20202021学年高考物理必考实验专题突破九测绘小电珠的伏安特性曲线含解析

12020-2021年高考物理必考实验九：测绘小电珠的伏安特性曲线1.实验原理(1)测多组小电珠的U、I的值,并绘出I-U图象。(2)图线的斜率反映电流与电压和温度的关系。2.实验器材学生电源(4V~6V直流)或电池组、小电珠(3.8V0.3A)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、坐标纸、导线若干。3.实验步骤(1)确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,按实验原理图连接好实验电路。(2)把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,接线经检查无误后,闭合开关S。(3)移动滑动变阻器的滑片,测出14组左右不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S。U/V00.20.40.60.81.01.2I/AU/V1.62.02.42.83.23.64.0I/A(4)拆除电路,整理仪器。4.数据处理(1)在坐标纸上以U为横轴,以I为纵轴,建立坐标系。(2)在坐标纸上描出各组数据所对应的点(坐标系纵轴和横轴的标度要适中,以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)。2(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小电珠的伏安特性曲线。5.误差分析(1)由于电压表、电流表不是理想电表,电表内阻对电路的影响会带来误差。(2)电流表、电压表的读数带来误差。(3)在坐标纸上描点、作图带来的误差。6.注意事项(1)电路的连接方式①电流表应采用外接法:小电珠(3.8V0.3A)的电阻很小,与0~0.6A的电流表串联时,电流表的分压影响很大。②滑动变阻器应采用分压式接法:目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化。(2)闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应移到使小电珠分得电压为零的一端,使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。(3)I-U图线在U0=1.0V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0V左右绘点要密,以防出现较大误差。(4)当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值记录I后马上断开开关。(5)误差较大的点舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线。【最新高考真题解析】1.（2020年全国II卷）某同学要研究一小灯泡L（3.6V，0.30A）伏安特性。所用器材有：电流表A1（量程200mA，内阻Rg1=10.0Ω），电流表A2（量程500mA，内阻Rg2=1.0Ω）、定值电阻R0（阻值R0=10.0Ω）、滑动变阻器R1（最大阻值10Ω）、电源E（电动势4.5V，内阻很小）、开关S和若干导线。该同学设计的电路如图（a）所示。（1）根据图（a），在图（b）的实物图中画出连线______。（2）若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流，利用I1、I2、Rg1和R0写出：小灯泡两端的电压U=_______，流过小灯泡的电流I=_______。为保证小灯泡的安全，I1不能超过_______mA。（3）实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取的3相应的I1和I2。所得实验数据在下表中给出。I1/mA325585125144173I2/mA171229299379424470根据实验数据可算得，当I1=173mA时，灯丝电阻R=_______Ω（保留1位小数）。（4）如果用另一个电阻替代定值电阻R0，其他不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所用电阻的阻值不能小于_______Ω（保留1位小数）。【答案】(1).(2).()110gIRR+(3).21II(4).180(5).11.6(6).8.0【解析】【详解】（1）根据电路图连接实物图如图所示（2）①根据电路图可知灯泡两端的电压为电流表A1和R0的总电压，故根据欧姆定律有()110gUIRR=+②根据并联电路特点可知流过小灯泡的电流为21III③因为小灯泡的额定电压为3.6V，故根据题目中已知数据带入①中可知I1不能超过180mA；（3）根据表中数据可知当I1=173mA时，I2=470mA；根据前面的分析代入数据可知此时灯泡两端的电压为U=3.46V；流过小灯泡的电流为I=297mA=0.297A；故根据欧姆定律可知此时小灯泡的电阻为43.46Ω11.6Ω0.297URI===（4）要测量完整的伏安特性曲线则灯泡两端的电压至少要达到3.6V，而电流表A1不能超过其量程200mA，此时结合①有()03.60.210R=?