0～10Ω、額定電流3A) B．滑動變阻器(阻值范圍0～2000Ω、額定電流1A) 實驗中選擇的滑動變阻器是________．(填寫字母序號) (2)在圖2甲中用筆畫線代替導(dǎo)線，將實驗電路連接完整． (3)開關(guān)閉

6、合前，滑動變阻器的滑片應(yīng)滑至________(選填“左”或“右”)端． (4)利用表中數(shù)據(jù)，在圖乙中畫出小燈泡的U－I圖線． 圖2 (5)他們在U－I圖象上找到小燈泡工作電壓為2.0V時坐標(biāo)點(diǎn)，計算此狀態(tài)的電阻值時，小明提出用圖象上該點(diǎn)曲線斜率表示小燈泡的阻值；小華提出該點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率表示小燈泡的阻值．你認(rèn)為________(選填“小華”或“小明”)的方法正確． 答案　(1)A　(2)見解析圖　(3)左　(4)見解析圖 (5)小華 解析　(1)由于燈泡的電阻大約在幾歐左右，為了便于測量，滑動變阻器選擇0～10Ω的． (2)由于燈泡的電壓和電流從零開始測起，則滑動變

7、阻器采用分壓式接法；電流表采用外接法．實物連線圖如圖所示． (3)為了保護(hù)測量電路，開關(guān)閉合前，滑動變阻器的滑片應(yīng)滑至最左端． (4)小燈泡的U－I圖線如圖所示． (5)根據(jù)歐姆定律知，R＝，電阻的大小為該點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率，故小華正確． 1．某實驗小組研究兩個未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括電壓表(內(nèi)阻約為3kΩ)、電流表(內(nèi)阻約為1Ω)、定值電阻等． 　 圖3 (1)使用多用電表粗測元件X的電阻，選擇“×1”歐姆擋測量，示數(shù)如圖3(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)行實驗；

8、(2)連接所選電路，閉合S；滑動變阻器的滑片P從左向右滑動，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)實驗； (3)如圖(d)是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的U－I圖線，由圖可判斷元件________(填“X”和“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＝21Ω的定值電阻，測量待測電池的電動勢E和內(nèi)阻r，電路圖如圖(e)所示，閉合S1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00V；斷開S2，讀數(shù)為1.00V．利用圖(d)可算得E＝________V．r＝________Ω(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字，視電壓表為理想電壓表)． 答

9、案　(1)10　(b)　(2)增大　(3)Y　(4)3.2　0.50 解析　(1)由題圖(a)可知，多用電表的讀數(shù)為10Ω，由于元件的電阻較小，電路應(yīng)選用電流表外接法，即選擇圖(b)電路． (2)當(dāng)滑動變阻器的滑片向右移時，滑動變阻器輸出的電壓增大，電流表的示數(shù)增大． (3)由于元件Y的U－I圖線是曲線，因此Y是非線性元件． (4)設(shè)線性元件的電阻為R，由U－I圖線可知，R＝＝10Ω，則S1、S2均閉合時，E＝0.3A×(10Ω＋r)，S1閉合、S2斷開時，E＝0.1A×(10Ω＋21Ω＋r)，解得E≈3.2V，r＝0.50Ω. 2．某實驗小組的同學(xué)在學(xué)校實驗室中發(fā)現(xiàn)一電學(xué)元件，該電

10、學(xué)元件上標(biāo)有“最大電流不超過6mA，最大電壓不超過7V”，同學(xué)們想通過實驗描繪出該電學(xué)元件的伏安特性曲線，他們設(shè)計的一部分電路如圖4所示，圖中定值電阻R＝1kΩ，用于限流；電流表量程為10mA，內(nèi)阻約為5Ω；電壓表(未畫出)量程為10V，內(nèi)阻約為10kΩ；電源電動勢E為12V，內(nèi)阻不計． 圖4 (1)實驗時有兩個滑動變阻器可供選擇： A．阻值0～200Ω，額定電流0.3A B．阻值0～20Ω，額定電流0.5A 應(yīng)選的滑動變阻器是________(填“A”或“B”)． 正確接線后，測得數(shù)據(jù)如下表： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U/V 0.

11、00 3.00 6.00 6.16 6.28 6.32 6.36 6.38 6.39 6.40 I/mA 0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50 (2)由以上數(shù)據(jù)分析可知，電壓表應(yīng)并聯(lián)在M與________之間(填“O”或“P”)； (3)將電路圖在虛線框中補(bǔ)充完整； (4)從表中數(shù)據(jù)可知，該電學(xué)元件的電阻的特點(diǎn)是：___________________________________ _______________________________________________

12、_________________________. 答案　(1)A　(2)P　(3)電路圖見解析圖　(4)當(dāng)元件兩端的電壓小于6V時，元件電阻非常大，不導(dǎo)電；當(dāng)元件兩端電壓大于6V時，隨著電壓的升高而電阻變小 解析　(1)滑動變阻器A允許的最大電壓為0.3×200V＝60V＞12V，滑動變阻器B兩端所能加的最大電壓為0.5×20V＝10V＜12V，為保證安全，滑動變阻器應(yīng)選A. (2)由表中實驗數(shù)據(jù)可知，電學(xué)元件電阻最小測量值約為：R＝Ω≈1163.6Ω，電流表內(nèi)阻約為5Ω，電壓表內(nèi)阻約為10kΩ，相對來說，元件電阻遠(yuǎn)大于電流表內(nèi)阻，電流表應(yīng)采用內(nèi)接法，因此電壓表應(yīng)并聯(lián)在M與P之間．

