2019年度高考物理一輪復(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課件.ppt

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第八章恒定電流 實(shí)驗(yàn)九描繪小電珠的伏安特性曲線 過好雙基關(guān) 1 實(shí)驗(yàn)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 學(xué)生電源 開關(guān) 導(dǎo)線若干 坐標(biāo)紙 鉛筆 溫度 滑動(dòng)變阻器 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 實(shí)驗(yàn)步驟 1 畫出電路圖 如圖1甲所示 3 測量與記錄移動(dòng)滑動(dòng)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(jì)的表格中 4 數(shù)據(jù)處理 在坐標(biāo)紙上以U為橫軸 I為縱軸 建立直角坐標(biāo)系 在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn) 將描出的點(diǎn)用的曲線連接起來 得到小電珠的伏安特性曲線 平滑 4 實(shí)驗(yàn)器材選取 1 原則 安全 精確 操作方便 2 具體要求 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 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 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 電壓表或電流表的指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿刻度的以上 從便于操作的角度來考慮 限流式接法要選用與待測電阻的滑動(dòng)變阻器 分壓式接法要選用阻值的滑動(dòng)變阻器 相近 較小 1 注意事項(xiàng) 1 電路的連接方式 電流表應(yīng)采用接法 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 滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用接法 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 外 分壓式 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 2 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 使測得的電流值于真實(shí)值 2 測量時(shí)讀數(shù)帶來誤差 3 在坐標(biāo)紙上描點(diǎn) 作圖帶來誤差 大 研透命題點(diǎn) 例1 2017 全國卷 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 8V 額定電流0 32A 電壓表 量程3V 內(nèi)阻3k 電流表 量程0 5A 內(nèi)阻0 5 固定電阻R0 阻值1000 滑動(dòng)變阻器R 阻值0 9 0 電源E 電動(dòng)勢(shì)5V 內(nèi)阻不計(jì) 開關(guān)S 導(dǎo)線若干 1 實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0 3 8V的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測量 畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖 命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn) 基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透 答案 解析 答案見解析圖 解析電壓表量程為3V 要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0 3 8V的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測量 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始 故滑動(dòng)變阻器用分壓式接法 小燈泡的電阻RL 故電流表用外接法 實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖所示 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 2 實(shí)驗(yàn)測得該小燈泡伏安特性曲線如圖2 a 所示 答案 解析 圖2 增大 增大 解析由IU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 知 燈絲的電阻率增大 3 用另一電源E0 電動(dòng)勢(shì)4V 內(nèi)阻1 00 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 閉合開關(guān)S 在R的變化范圍內(nèi) 小燈泡的最小功率為W 最大功率為W 結(jié)果均保留兩位小數(shù) 答案 解析 0 39 1 17 解析當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值最大為9 0 時(shí) 電路中的電流最小 燈泡實(shí)際功率最小 由E0 U I R r 得U 10I 4 作出圖線 如圖所示 由交點(diǎn)坐標(biāo)可得U1 1 78V I1 221mA P1 U1I1 0 39W 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E0 U I R r 得 I U 4 作出圖線 如圖所示 由交點(diǎn)坐標(biāo)可得 U2 3 70V I2 315mA 最大的功率為P2 U2I2 1 17W 解析由于燈泡的電阻大約在幾歐左右 為了便于測量 滑動(dòng)變阻器選擇0 10 的 變式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 答案 解析 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 10 額定電流3A B 滑動(dòng)變阻器 阻值范圍0 2000 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3甲中用筆畫線代替導(dǎo)線 將實(shí)驗(yàn)電路連接完整 答案 解析 圖3 答案見解析圖 解析由于燈泡的電壓和電流從零開始測起 則滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法 電流表采用外接法 實(shí)物連線圖如圖甲所示 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 答案 解析 左 解析為了保護(hù)測量電路 開關(guān)閉合前 滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)滑至最左端 4 利用表中數(shù)據(jù) 在圖乙中畫出小燈泡的U I圖線 解析 答案 答案見解析圖 解析小燈泡的U I圖線如圖乙所示 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 解析 小華 解析根據(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 變式2 2017 廣東華南三校聯(lián)考 為探究小燈泡L的伏安特性曲線 