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2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第七章 實驗八 描繪小電珠的伏安特性曲線高效演練 一、實驗?zāi)康? 1．掌握滑動變阻器的使用方法及連接方式． 2．掌握伏安特性曲線的描繪方法． 3．理解小電珠的伏安特性曲線為什么是曲線． 二、實驗原理 用電流表測出流過小電珠的電流，用電壓表測出小電珠兩端的電壓，測出多組(U，I)值，在U－I坐標(biāo)系中描出各對應(yīng)點，用一條平滑的曲線將這些點連起來． 三、實驗器材 小電珠“3.8 V,0.3 A”、電壓表“0～3 V～15 V”、電流表“0～0.6 A～3 A”、滑動變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆． 四、實驗步驟 1．畫出電路圖(如實驗原理圖所示)． 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)線連接成如實驗原理圖所示的電路． 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)計的表格中． 4．?dāng)?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． (3)將描出的點用平滑的曲線連接起來，就得到小電珠的伏安特性曲線． 一、滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法比較 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≤ 二、兩種接法的選擇 1．限流式接法適合控制阻值較小的電阻的電壓，分壓式接法適合控制阻值較大的電阻的電壓． 2．要求電壓從0開始逐漸增大，采取分壓式接法． 三、誤差分析 1．電流表外接，由于電壓表的分流，使電流表示數(shù)偏大． 2．測量時讀數(shù)帶來誤差． 3．在坐標(biāo)紙上描點、作圖帶來誤差． 四、注意事項 1．本實驗中被測小電珠燈絲的電阻值較小，因此測量電路必須采用電流表外接法． 2．滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法，目的是使小電珠兩端的電壓能從零開始連續(xù)變化． 3．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零的一端． 4．加在小電珠兩端的電壓不要超過其額定電壓． 考點一　器材、電路的選擇和數(shù)據(jù)分析 [學(xué)生用書P138] 　(xx高考天津卷)要測繪一個標(biāo)有“3 V　0.6 W”小電珠的伏安特性曲線，電珠兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V，并便于操作．已選用的器材有： 電池組(電動勢為4.5 V，內(nèi)阻約1 Ω)； 電流表(量程為0～250 mA，內(nèi)阻約5 Ω)； 電壓表(量程為0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ)； 電鍵一個、導(dǎo)線若干． (1)實驗中所用的滑動變阻器應(yīng)選下列中的________(填字母代號)． A．滑動變阻器(最大阻值20 Ω， 額定電流1 A) B．滑動變阻器(最大阻值1 750 Ω，額定電流0.3 A) (2)實驗的電路圖應(yīng)選用下列的圖________(填字母代號)． (3)實驗得到小電珠的伏安特性曲線如圖所示．如果將這個小電珠接到電動勢為1.5 V，內(nèi)阻為5 Ω的電源兩端，小電珠消耗的功率是________W. [解析]　(1)測繪小電珠的伏安特性曲線，要求能較大范圍地測量數(shù)據(jù)，所以控制電路部分應(yīng)用分壓式接法，滑動變阻器應(yīng)用最大阻值小、額定電流大的A. (2)因為小電珠兩端的電壓由零逐漸增加到3 V，故滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法．電珠的電阻R＝＝15 Ω，額定電流I＝＝0.2 A，由R＝15 Ω<＝ Ω，依據(jù)公式法“大內(nèi)小外”的原則，可知電流表應(yīng)采用外接法，故選B. (3)在電珠的I－U圖上作出電源的I－U圖線，交點坐標(biāo)即為這個電源給這個電珠供電時的電壓和電流，此時P電珠＝IU＝0.101.0 W＝0.1 W. [答案]　(1)A　(2)B　(3)0.1 考點二　對電路的連接和實驗原理的考查 [學(xué)生用書P138] 　(xx云南統(tǒng)測)在做“描繪小電珠的伏安特性曲線”的實驗時，所用電流表內(nèi)阻約為幾歐，電壓表內(nèi)阻約為十幾千歐．