（通用版）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第51課時(shí) 描繪小電珠的伏安特性曲線(xiàn)（實(shí)驗(yàn)增分課）講義（含解析）.doc

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第51課時(shí)描繪小電珠的伏安特性曲線(xiàn)(實(shí)驗(yàn)增分課)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?描繪小電珠的伏安特性曲線(xiàn)。2分析伏安特性曲線(xiàn)的變化規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)原理1電路原理如圖甲所示，測(cè)多組小電珠的U、I的值，并繪出其伏安特性曲線(xiàn)(圖乙)。2由圖線(xiàn)的斜率反映電流與電壓的關(guān)系，以及溫度的影響。三、實(shí)驗(yàn)器材學(xué)生電源(46 V直流)或電池組、小電珠(3.8 V,0.3 A)、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、坐標(biāo)紙、導(dǎo)線(xiàn)若干。謹(jǐn)記部分器材用途滑動(dòng)變阻器改變小電珠電流、電壓，測(cè)出多組數(shù)據(jù)坐標(biāo)紙?jiān)谧鴺?biāo)紙上建立坐標(biāo)系、描點(diǎn)并畫(huà)圖像四、實(shí)驗(yàn)步驟1確定電流表、電壓表的量程，采用電流表外接法，滑動(dòng)變阻器采用分壓接法，按電路原理圖連接好實(shí)驗(yàn)電路。2把滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)節(jié)到電路原理圖中最左端，電路連接經(jīng)檢查無(wú)誤后，閉合開(kāi)關(guān)S。3移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片位置，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)填入表格中，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S。U(V)00.20.40.60.81.01.2I(A)U(V)1.41.82.22.63.03.43.8I(A)4.拆除電路，整理儀器。五、數(shù)據(jù)處理1在坐標(biāo)紙上以U為橫軸，以I為縱軸，建立坐標(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)(坐標(biāo)系縱軸和橫軸的標(biāo)度要適中，以使所描圖線(xiàn)充分占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙為宜)。3將描出的點(diǎn)用平滑的曲線(xiàn)連接起來(lái)，就得到小電珠的伏安特性曲線(xiàn)。六、誤差分析1由于電壓表、電流表不是理想電表，電表內(nèi)阻對(duì)電路的影響會(huì)造成系統(tǒng)誤差。2電流表、電壓表的讀數(shù)造成偶然誤差。3在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖造成偶然誤差。七、注意事項(xiàng)1電路的連接方式(1)電流表應(yīng)采用外接法：小電珠(3.8 V,0.3 A)的電阻很小，與00.6 A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)采用分壓接法：目的是使小電珠兩端的電壓從零開(kāi)始連續(xù)變化。2閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)移到使小電珠分得電壓為零的一端，使開(kāi)關(guān)閉合時(shí)小電珠兩端的電壓從零開(kāi)始變化，同時(shí)也是為了防止開(kāi)關(guān)剛閉合時(shí)因小電珠兩端電壓過(guò)大而燒壞燈絲。3小電珠的伏安特性曲線(xiàn)在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0 V 左右繪點(diǎn)要密，防止出現(xiàn)較大誤差。4當(dāng)小電珠的電壓接近額定值時(shí)要緩慢增加，達(dá)到額定值記錄I后馬上斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。5誤差較大的點(diǎn)舍去，小電珠的伏安特性曲線(xiàn)應(yīng)是平滑曲線(xiàn)而非折線(xiàn)?？