13、 (3)描繪伏安特性曲線，電壓與電流從零開始變化，滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法，由(2)可知，電流表采用內(nèi)接法，實驗電路圖如圖所示： (4)由表中實驗數(shù)據(jù)可知，當(dāng)元件兩端的電壓小于6V時，電路電流很小，幾乎為零，由歐姆定律可知，元件電阻非常大，不導(dǎo)電；當(dāng)元件兩端電壓大于6V時，隨著電壓的升高電流迅速增大，電壓與電流的比值減小，電阻變?。? 命題點(diǎn)二　實驗拓展創(chuàng)新 例2　(2016·天津理綜·9(3))某同學(xué)想要描繪標(biāo)有“3.8V,0.3A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測量數(shù)據(jù)盡量精確、繪制曲線完整．可供該同學(xué)選用的器材除開關(guān)、導(dǎo)線外，還有： 電壓表V1(量程0～3V，內(nèi)阻等于3kΩ)

14、 電壓表V2(量程0～15V，內(nèi)阻等于15kΩ) 電流表A1(量程0～200mA，內(nèi)阻等于10Ω) 電流表A2(量程0～3A，內(nèi)阻等于0.1Ω) 滑動變阻器R1(0～10Ω，額定電流2A) 滑動變阻器R2(0～1kΩ，額定電流0.5A) 定值電阻R3(阻值等于1Ω) 定值電阻R4(阻值等于10Ω) 定值電阻R5(阻值等于1kΩ) 電源E(E＝6V，內(nèi)阻不計) (1)請畫出實驗電路圖，并將各元件字母代碼標(biāo)在該元件的符號旁． (2)該同學(xué)描繪出的I－U圖象應(yīng)是下圖中的________． 答案　(1)見解析圖　(2)B 解析　(1)用電壓表V1和R5串聯(lián)，可改裝成量程為

15、U＝(rg＋R5)＝×(3＋1) V＝4V的電壓表；用量程為200mA的電流表A1與定值電阻R4并聯(lián)可改裝為量程為I＝Ig＋＝0.2A＋A＝0.4A的電流表；待測小燈泡的阻值較小，故采用電流表外接，電路圖如圖所示． (2)小燈泡的電阻隨溫度升高而變大，故該同學(xué)描繪出的I－U圖象應(yīng)該是B. 3．硅光電池在無光照時不產(chǎn)生電能，可視為一電子元件．某實驗小組設(shè)計如圖5甲電路，給硅光電池加反向電壓(硅光電池負(fù)極接高電勢點(diǎn)，正極接低電勢點(diǎn))，探究其在無光照時的反向伏安特性．圖中電壓表V1量程選用3V，內(nèi)阻為6kΩ；電壓表V2量程選用15V，內(nèi)阻約為30kΩ；R0為保護(hù)電阻；直流電源電動勢E約為

16、12V，內(nèi)阻不計． (1)根據(jù)圖甲，用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖乙連接成完整電路． 圖5 (2)用遮光罩罩住硅光電池，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)變阻器R，讀出電壓表V1、V2的示數(shù)U1、U2. ①某次測量時，電壓表V1示數(shù)如圖丙所示，則U1＝________V，可算出通過硅光電池的反向電流大小為________mA(保留兩位小數(shù))． ②該小組測出大量數(shù)據(jù)，篩選出下表所示的9組U1、U2數(shù)據(jù)，算出相應(yīng)的硅光電池兩端反向電壓Ux和通過的反向電流Ix(表中“－”表示反向)，并在圖6坐標(biāo)紙上建立Ix－Ux坐標(biāo)系，標(biāo)出了與表中前5組Ux、Ix數(shù)據(jù)對應(yīng)的5個坐標(biāo)點(diǎn)．請你標(biāo)出余下的4個坐標(biāo)點(diǎn)，并繪出Ix－

17、Ux圖線． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 U1/V 0.00 0.00 0.06 0.12 0.24 0.42 0.72 1.14 1.74 U2/V 0.0 1.0 2.1 3.1 4.2 5.4 6.7 8.1 9.7 Ux/V 0.0 －1.0 －2.0 －3.0 －4.0 －5.0 －6.0 －7.0 －8.0 Ix/mA 0.00 0.00 －0.01 －0.02 －0.04 －0.07 －0.12 －0.19 －0.29 圖6 ③由Ix－Ux圖線可知，硅光電池?zé)o光照不加反向電壓時，Ix與Ux成________(填“線性”或“非線性”)關(guān)系． 答案　(1)連線如圖所示 (2)①1.40　0.23 ②描點(diǎn)繪出Ix－Ux，圖線如圖所示． ③非線性 解析　V1選用的是3V量程，則刻度盤的最小分度為0.1V，根據(jù)電表的讀數(shù)原則知U1＝14.0×0.1V＝1.40V，I1＝≈0.23mA.由于繪出的Ix－Ux圖象不是直線，即Ix與Ux成非線性關(guān)系． 11