實驗中得到了多組數(shù)據(jù)，通過描點連線在I－U坐標(biāo)系中得到了小電珠的伏安特性曲線如圖甲所示． (1)在虛線框中畫出實驗電路原理圖，并在圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線連接電路． (2)根據(jù)圖甲所示，可確定小電珠的功率P與U2和P與I2的關(guān)系，下列示意圖中合理的是________． (3)將被測小電珠與定值電阻R和電源串聯(lián)成如圖丙所示的電路．電源電動勢為6.0 V，內(nèi)阻為1.0 Ω.若電路中的電流為0.40 A，則定值電阻R所消耗的電功率為________W. [解析]　(1)由題圖甲中伏安特性曲線可知，滑動變阻器采用的是分壓式接法；由于小電珠電阻與電流表內(nèi)阻相差不多，故電流表應(yīng)采用外接法． (2)隨著電壓或電流的增大，小電珠的電阻增大，小電珠的電功率與電壓或電流的關(guān)系分別為P＝或P＝I2R，所以P－U2圖線上的點與原點連線的斜率(表示小電珠電阻的倒數(shù))應(yīng)不斷減小，P－I2圖線上的點與原點連線的斜率(表示小電珠的電阻)不斷增大，D正確． (3)由小電珠的伏安特性曲線可知，電流I＝0.40 A時，小電珠兩端電壓UL＝4 V，由歐姆定律可知，內(nèi)電壓U′＝Ir＝0.4 V，由閉合電路歐姆定律可知定值電阻兩端電壓UR＝E－UL－U′＝1.6 V，所以定值電阻消耗的電功率P＝URI＝0.64 W. [答案]　(1)電路圖、實物圖如圖所示　(2)D (3)0.64 [學(xué)生用書P139] 本實驗的創(chuàng)新改進(jìn)之處主要集中在兩點： 1．?dāng)?shù)據(jù)處理方式的改進(jìn)：采取“DIS”數(shù)字化實驗系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理． 2．被測元件的變更：探究其他元件的伏安特性，或其電阻隨溫度變化的規(guī)律． 　(xx石家莊模擬)為了探究某電阻Rt在不同溫度下的阻值，某同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的電路，其中A為內(nèi)阻不計、量程為3 mA的電流表，E1為電動勢為1.5 V、內(nèi)阻約為1 Ω的電源，R1為滑動變阻器，R2為電阻箱，S為單刀雙擲開關(guān)． (1)實驗室中提供的滑動變阻器有兩個：RA(0～150 Ω)，RB(0～500 Ω)，本實驗中滑動變阻器R1應(yīng)選用________(填“RA”或“RB”)． (2)完成下面實驗步驟： ①調(diào)節(jié)溫度，使Rt的溫度達(dá)到t1； ②將S撥向接點1，調(diào)節(jié)________，使電流表的指針偏轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置，記下此時電流表的讀數(shù)I； ③將S撥向接點2，調(diào)節(jié)________，使電流表的讀數(shù)仍為I，記下此時電阻箱的讀數(shù)R0，則當(dāng)溫度為t1時，電阻Rt＝________； ④改變Rt的溫度，重復(fù)步驟②③，即可測得電阻Rt的阻值隨溫度變化的規(guī)律． (3)現(xiàn)測得電阻Rt隨溫度t變化的圖象如圖乙所示．把該電阻與電動勢為3.0 V、內(nèi)阻不計的電源E2，量程為3.0 V的理想電壓表V(圖中未畫出)和電阻箱R2連成如圖丙所示的電路，用該電阻做測溫探頭，將電壓表的電壓刻度改為相應(yīng)的溫度刻度，就得到了一個簡單的“電阻溫度計”．若要求電壓表的讀數(shù)必須隨溫度的升高而增大，則應(yīng)在原理圖丙中________(填“a、b”或“b、c”)兩點接入電壓表．如果電阻箱阻值R2＝75 Ω，則電壓表刻度盤2.0 V處對應(yīng)的溫度數(shù)值為________℃. [解析]　(1)由電源的電動勢為1.5 V，電流表量程為3 mA可知，達(dá)到滿偏時，電路總電阻約為500 Ω，故滑動變阻器選擇RB. (2)實驗中選用替代法測量電阻，第二步中，先將S撥向接點1，調(diào)節(jié)滑動變阻器R1，記錄電流表讀數(shù)；然后將S撥向接點2，調(diào)節(jié)電阻箱R2，使電流表讀數(shù)仍為I，此時電阻箱的讀數(shù)即為待測電阻的阻值，即Rt＝R0. (3)由于電阻Rt隨溫度升高而增大，由閉合電路歐姆定律可知其兩端電壓也增大，所以電壓表與之并聯(lián)，即電壓表接在b、c兩點．根據(jù)題圖乙中圖象可得Rt＝(100＋t)Ω，由串聯(lián)分壓規(guī)律可得電壓表示數(shù)為2.0 V時，Rt＝150 Ω，解得t＝50(℃)． [答案]　(1)RB　(2)②R1　③R2　R0　(3)b、c　50 [總結(jié)提升]　本實驗雖是探究某電阻隨溫度變化的規(guī)律，但核心還是等效法測電阻，只要弄清測量方法和原理，結(jié)合其他電路知識就能解決，解決創(chuàng)新實驗，考生克服恐懼心理很關(guān)鍵． [學(xué)生用書P139] 1.