挤ㄒ粚?shí)驗(yàn)原理和操作1某同學(xué)做三種導(dǎo)電元件的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)，他根據(jù)所測(cè)量數(shù)據(jù)分別繪制了三種元件的IU圖像，如圖所示，則下列判斷正確的是()A圖乙表示的電阻遵從歐姆定律B圖甲、丙的曲線(xiàn)一定是偶然誤差太大C圖甲表示的電阻阻值隨電壓升高而增大D圖丙表示的電阻能作為標(biāo)準(zhǔn)電阻使用解析：選A由題圖知，圖乙是線(xiàn)性元件的IU圖像，遵從歐姆定律，故A正確；圖甲、丙是不同的非線(xiàn)性元件的IU圖像，不是偶然誤差大，故B錯(cuò)誤；IU圖像上某點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的連線(xiàn)的斜率表示電阻的倒數(shù)，根據(jù)圖甲可知，隨電壓升高電阻阻值減小，故C錯(cuò)誤；圖丙表示的電阻隨電壓的變化而變化，不能作為標(biāo)準(zhǔn)電阻使用，故D錯(cuò)誤。2如圖所示為“測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線(xiàn)”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路圖，已知小燈泡額定電壓為2.5 V。完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：(1)閉合開(kāi)關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，_。(2)閉合開(kāi)關(guān)后，逐漸移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，_。(3)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線(xiàn)。解析：(1)使滑動(dòng)變阻器的滑片滑至最左端。(2)增加小燈泡兩端的電壓，記錄電壓表和電流表的多組讀數(shù)，直至電壓表示數(shù)達(dá)到小燈泡的額定電壓。答案：見(jiàn)解析考法二數(shù)據(jù)處理和誤差分析3要描繪一個(gè)標(biāo)有“3 V0.8 W”小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)，要求小燈泡兩端的電壓由零逐漸增加，且盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差。已選用的器材除導(dǎo)線(xiàn)、開(kāi)關(guān)外，還有：電池組(電動(dòng)勢(shì)為4.5 V，內(nèi)阻約1 )電流表(量程0.6 A，內(nèi)阻約為1 )電壓表(量程3 V，內(nèi)阻約為3 k)滑動(dòng)變阻器(最大阻值20 ，額定電流1 A)(1)實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)選用_(填字母代號(hào))。(2)以電壓表的讀數(shù)U為橫軸，以電流表的讀數(shù)I為縱軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的多組數(shù)據(jù)描繪出小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)，如圖所示。由圖可知：隨著電壓的增大，小燈泡的電阻_(選填“增大”或“減小”)，其發(fā)生變化的原因_。(3)如果將這個(gè)小燈泡接到電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，內(nèi)阻為5 的電源兩端，電路接通后小燈泡兩端的電壓是_V。解析：(1)由題意得，本實(shí)驗(yàn)要求從電壓表讀數(shù)為零開(kāi)始測(cè)量，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法；由于小燈泡電阻較小，因此應(yīng)采用電流表外接法，故選擇B電路。(2)IU圖像中任一點(diǎn)與原點(diǎn)連線(xiàn)的斜率表示電阻的倒數(shù)，由題圖線(xiàn)可知，隨著電壓的增大，小燈泡的電阻增大，原因是燈絲電阻隨溫度的升高而增大。(3)作出電源的伏安特性曲線(xiàn)，如圖所示，由圖可知，小燈泡兩端的電壓約為0.7 V。答案：(1)B(2)增大燈絲的電阻隨溫度升高而增大(3)0.74(2019宜興高三調(diào)研)某學(xué)習(xí)小組欲描繪小燈泡(“3 V，1.5 W”)的UI圖線(xiàn)，可選用的實(shí)驗(yàn)器材如下：A電池組：電動(dòng)勢(shì)約為4.5 V，內(nèi)阻可不計(jì)；B雙量程的電壓表：V1：量程3 V，內(nèi)阻約為3 k；V2：量程15 V，內(nèi)阻約為15 k；C雙量程的電流表：A1：量程0.6 A，內(nèi)阻約為1 ； A2：量程3 A，內(nèi)阻約為0.1 ；D滑動(dòng)變阻器R：阻值范圍010 ，允許通過(guò)的最大電流為2 A；E開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線(xiàn)若干。