2019版高考物理總復(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 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)采用分壓式連接 本實(shí)驗(yàn)要作出I-U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(kāi)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(guò)其額定電壓。 誤差分析 1.由于電壓表不是理想電表,內(nèi)阻并非無(wú)窮大,對(duì)電路的影響會(huì)帶來(lái)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(lái)誤差。 3.在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來(lái)誤差。 熱點(diǎn)一 教材原型實(shí)驗(yàn) 【例1】 有一個(gè)小電珠上標(biāo)有“4 V 2 W”的字樣,現(xiàn)在要用伏安法描繪這個(gè)電珠的I-U圖線。有下列器材供選用: A.電壓表(0~5 V,內(nèi)阻10 kΩ) B.電壓表(0~10 V,內(nèi)阻20 kΩ) C.電流表(0~0.3 A,內(nèi)阻1 Ω) D.電流表(0~0.6 A,內(nèi)阻0.4 Ω) E.滑動(dòng)變阻器(5 Ω,1 A) F.滑動(dòng)變阻器(500 Ω,0.2 A) (1)實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選用______,電流表應(yīng)選用______。(用序號(hào)字母表示) (2)為使實(shí)驗(yàn)誤差盡量減小,要求電壓從零開(kāi)始變化且多取幾組數(shù)據(jù),滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________。(用序號(hào)字母表示) (3)請(qǐng)?jiān)谔摼€框內(nèi)畫(huà)出滿足實(shí)驗(yàn)要求的電路圖,并把圖1中所示的實(shí)驗(yàn)器材用實(shí)線連接成相應(yīng)的實(shí)物電路圖。 圖1 解析 (1)因小電珠的額定電壓為4 V,為保證安全,選用的電壓表量程應(yīng)稍大于4 V,但不能大太多,量程太大則示數(shù)不準(zhǔn)確,故選用0~5 V的電壓表,故選A;由P=UI得,小電珠的額定電流I==0.5 A,故應(yīng)選擇0~0.6 A量程的電流表,故選D。 (2)由題意可知,電壓從零開(kāi)始變化,并要求多測(cè)幾組數(shù)據(jù),故只能采用滑動(dòng)變阻器分壓接法,而分壓接法中應(yīng)選總阻值小的滑動(dòng)變阻器,故選E。 (3)小電珠內(nèi)阻R==8 Ω,電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于小電珠內(nèi)阻,應(yīng)采用電流表外接法,故電路圖和實(shí)物連接圖如圖所示。 答案 (1)A D (2)E (3)圖見(jiàn)解析 1.滑動(dòng)變器的選?。涸诜謮弘娐分校话氵x用全電阻小于用電器電阻的滑動(dòng)變阻器。在限流電路中,一般選用全電阻和用電器電阻相差不多或大幾倍的滑動(dòng)變阻器。 2.滑動(dòng)變阻器的兩種連接方式 兩種接法的電路圖 負(fù)載R上電壓 的調(diào)節(jié)范圍 ~E 0~E 3.兩種接法的適用條件 (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)若實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開(kāi)始調(diào)節(jié),則必須采用分壓式接法?! ? 【變式訓(xùn)練1】 (2017全國(guó)卷Ⅰ,23)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(kāi)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的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量,畫(huà)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2 a所示。 圖2 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(kāi)關(guān)S,在R的變化范圍內(nèi),小燈泡的最小功率為_(kāi)_______ W,最大功率為_(kāi)_______ W。(結(jié)果均保留兩位小數(shù)) 解析 (1)電壓表量程為3 V,要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0~3.8 V的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量,需要給電壓表串聯(lián)一個(gè)定值電阻擴(kuò)大量程,題目中要求小燈泡兩端電壓從零開(kāi)始,故滑動(dòng)變阻器用分壓式接法,小燈泡的電阻RL== Ω= 11.875 Ω,所以<,故電流表用外接法,如圖所示。 (2)由I-U圖象知,圖象中的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率在減小,表示燈泡的電阻隨電流的增大而增大,根據(jù)電阻定律R=ρ知,燈絲的電阻率增大。 (3)當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值最大為9.0 Ω時(shí),電路中的電流最小,燈泡實(shí)際功率最小,由E=U+I(xiàn)(R+r)得U=-10I+4,作出圖線①如圖所示。 由交點(diǎn)坐標(biāo)可得U1=1.78 V,I1=221 mA,P1=U1I1=0.39 W;當(dāng)滑動(dòng)變阻器電阻值R=0時(shí),燈泡消耗的功率最大,由E=U+I(xiàn)(R+r)得,I=-U+,即I=-U+4,作出圖線②如圖所示。由交點(diǎn)坐標(biāo)可得,U2=3.68 V,I2=0.318 A,最大的功率為P2=U2I2=1.17 W。 答案 (1)見(jiàn)解析 (2)增大 增大 (3)0.39 W 1.17 W 熱點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 以本實(shí)驗(yàn)為背景,通過(guò)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(kāi)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.數(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。 【例2】 如圖3甲所示為某同學(xué)實(shí)驗(yàn)得到的小燈泡燈絲電阻的U-I關(guān)系曲線圖。 圖3 (1)在圖乙中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖(根據(jù)該電路圖可得到U-I關(guān)系的完整曲線),可用的器材有:電壓傳感器、電流傳感器、滑動(dòng)變阻器(變化范圍0~50 Ω)、電動(dòng)勢(shì)為 6 V的電源(不計(jì)內(nèi)阻)、小燈泡、電鍵、導(dǎo)線若干。 (2)如果將該小燈泡分別接入圖4甲、乙兩個(gè)不同電路,其中甲電路的電源為一節(jié)干電池,乙電路的電源為三節(jié)干電池,每節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5 V,內(nèi)電阻為1.5 Ω,定值電阻R=18 Ω。