2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 恒定電流 實(shí)驗(yàn)九 描繪小電珠的伏安特性曲線學(xué)案.doc

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實(shí)驗(yàn)九　描繪小電珠的伏安特性曲線 1．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． 2．實(shí)驗(yàn)器材 小電珠“3.8V,0.3A”、電壓表“0～3V～15V”、電流表“0～0.6A～3A”、滑動(dòng)變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆． 3．實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(cè)量與記錄 移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭位置，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)填入自己設(shè)計(jì)的表格中． (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(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)際最大電流． ③電壓表或電流表的量程不能小于被測(cè)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(cè)電阻相近的滑動(dòng)變阻器，分壓式接法要選用較小阻值的滑動(dòng)變阻器． 1．滑動(dòng)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(cè)量阻值較小的電阻(跟滑動(dòng)變阻器的最大電阻相比相差不多或比滑動(dòng)變阻器的最大電阻還小)． (2)分壓式接法適合測(cè)量阻值較大的電阻(一般比滑動(dòng)變阻器的最大電阻要大)． 3．注意事項(xiàng) (1)電路的連接方式： ①電流表應(yīng)采用外接法：因?yàn)樾‰娭?3.8V,0.3A)的電阻很小，與量程為0.6A的電流表串聯(lián)時(shí)，電流表的分壓影響很大． ②滑動(dòng)變阻器應(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(dòng)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(shí)小電珠的電壓能從0開始變化，同時(shí)也是為了防止開關(guān)剛閉合時(shí)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(huì)帶來誤差，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(shí)驗(yàn) 例1　小華和小明在“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，將實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室有兩種滑動(dòng)變阻器供選擇： A．滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0～10Ω、額定電流3A) B．滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0～2000Ω、額定電流1A) 實(shí)驗(yàn)中選擇的滑動(dòng)變阻器是________．(填寫字母序號(hào)) (2)在圖2甲中用筆畫線代替導(dǎo)線，將實(shí)驗(yàn)電路連接完整． (3)開關(guān)閉合前，滑動(dòng)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?cè)赨－I圖象上找到小燈泡工作電壓為2.0V時(shí)坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算此狀態(tài)的電阻值時(shí)，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(cè)量，滑動(dòng)變阻器選擇0～10Ω的． (2)由于燈泡的電壓和電流從零開始測(cè)起，則滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法；電流表采用外接法．實(shí)物連線圖如圖所示． (3)為了保護(hù)測(cè)量電路，開關(guān)閉合前，滑動(dòng)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(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(cè)元件X的電阻，選擇“1”歐姆擋測(cè)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(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)如圖(d)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”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(cè)量待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)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(dòng)變阻器的滑片向右移時(shí)，滑動(dòng)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(shí)，E＝0.3A(10Ω＋r)，S1閉合、S2斷開時(shí)，E＝0.1A(10Ω＋21Ω＋r)，解得E≈3.2V，r＝0.50Ω. 2．某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)一電學(xué)元件，該電學(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(shí)驗(yàn)描繪出該電學(xué)元件的伏安特性曲線，他們?cè)O(shè)計(jì)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(dòng)勢(shì)E為12V，內(nèi)阻不計(jì)． 圖4 (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)有兩個(gè)滑動(dòng)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(dòng)變阻器是________(填“A”或“B”)． 正確接線后，測(cè)得數(shù)據(jù)如下表： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U/V 0.00 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：___________________________________ ________________________________________________________________________. 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(shí)，元件電阻非常大，不導(dǎo)電；當(dāng)元件兩端電壓大于6V時(shí)，隨著電壓的升高而電阻變小 解析　(1)滑動(dòng)變阻器A允許的最大電壓為0.3200V＝60V＞12V，滑動(dòng)變阻器B兩端所能加的最大電壓為0.520V＝10V＜12V，為保證安全，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選A. (2)由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，電學(xué)元件電阻最小測(cè)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(duì)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． (3)描繪伏安特性曲線，電壓與電流從零開始變化，滑動(dòng)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(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示： (4)由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)元件兩端的電壓小于6V時(shí)，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(shí)，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(shí)驗(yàn)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(cè)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) 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(dòng)變阻器R1(0～10Ω，額定電流2A) 滑動(dòng)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(jì)) (1)請(qǐng)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并將各元件字母代碼標(biāo)在該元件的符號(hào)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(cè)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(shí)不產(chǎn)生電能，可視為一電子元件．某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)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(shì)點(diǎn)，正極接低電勢(shì)點(diǎn))，探究其在無光照時(shí)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(dòng)勢(shì)E約為12V，內(nèi)阻不計(jì)． (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(cè)量時(shí)，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(cè)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(duì)應(yīng)的5個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)．請(qǐng)你標(biāo)出余下的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，并繪出Ix－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(shí)，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＝14.00.1V＝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．