在盡量提高測(cè)量精度的情況下，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)根據(jù)以上器材，用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)將實(shí)物圖1連接成完整電路。(2)閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)移到_(選填“A”或“B”)端。(3)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得到電壓、電流數(shù)據(jù)如表所示，請(qǐng)?jiān)趫D2所示的坐標(biāo)紙上畫(huà)出小燈泡的UI圖線(xiàn)。組數(shù)1234567U/V00.280.580.921.502.003.00I/A00.100.200.300.400.450.49(4)根據(jù)UI圖線(xiàn)可得小燈泡在常溫下的電阻約為_(kāi)(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。解析：(1)本實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用滑動(dòng)變阻器分壓接法以獲得多組數(shù)據(jù)，同時(shí)由于小燈泡內(nèi)阻較小，應(yīng)采用電流表外接法以減小誤差；故連線(xiàn)如圖甲所示。(2)由圖甲可知測(cè)量電路與滑動(dòng)變阻器的左側(cè)并聯(lián)，為了讓小燈泡兩端的電壓值從零開(kāi)始調(diào)節(jié)，開(kāi)始時(shí)滑片應(yīng)移到A端。(3)根據(jù)描點(diǎn)法可得出對(duì)應(yīng)的UI圖線(xiàn)如圖乙所示。(4)在圖乙中作出UI圖線(xiàn)過(guò)原點(diǎn)的切線(xiàn)，如圖丙所示；小燈泡在常溫下的電阻即UI圖線(xiàn)過(guò)原點(diǎn)的切線(xiàn)的斜率；故R 2.3 。答案：(1)見(jiàn)解析圖甲(2)A(3)見(jiàn)解析圖乙(4)2.3(2.22.4均可)要充分發(fā)掘圖像的“潛能”進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如在同一個(gè)UI 或IU坐標(biāo)系內(nèi)畫(huà)小燈泡和電源的圖線(xiàn)，交點(diǎn)即表示把小燈泡直接連在電源兩端的工作狀態(tài)，從而得到小燈泡的電壓、電流、功率，以及電流的內(nèi)部功率等。 例1(2018全國(guó)卷)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖(a)所示的電路探究在25 80 范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性。所用器材有：置于溫控室(圖中虛線(xiàn)區(qū)域)中的熱敏電阻RT，其標(biāo)稱(chēng)值(25 時(shí)的阻值)為900.0 ；電源E(6 V，內(nèi)阻可忽略)；電壓表(量程150 mV)；定值電阻R0(阻值20.0 )，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1 000 )；電阻箱R2(阻值范圍0999.9 )；單刀開(kāi)關(guān)S1，單刀雙擲開(kāi)關(guān)S2。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先按圖(a)連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0 。將S2與1端接通，閉合S1，調(diào)節(jié)R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值U0；保持R1的滑片位置不變，將R2置于最大值，將S2與2端接通，調(diào)節(jié)R2，使電壓表讀數(shù)仍為U0；斷開(kāi)S1，記下此時(shí)R2的讀數(shù)。逐步降低溫控室的溫度t，得到相應(yīng)溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0 。實(shí)驗(yàn)得到的R2t數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。t/25.030.040.050.060.070.080.0R2/900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列問(wèn)題：(1)在閉合S1前，圖(a)中R1的滑片應(yīng)移動(dòng)到_(填“a”或“b”)端。(2)在圖(b)的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出R2t曲線(xiàn)。(3)由圖(b)可得到RT在25 80 范圍內(nèi)的溫度特性。當(dāng)t44.0 時(shí)，可得RT_。(4)將RT握于手心，手心溫度下R2的相應(yīng)讀數(shù)如圖(c)所示，該讀數(shù)為_(kāi)，則手心溫度為_(kāi)。 