提供了以下器材 小燈泡L 規(guī)格 4 0V2 8W 電流表A1 量程3A 內(nèi)阻約為0 1 電流表A2 量程0 6A 內(nèi)阻r2 0 2 電壓表V 量程3V 內(nèi)阻rV 9k 標(biāo)準(zhǔn)電阻R1 阻值1 標(biāo)準(zhǔn)電阻R2 阻值3k 滑動(dòng)變阻器R 阻值范圍0 10 學(xué)生電源E 電動(dòng)勢(shì)6V 內(nèi)阻不計(jì) 開關(guān)S及導(dǎo)線若干 1 某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖4甲所示的電路來進(jìn)行測量 閉合開關(guān)前 滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)置于 當(dāng)通過L的電流為0 46A時(shí) 電壓表的示數(shù)如圖乙所示 電壓表的讀數(shù)為V 此時(shí)L的電阻為 答案 解析 圖4 左端 2 30 5 解析為保證安全且不損壞電路元件 閉合開關(guān)前 滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)置于左端 題圖乙電壓表量程為3V 則讀數(shù)為2 30V L的電阻R 5 2 要想更準(zhǔn)確完整地描繪出L的伏安特性曲線 需要重新設(shè)計(jì)電路 請(qǐng)你利用所提供器材 在圖5中的虛線框中補(bǔ)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖 并在圖上標(biāo)明所選器材代號(hào) 答案 解析 圖5 答案見解析圖 解析如圖所示 3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù) 描繪出小燈泡的伏安特性曲線如圖6 若將該燈泡接到E 1 5V r 3 0 的電源兩端 則燈泡實(shí)際消耗的功率P W 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 答案 解析 圖6 0 18 解析在圖中畫出電源的I U圖線 由兩圖象交點(diǎn)可知 燈泡兩端電壓U 0 9V 電流I 0 20A 燈泡實(shí)際功率P 0 9 0 20W 0 18W 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7 a 所示 讀數(shù)為 據(jù)此應(yīng)選擇圖中的 填 b 或 c 電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 例2某實(shí)驗(yàn)小組研究兩個(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3k 電流表 內(nèi)阻約為1 定值電阻等 答案 解析 命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新 能力考點(diǎn)師生共研 圖7 10 b 解析由題圖 a 可知 多用電表的讀數(shù)為10 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 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) 答案 解析 增大 解析當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向右移時(shí) 電流表的示數(shù)增大 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 或 Y 是非線性元件 答案 解析 Y 解析由于元件Y的U I圖線是曲線 因此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 21 的定值電阻 測量待測電池的電動(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 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 解析 3 2 0 50 解析設(shè)線性元件的電阻為R 由U I圖線可知 R 10 則S1 S2均閉合時(shí) E 0 3A 10 r S1閉合 S2斷開時(shí) E 0 1A 10 21 r 解得E 3 2V r 0 50 變式3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8所示 圖中定值電阻R 1k 用于限流 電流表量程為10mA 內(nèi)阻約為5 電壓表 未畫出 量程為10V 內(nèi)阻約為10k 電源電動(dòng)勢(shì)E為12V 內(nèi)阻不計(jì) 圖8 解析滑動(dòng)變阻器A允許的最大電壓為0 3 200V 60V 12V 滑動(dòng)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(dòng)變阻器應(yīng)選A 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 額定電流0 3AB 阻值0 20 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 測得數(shù)據(jù)如下表 答案 解析 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 答案 解析 P 解析由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知 電學(xué)元件電阻的最小測量值約為 R 1163 6 電流表內(nèi)阻約為5 電壓表內(nèi)阻約為10k 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 將電路圖在方框中補(bǔ)充完整 答案 解析 答案見解析圖 解析描繪伏安特性曲線 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 解析由表中實(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 電阻變小 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 解析 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)元件兩端的電壓大于6V時(shí) 隨著電壓的升高電阻變小 變式4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)了如圖9甲所示的電路 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6k 電壓表V2量程選用15V 內(nèi)阻約為30k 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 答案 圖9 答案連線如圖所示 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 某次測量時(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) 答案 1 40 0 23 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10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 答案 圖10 答案描點(diǎn)繪出Ix Ux圖線 如圖所示 由Ix Ux圖線可知 硅光電池?zé)o光照下加反向電壓時(shí) Ix與Ux成 填 線性 或 非線性 關(guān)系 答案 解析 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