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2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 專題15 描繪小燈泡的伏安特性曲線問題知識(shí)點(diǎn) 主標(biāo)題：描繪小燈泡的伏安特性曲線 副標(biāo)題：剖析考點(diǎn)規(guī)律，明確高考考查重點(diǎn)，為學(xué)生備考提供簡(jiǎn)潔有效的備考策略。 關(guān)鍵詞：伏安特性曲線 難度：3 重要程度：5 內(nèi)容： 考點(diǎn)剖析： “描繪小燈泡的伏安特性曲線”是高考考試大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)考查內(nèi)容，近幾年高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)多次考查了不同電子元件的“伏安特性曲線”。分析這些高考實(shí)驗(yàn)試題，我們大體上可以概括出試題的特點(diǎn)為： 1.考查電路的設(shè)計(jì)和電路的連接； 2.曲線圖像的分析。 分析曲線的變化規(guī)律是高考考查的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，這不僅要求考生掌握?qǐng)D像斜率的物理意義這一知識(shí)點(diǎn)，還要知道圖像斜率變化的規(guī)律，即電阻隨電壓的變化關(guān)系。因此，物理高考復(fù)習(xí)時(shí)，必須依據(jù)高考大綱，通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作（包括特性曲線的描繪）以及結(jié)合具體實(shí)例對(duì)特性曲線的分析研究。只有這樣，扎實(shí)復(fù)習(xí)，才能應(yīng)對(duì)高考。 典型例題 例1．（15廣東卷）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3 kΩ），電流表（內(nèi)阻約為1 Ω），定值電阻等。 （a） (b) (c) 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（a）所示，讀數(shù)為 Ω。據(jù)此應(yīng)該選擇圖中的 （填“(b)”或“(c)”）的電路進(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Y，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 （d） (e) 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。 ④該小組還借助X和Y中的線性元件和阻值R=21 Ω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，電路如圖（e）所示。閉合S1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00 V；斷開S2，讀數(shù)為1.00 V。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） 【解析】① 10 b ②增大 ③Y ④3.2 0.50 ①由題圖讀得：101 Ω=10 Ω，為小電阻，為了減小誤差應(yīng)采用電流表外接法，即圖 (b)接法；②閉合S，滑動(dòng)變阻器的滑片P從左向右滑動(dòng)，使測(cè)量電路電壓增大，由歐姆定律得電流增大；③根據(jù)線性元件的U–I圖線為直線，非線性元件的U–I圖線為曲線可得：Y是非線性元件；④由圖 (d)可得線性元件X的阻值為10 Ω，根據(jù)閉合電路歐姆定律及題意有：E=3.00+r和E=1.00+ (21+r)，解得E=3.15 V≈3.2 V，r=0.50 Ω。 例2．(xx浙江卷)小明對(duì)2 B鉛筆芯的導(dǎo)電性能感興趣，于是用伏安法測(cè)量其電阻值。 (1)圖1是部分連接好的實(shí)物電路圖，請(qǐng)用電流表外接法完成接線并在圖1中畫出。 圖1 圖2 (2)小明用電流表內(nèi)接法和外接法分別測(cè)量了一段2 B鉛筆芯的伏安特性，并將得到的電流、電壓數(shù)據(jù)描到U－I圖上，如圖2所示。在圖中，由電流表外接法得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)是用________(選填“○”或“”)表示的。 (3)請(qǐng)你選擇一組數(shù)據(jù)點(diǎn)，在圖2上用作圖法作圖，并求出這段鉛筆芯的電阻為________Ω。 