則接入________(填“甲”或“乙”)電路時(shí),小燈泡較亮些。 圖4 (3)在電路乙中,小燈泡消耗的電功率為_(kāi)_______W。 (4)若將電路乙中的電阻R替換為另一個(gè)完全相同的小燈泡,其他條件不變,則此時(shí)電源內(nèi)部的發(fā)熱功率為_(kāi)_______W。 解析 由于要畫(huà)出U-I關(guān)系的完整曲線,必須用分壓接法畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖。分別在小燈泡燈絲電阻的U-I關(guān)系曲線圖上畫(huà)出電源的伏安特性曲線,與小燈泡燈絲電阻的U-I關(guān)系的曲線交點(diǎn)即為工作點(diǎn)。顯然接入圖4甲電路時(shí),燈泡中電流較大,小燈泡較亮些。在電路乙中,小燈泡消耗的電功率為P=UI=10.15 W=0.15 W。若將電路乙中的電阻R替換為另一個(gè)完全相同的小燈泡,其他條件不變,可等效為電動(dòng)勢(shì)為2.25 V、內(nèi)阻為2.25 Ω的電池連接一個(gè)燈泡,在小燈泡燈絲電阻的U-I關(guān)系曲線圖上畫(huà)出電源(電動(dòng)勢(shì)2.25 V,內(nèi)阻2.25 Ω)的伏安特性曲線,與小燈泡燈絲電阻的U-I關(guān)系曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值為電源輸出電流I=0.26 A,此時(shí)電源內(nèi)部的發(fā)熱功率為P=I2r=0.2624.5 W≈0.30 W。 答案 (1)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示。 (2)甲 (3)0.15 (4)0.30 【變式訓(xùn)練2】 [2016天津理綜,9(3)]某同學(xué)想要描繪標(biāo)有“3.8 V,0.3 A”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??晒┰撏瑢W(xué)選用的器材除開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線外,還有: 電壓表V1(量程0~3 V,內(nèi)阻等于3 kΩ) 電壓表V2(量程0~15 V,內(nèi)阻等于15 kΩ) 電流表A1(量程0~200 mA,內(nèi)阻等于10 Ω) 電流表A2(量程0~3 A,內(nèi)阻等于0.1 Ω) 滑動(dòng)變阻器R1(0~10 Ω,額定電流2 A) 滑動(dòng)變阻器R2(0~1 kΩ,額定電流0.5 A) 定值電阻R3(阻值等于1 Ω) 定值電阻R4(阻值等于10 Ω) 定值電阻R5(阻值等于1 kΩ) 電源E(E=6 V,內(nèi)阻不計(jì)) (1)請(qǐng)畫(huà)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________。 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=4 V的電壓表;用量程為200 mA 的電流表A1與定值電阻R4并聯(lián)可改裝為量程為I=Ig+=0.2 A+ A=0.4 A的電流表;待測(cè)小燈泡的阻值較小,故采用電流表外接,電路圖見(jiàn)答案。 (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。 答案 (1)如圖所示 (2)B 1.如圖5是小紅同學(xué)在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物連接圖。 圖5 圖6 (1)根據(jù)圖5在虛線框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖; (2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖6中的①、②、③、④所示,電流表量程為0.6 A,電壓表量程為3 V。所示讀數(shù)為:①________、②________、③________、④________。兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為_(kāi)_______和________。 解析 (1)描繪小燈泡的伏安特性曲線需要測(cè)量電壓范圍大,變阻器用分壓接法,小燈泡電阻比較小,電流表要外接,電路圖如圖所示。 (2)電流表量程為0.6 A時(shí),最小刻度為0.02 A,讀數(shù)讀到小數(shù)點(diǎn)后兩位,所以①表示數(shù)為0.10 A,②表示數(shù)為0.24 A;電壓表量程為3 V,最小刻度為0.1 V,應(yīng)估讀到0.01 V,所以③表示數(shù)為2.00 V,④表示數(shù)為0.27 V,根據(jù)歐姆定律R1===8.3 Ω,R2== Ω=2.7 Ω。 答案 (1)見(jiàn)解析 (2)①0.10 A(0.100.02均可) ②0.24 A?、?.00 V ④0.27 V(0.270.01均可);8.3 Ω(8.30.1均可) 2.7 Ω(2.70.1均可) 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(guò)6 mA,最大電壓不超過(guò)7 V”,同學(xué)們想通過(guò)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7所示,圖中定值電阻R=1 kΩ,用于限流;電流表量程為10 mA,內(nèi)阻約為5 Ω;電壓表(未畫(huà)出)量程為10 V,內(nèi)阻約為10 kΩ;電源電動(dòng)勢(shì)E為12 V,內(nèi)阻不計(jì)。 圖7 (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)有兩個(gè)滑動(dòng)變阻器可供選擇: A.阻值0~200 Ω,額定電流0.3 A B.阻值0~20 Ω,額定電流0.5 A 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:_________________________ ____________________________________________________________________。 解析 (1)滑動(dòng)變阻器A允許的最大電壓為0.3200 V=60 V>12 V,滑動(dòng)變阻器B兩端所能加的最大電壓為0.520 V=10 V<12 V,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≈1 163.6 Ω,電流表內(nèi)阻約為5 Ω,電壓表內(nèi)阻約為10 kΩ,相對(duì)來(lái)說(shuō),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(kāi)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6 V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6 V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,電阻變小。 答案 (1)A (2)P (3)電路圖見(jiàn)解析圖 (4)當(dāng)元件兩端的電壓小于6 V時(shí),元件電阻非常大,不導(dǎo)電;當(dāng)元件兩端電壓大于6 V時(shí),隨著電壓的升高而電阻變小- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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