在描繪小電珠的伏安特性曲線時，采用如圖所示電路，實驗中發(fā)現(xiàn)移動滑動變阻器的滑片時，電流表的示數(shù)變化而電壓表的指針不動，下列原因可能的是(　　) A．小電珠中燈絲已燒斷 B．滑片接觸不良 C．小電珠內(nèi)部短路 D．滑動變阻器A端接觸不良 解析：選C.由題圖知，移動滑片時，因電流表示數(shù)有變化，故和電流表串聯(lián)的回路中不存在斷點，故A錯．若滑片接觸不良，電路中不可能有電流，故B錯．若滑動變阻器A端接觸不良，滑片移動時電流表和電壓表讀數(shù)均變化，故D錯．若小電珠內(nèi)短路則小電珠兩端電壓為零，電壓表指針不變，移動滑片時，只有電流表指針變化，故選C. 2．(xx合肥模擬)為了測量一個“12 V　5 W”的小電珠在不同電壓下的功率，給定了以下器材： 電源：12 V，內(nèi)阻不計； 電流表：0～0.6 A,0～3 A，內(nèi)阻可忽略； 電壓表：0～3 V,0～15 V，內(nèi)阻很大； 滑動變阻器：阻值范圍0～20 Ω，允許最大電流1 A； 開關(guān)一個，導(dǎo)線若干． 實驗時要求加在電珠兩端的電壓可從0調(diào)到12 V. (1)將圖甲中的實物圖連接完整． (2)某位同學(xué)測得小電珠的伏安特性曲線如圖乙所示，某次測量時，小電珠電流強(qiáng)度大小為0.40 A，則此時加在它兩端的電壓為________V，此時小電珠的實際功率為________W. 解析：(1)由于要求電壓從0開始調(diào)節(jié)，故滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法．又因電流表內(nèi)阻可忽略，則電流表采用內(nèi)接法、外接法均可以，實物連接如圖． (2)由I－U圖線得，當(dāng)I＝0.40 A時，U＝6.0 V，故小電珠的實際功率為P＝IU＝2.4 W. 答案：(1)見解析　(2)6.0　2.4 3．(xx濟(jì)南模擬)有一個小電珠上標(biāo)有“4 V　2 W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個小電珠的U－I圖線，有下列器材可供選用： 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．滑動變阻器(5 Ω，10 A) F．滑動變阻器(500 Ω，0.2 A) (1)實驗中電壓表應(yīng)選用________，電流表應(yīng)選用________．(用序號字母表示) (2)為使實驗誤差盡量減小，要求電壓從零開始變化且多取幾組數(shù)據(jù)，滑動變阻器應(yīng)選用________(用序號字母表示)． (3)請在方框內(nèi)畫出滿足實驗要求的電路圖，并把圖中所示的實驗器材用實線連接成完整的實物電路圖． 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，故只能選用0～5 V的電壓表，故選A.由P＝UI得，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，電壓從零開始變化，并要多測幾組數(shù)據(jù)，故只能采用滑動變阻器分壓接法，而分壓接法中應(yīng)選總阻值小的滑動變阻器，故選E. (3)電珠內(nèi)阻R＝＝8 Ω，電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于電珠內(nèi)阻，應(yīng)采用電流表外接法，故電路圖和實物連接圖如圖所示． 答案：(1)A　D　(2)E　(3)見解析 4．(xx唐山統(tǒng)考)某同學(xué)合理選用下列器材組成一個電路，同時對兩個不同的熱敏電阻RA、RB進(jìn)行了測量，得到了兩個熱敏電阻的I－U關(guān)系曲線，如圖所示． 在實驗中，有以下器材供選擇： A．量程為50 mA的電流表A1，內(nèi)阻約10 Ω B．量程為0.6 A的電流表A2，內(nèi)阻約0.05 Ω C．量程為3 V的電壓表V1，內(nèi)阻約10 kΩ D．量程為6 V的電壓表V2，內(nèi)阻約50 kΩ E．電動勢為12 V、內(nèi)阻不計的直流電源 F．滑動變阻器R1(50 Ω，0.6 A) G．滑動變阻器R2(10 Ω，0.02 A) H．單刀單擲開關(guān)一個、導(dǎo)線若干． (1)為了得到熱敏電阻完整的I－U關(guān)系曲線，請選擇合適的實驗器材：________________________________________________________________________(填器材前的選項字母)． (2)請設(shè)計實驗電路并把它畫到方框中，標(biāo)明相應(yīng)的器材代號． (3)該同學(xué)將RA、RB串聯(lián)起來，與電壓恒為7 V的穩(wěn)壓電源連接，則此時熱敏電阻RA和RB消耗的功率之比為________． 