【解析】 (1)如圖1所示(2)“”(3)作圖見圖2用“”連線R＝(1.1～1.3) Ω；用“○”連線R＝(1.5～1.7) Ω 圖1 圖2 (1)由圖2中的電壓、電流數(shù)據(jù)從零開始可知滑動(dòng)變阻器采用分壓式，電壓表選擇量程3 V，電流表采用外接法。 (2)外接法由于電壓表分流，測(cè)得的電阻比內(nèi)接法測(cè)得的要小，故電流表外接法得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)是用“”表示的。 (3)用“”數(shù)據(jù)點(diǎn)連直線，斜率為鉛筆芯的電阻，考慮誤差因素，R＝(1.1～1.3)Ω，用“○”數(shù)據(jù)點(diǎn)連直線，同理得R＝(1.5～1.7)Ω。 例3． (xx新課標(biāo)Ⅱ卷) I.在伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)中，待測(cè)電阻Rx的阻值約為200 Ω，電壓表V的內(nèi)阻約為2 kΩ，電流表A的內(nèi)阻約為10 Ω，測(cè)量電路中電流表的連接方式如圖(a)或圖(b)所示，結(jié)果由公式Rx＝計(jì)算得出，式中U與I分別為電壓表和電流表的示數(shù)。若將圖(a)和圖(b)中電路測(cè)得的電阻值分別記為Rx1和Rx2，則______(選填“Rx1”或“Rx2”)更接近待測(cè)電阻的真實(shí)值，且測(cè)量值Rx1________(選填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值，測(cè)量值Rx2______(選填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值。 圖（a） 圖(b) 【解析】 Rx1　大于　小于 ＝＝10，＝＝20，故<＝10，應(yīng)該采用電流表內(nèi)接法，即圖(a)接法。由“大內(nèi)偏大，小外偏小”的結(jié)論可知電流表內(nèi)接時(shí)測(cè)量值Rx1大于真實(shí)值，外接時(shí)，測(cè)量值Rx2小于真實(shí)值。 Ⅱ.如圖為“測(cè)繪小燈伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路圖，已知小燈泡額定電壓為2.5 V。 （1）完成下列實(shí)驗(yàn)步驟： ①閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，　　　　　　 ②閉合開關(guān)后，逐漸移動(dòng)變阻器的滑片，　　　　　??； ③斷開開關(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。 （2）在虛線框中畫出與實(shí)物電路相應(yīng)的電路圖。 【解析】（1）①置于最左端。②燈泡的電壓不能超過額定電壓2.5 V。（2）電路圖如圖所示。 （1）①題中，滑動(dòng)變阻器采用的是分壓式接法，閉合電鍵前，必須使得測(cè)量電路部分處于短路狀態(tài)，保護(hù)測(cè)量電路部分，因?yàn)榕c測(cè)量電路并聯(lián)部分為滑動(dòng)變阻器的左側(cè)部分，所以閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片置于最左端。 ②閉合開關(guān)后，為了增大電壓應(yīng)將滑片向右逐漸移動(dòng)，但燈泡的電壓不能超過額定電壓2.5 V。 （2）由圖看出，電流表采取外接法，滑動(dòng)變阻器采用的是分壓式接法，畫出電路圖如圖所示。 例4．（xx?天津）要測(cè)繪一個(gè)標(biāo)有“3 V，0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線，燈泡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(dòng)勢(shì)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)限約3 kΩ）： 電鍵一個(gè)、導(dǎo)線若干。 ①實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選下列中的　　　　　?。ㄌ钭帜复?hào)）。 A．滑動(dòng)變阻器（最大阻值20 Ω，額定電流1 A） B．滑動(dòng)變阻器（最大阻值1750 Ω，額定電流0.3 A） ②實(shí)驗(yàn)的電路圖應(yīng)選用圖1中　　　　　?。ㄌ钭帜复?hào)）。 ③實(shí)臉得到小燈泡的伏安特性曲線如圖2所示。如果將這個(gè)小燈泡接到電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，內(nèi)阻為5.0 Ω的電源兩端，小燈泡消耗的功率是　　　　　　W。 【解析】①A；②B；③0.1。 ①因?qū)嶒?yàn)要求電流從零調(diào)，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)用分壓式接法，應(yīng)選全電阻最小的變阻器A。 ②因小燈泡電阻為R===15 Ω，＞，故電流表應(yīng)用外接法，又變阻器用分壓式，故電路圖應(yīng)選B。 ③電源與小燈泡直接串聯(lián)，那么路端電壓等于小燈泡兩端的電壓，畫出內(nèi)阻為5 Ω，電動(dòng)勢(shì)為1.5 V的電源的路端電壓與干路電流的關(guān)系圖線和小燈泡的伏安特性曲線的交點(diǎn)即表示小燈泡與該電源直接串聯(lián)； 根據(jù)交點(diǎn)坐標(biāo)（1.0 V，0.1 A）可以計(jì)算出小燈泡消耗的功率為：P=UI=10.1=0.1 W。 例5．（xx?上海）為確定某電子元件的電氣特性，做如下測(cè)量。 （1）用多用表測(cè)量該元件的電阻，選用“100”倍率的電阻檔測(cè)量，發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉(zhuǎn)過大，因此需選擇　　　　　　倍率的電阻檔（填：“10”或“1 k”），并　　　　　　，再進(jìn)行測(cè)量，多用表的示數(shù)如圖（a）所示，測(cè)量結(jié)果為　　　　　　Ω。 （2）將待測(cè)元件（額定電壓9 V）、蓄電池、滑動(dòng)變阻器、電流表、多用表、電鍵及若干導(dǎo)線連接成電路如圖（b）所示。添加連線，使電路能測(cè)量該元件完整的伏安特性。 本實(shí)驗(yàn)中使用多用表測(cè)電壓，多用表的選擇開關(guān)應(yīng)調(diào)到　　　　　　檔（填：“直流電壓10 V”或“直流電壓50 V”）。 【解析】（1）10，歐姆調(diào)零，70；（2）如圖，直流電壓10 V。 （1）選用“100”倍率的電阻檔測(cè)量，發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉(zhuǎn)過大，應(yīng)選取10倍率的電阻檔，并需要重新歐姆調(diào)零后再測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為R=710 Ω=70 Ω； （2）因測(cè)量元件的伏安特性曲線，所以電流應(yīng)從零調(diào)，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)用分壓式接法，電路如圖；因電源電動(dòng)勢(shì)為9 V，所以電壓表應(yīng)調(diào)到直流電壓10 V檔。 例6．（xx?江蘇）為探究小燈泡的電功率P和電壓U的關(guān)系，小明測(cè)量小燈泡的電壓U和電流I，利用P=UI得到電功率。 實(shí)驗(yàn)所使用的小燈泡規(guī)格為“3.0 V，1.8 W”，電源為12 V的電池，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為10 Ω。 （1）準(zhǔn)備使用的實(shí)物電路如圖1所示。 請(qǐng)將滑動(dòng)變阻器接入電路的正確位置。（用筆畫線代替導(dǎo)線） （2）現(xiàn)有10 Ω、20 Ω和50 Ω的定值電阻，電路中的電阻R1 應(yīng)選　　　　　　Ω的定值電阻。 （3）測(cè)量結(jié)束后，應(yīng)先斷開開關(guān)，拆除　　　　　　兩端的導(dǎo)線，再拆除其他導(dǎo)線，最后整理好器材。 （4）小明處理數(shù)據(jù)后將P、U2描點(diǎn)在坐標(biāo)紙上，并作出了一條直線，如圖2所示。 請(qǐng)指出圖像中不恰當(dāng)?shù)牡胤健? 【解析】故答案為（1）如圖（2）10（3）電池 （4）圖線不應(yīng)畫直線，應(yīng)用平滑的曲線連接；橫坐標(biāo)標(biāo)度太大。 （1）從P﹣U2圖像可知電壓從零調(diào)，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)用分壓式接法，變阻器連接如圖所示 （2）當(dāng)變阻器的輸出電壓最大時(shí)，通過小燈泡的電流為額定電流I==A=0.6 A，根據(jù)歐姆定律通過變阻器的電流為I變==A=0.3 A，所以通過電源的電流為I=I+I變=0.6+0.3=0.9 A，根據(jù)閉合電路歐姆定律，應(yīng)有E=U+ I（r+R0），解得R0+r==Ω=10 Ω，所以保護(hù)電阻應(yīng)選10 Ω的定值電阻； （3）根據(jù)安全性原則，測(cè)量結(jié)束后，應(yīng)先斷開開關(guān)，拆除電池兩端的導(dǎo)線，再拆除其他導(dǎo)線，最后整理好器材。 （4）圖像中不恰當(dāng)?shù)牡胤接孝賵D線不應(yīng)畫直線，應(yīng)用平滑的曲線連接；②橫坐標(biāo)標(biāo)度太大。