三步化“新”為“熟”1本題實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄繜崦綦娮璧臏囟忍匦裕吞骄啃襞莸姆蔡匦杂泻芏嘞嗨浦帯?實(shí)驗(yàn)中使用了替代法，能準(zhǔn)確地確定熱敏電阻在不同溫度下的阻值。3本實(shí)驗(yàn)用R2t圖像表達(dá)熱敏電阻的溫度特點(diǎn)，采用描點(diǎn)法畫(huà)出圖像，并應(yīng)用圖像分析有關(guān)問(wèn)題。解析(1)閉合開(kāi)關(guān)S1前，應(yīng)讓滑片移動(dòng)到b端，使滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最大。(2)把t60 和t70 對(duì)應(yīng)的兩組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫(huà)點(diǎn)，然后用平滑的曲線(xiàn)畫(huà)出R2t曲線(xiàn)，使盡可能多的點(diǎn)位于曲線(xiàn)上，如圖所示。(3)由圖像可知t44.0 時(shí)，電阻的阻值約為450 。(4)由題圖(c)可得電阻箱阻值為620.0 ，由圖像可得溫度約為33.0 。答案(1)b(2)見(jiàn)解析圖(3)450(4)620.033.0例2某實(shí)驗(yàn)小組要探究一小燈泡的電壓與電流的關(guān)系，并研究小燈泡在不同電壓下的實(shí)際功率，實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示。(1)閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)在_(選填“a”或“b”)端。(2)閉合開(kāi)關(guān)，把滑片P向一端移動(dòng)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)電流表與電壓表均有明顯讀數(shù)且讀數(shù)幾乎不變，則電路中出現(xiàn)故障的元件可能是_(選填“A”或“B”)。A小燈泡B滑動(dòng)變阻器(3)該小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪出小燈泡的UI圖線(xiàn)如圖乙所示，可判定在圖丙中小燈泡的功率P與加在小燈泡兩端電壓的平方U2的圖線(xiàn)正確的是_(選填“1”“2”或“3”)。(4)某同學(xué)將兩個(gè)完全相同的這種小燈泡并聯(lián)接在電源兩端，已知電源的電動(dòng)勢(shì)E3 V、內(nèi)阻r2 ，則此時(shí)每個(gè)小燈泡的實(shí)際功率為_(kāi)W(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 三步化“新”為“熟”1本題實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯啃襞莸腢I圖線(xiàn)及實(shí)際功率，和探究小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)基本相同。2根據(jù)P，由于小燈泡電阻隨溫度的升高而增大，PU2 圖線(xiàn)的斜率應(yīng)逐漸變小。3根據(jù)電源的UI圖線(xiàn)和小燈泡UI圖線(xiàn)的交點(diǎn)坐標(biāo)，可確定小燈泡接在電源上的實(shí)際功率。解析(1)閉合開(kāi)關(guān)前，滑片P應(yīng)置于a端，使測(cè)量電路電流、電壓均為零。(2)電流表與電壓表均有明顯讀數(shù)且讀數(shù)幾乎不變，說(shuō)明測(cè)量電路導(dǎo)通，控制電路中的滑動(dòng)變阻器沒(méi)有起作用，故電路中出現(xiàn)故障的元件可能是滑動(dòng)變阻器。(3)由題圖乙可得，隨著小燈泡兩端電壓的增大，小燈泡的電阻增大，由P得，則P隨U2的變化變緩，題圖丙中正確的圖線(xiàn)為3。(4)設(shè)小燈泡兩端的電壓為U，流過(guò)每個(gè)小燈泡的電流為I，則EU2Ir，得U34I，在題圖乙中畫(huà)出電源的UI圖線(xiàn)如圖所示，交點(diǎn)坐標(biāo)U2.20 V，I0.200 A，所以每個(gè)小燈泡消耗的電功率為PUI0.44 W。答案(1)a(2)B(3)3(4)0.44(0.430.45均可) 創(chuàng)新角度歸納實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)新除研究小燈泡伏安特性曲線(xiàn)，還可研究日常生活中的材料或元件的伏安特性曲線(xiàn)器材的改進(jìn)或替換在沒(méi)有合適的電壓表、電流表的情況下可以先改裝，再使用，如：(1)擴(kuò)大電壓表量程：(2)擴(kuò)大電流表量程：實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新根據(jù)畫(huà)出的圖像，不僅可以分析元件的伏安特性，還可分析電阻、電阻率的變化、計(jì)算小燈泡實(shí)際功率等