解析：(1)根據(jù)I－U關(guān)系曲線上的數(shù)據(jù)去選擇實驗器材． (2)測定I－U關(guān)系曲線．要求電壓從零開始變化，故滑動變阻器采用分壓式接法；由于熱敏電阻的阻值比電壓表的內(nèi)阻小很多，所以電流表采用外接法． (3)由題圖可知電流等大時RA∶RB＝2∶5，則可知RA和RB消耗的功率之比為2∶5. 答案：(1)ACDEFH　(2)電路如圖所示　(3)2∶5 5．(xx廣東汕頭摸底)某研究性學(xué)習(xí)小組為了制作一種傳感器，需要選用一電器元件，如圖為該電器元件的伏安特性曲線，有同學(xué)對其提出質(zhì)疑，現(xiàn)需進(jìn)一步驗證該伏安特性曲線，實驗室備有下列器材： 器材(代號) 規(guī)格 電流表(A1) 量程0～50 mA，內(nèi)阻約為50 Ω 電流表(A2) 量程0～200 mA，內(nèi)阻約為10 Ω 電壓表(V1) 量程0～3 V，內(nèi)阻約為10 kΩ 電壓表(V2) 量程0～15 V，內(nèi)阻約為25 kΩ 滑動變阻器(R1) 阻值范圍0～15 Ω，允許最大電流1 A 滑動變阻器(R2) 阻值范圍0～1 kΩ，允許最大電流0.1 A 直流電源(E) 輸出電壓6 V，內(nèi)阻不計 開關(guān)(S) 導(dǎo)線若干 (1)為提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確程度，電流表應(yīng)選用________；電壓表應(yīng)選用________；為方便實驗操作，滑動變阻器應(yīng)選用________．(以上均填器材代號) (2)為達(dá)到上述目的，請在虛線框內(nèi)畫出正確的實驗電路原理圖，并標(biāo)明所用器材的代號． —— (3)實驗發(fā)現(xiàn)測得的伏安特性曲線與圖中曲線基本吻合，請說明該伏安特性曲線與小電珠的伏安特性曲線有何異同點？ 相同點：________________________________________________________________________. 不同點：________________________________________________________________________. 解析：由圖線可知，電路最大電流大于50 mA，因此電流表選A2；電路最大電壓為3 V，電壓表選V1；滑動變阻器采用分壓式接法，選阻值小的R1. 答案：(1)A2　V1　R1　(2)如圖 (3)電阻隨所加電壓改變而改變　該元件電阻隨電壓升高而減小，小電珠電阻隨電壓升高而增大 6．某學(xué)習(xí)小組擬研究一個標(biāo)有“3.6 V　1.8 W”的小電珠的伏安特性曲線，可供選用的器材如下： ①電流表A，量程0～0.6 A，內(nèi)阻約為0.2 Ω； ②電壓表V，量程0～15 V，內(nèi)阻約為15 kΩ； ③滑動變阻器R，阻值范圍0～10 Ω； ④學(xué)生電源E，電動勢為4 V，內(nèi)阻不計； ⑤開關(guān)S及導(dǎo)線若干． (1)該學(xué)習(xí)小組中的甲同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的電路進(jìn)行測量，請按照圖甲所示的電路圖幫甲同學(xué)將圖乙中的實物圖連接起來． (2)甲同學(xué)在實驗中發(fā)現(xiàn)，由于電壓表的量程較大而造成讀數(shù)誤差很大，因而影響了測量結(jié)果．于是又從實驗室找來一量程為Ig＝100 μA、內(nèi)阻Rg＝1 000 Ω的靈敏電流計，想把該靈敏電流計改裝成量程為5 V的電壓表，則需串聯(lián)一個阻值為________ Ω的電阻． (3)甲同學(xué)用改裝后的電壓表進(jìn)行實驗，得到電流表讀數(shù)I1和靈敏電流計讀數(shù)I2如下表所示： I1(A) 0 0.19 0.30 0.37 0.43 0.46 0.48 0.49 I2(μA) 0 10 20 30 40 50 60 70 請在圖丙中的坐標(biāo)紙上畫出I1－I2圖線． 丙 丁 (4)若將該小電珠接在如圖丁所示的電路中，則該小電珠消耗的電功率約為________W．已知電源的電動勢為E＝3.0 V，內(nèi)阻r＝1.5 Ω，定值電阻R0＝4.5 Ω.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 解析：(1)如圖所示 (2)設(shè)需要串聯(lián)的電阻阻值為Rx，則有Ig(Rg＋Rx)＝5 V，代入數(shù)據(jù)可得Rx＝49 000 Ω. (4)將定值電阻R0看做該電源的電阻，則內(nèi)阻r′＝6 Ω，由此可得路端電壓U＝E－Ir′，在I1－I2圖線所在坐標(biāo)紙上作出該I－U圖象如下圖所示，可知其交點坐標(biāo)表示的電流約為0.32 A，電壓約為1.1 V，所以該燈泡消耗的功率約為P＝0.321.1 W≈0.35 W. 答案：(1)見解析圖　(2)49 000　(3)如下圖所示 (4)0.35