解得08ΩR，即要完整的测量小灯泡伏安特性曲线所用电阻的阻值不能小于8Ω。2.（2020年江苏卷）某同学描绘一种电子元件的IU关系图象，采用的实验电路图如题图1所示，V为电压表，mA为电流表，E为电源（电动势约6V），R为滑动变阻器（最大阻值20Ω），0R为定值电阻，S为开关。(1)请用笔画线代替导线，将题图2所示的实物电路连接完整____________。(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表：电压/VU0.0000.2500.5000.6500.7000.7250.750电流/mAI0.000.100.250.601.704.307.50请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的IU图线____________。(3)根据作出的IU图线可知，该元件是_________（选填“线性”或“非线性”）元件。(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻0R，会导致的两个后果是_________。A．电压和电流的测量误差增大B．可能因电流过大烧坏待测元件5C．滑动变阻器允许的调节范围变小D．待测元件两端电压的可调节范围变小【答案】(1).(2).(3).非线性元件(4).BC【解析】【详解】(1)[1]根据题意连接电路如图(2)[2]根据表格中数据描点，并用平滑的曲线连接各点如图(3)[3]根据图像可知该元件是非线性元件。(4)[4]AB．IU图线上某点与原点连线的斜率为1R，根据元件的特性可知，当电压超过一定数值时，电流会急剧增大，所以电阻会急剧减小，若用导线代替0R，电流急剧增大，可能会烧坏待测元件，对电流表和电压表的测量误差无影响，A错误，B正确；CD．根据图像可知待测元件电压范围小于1V，而电源电动势为6V，因为待测元件两端电压非常小，如果用导线代替0R，会导致滑动变阻器的调节范围变得非常小，难以调节，C正确，D错误。故选BC。【典例1】要测绘一个标有“3V0.6W”小灯泡的伏安特性曲线,小灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到的63V,并便于操作。已选用的器材有:电池组(电动势为4.5V,内阻约为1Ω);电流表(量程为0~250mA,内阻约为5Ω);电压表(量程为0~3V,内阻约为3kΩ);开关一个、导线若干。(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的(填字母代号)。A.滑动变阻器(最大阻值为20Ω,额定电流为1A)B.滑动变阻器(最大阻值为1750Ω,额定电流为0.3A)(2)实验的电路图应选用下列四个电路图中的(填字母代号)。(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V,内阻为5Ω的电源两端,小灯泡消耗的功率是W。【解析】(1)测绘小电珠的伏安特性曲线,要求能较大范围地测量数据,所以控制电路部分应用分压式接法,滑动变阻器应用最大阻值小、额定电流大的,故选A。(2)电珠的电阻R=𝑈2𝑈=15Ω,额定电流I=𝑈𝑈=0.2A,由R=15Ω√𝑈A𝑈V=√15000Ω,依据“大内小外”的原则,可知电流表应采用外接法,B项正确。(3)在小电珠的I-U图象上作出电源的I-U图线,如图乙所示,交点坐标为这个电源给这个小电珠供电时的电压和电流,此时P电珠=IU=0.10×1.0W=0.1W。7乙【答案】(1)A(2)B(3)0.1【针对训练1】在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,除小灯泡L“3.8V0.3A”外,可供选择的实验仪器如下:A.电压表:量程0~3V,内阻约为6kΩB.电流表:量程0~4mA,内阻为100ΩC.电流表:量程0~300mA,内阻约为5ΩD.滑动变阻器R1:最大阻值为10Ω,额定电流为1.0AE.滑动变阻器R2:最大阻值为5Ω,额定电流为0.5AF.定值电阻R3:阻值为2kΩG.定值电阻R4:阻值为900ΩH.直流电源E:电动势约为6V,内阻约为0.5ΩI.开关S一个,导线若干(1)先将(选填元件前的序号字母)与(选填元件前的序号字母)电阻(选填“串联”或“并联”),将其改为量程为4V的电压表。(2)在虚线框内画出实验电路图(改装后的电压表直接用电压表的符号表示)。(3)其中,滑动变阻器应选;电流表应选。(均填元件前的序号字母)(4)某实验小组完成实验后,利用实验得到的数据描绘出如图甲所示的小灯泡的伏安特性曲线。根据此图给出的信息,可以判断:图乙所示的该小灯泡的P-U2或P-I2图线中(P为小灯泡的功率),可能正确的是。8【解析】(1)直流电源电动势约为6V,题干所述电压表最大量程为3V,所以需要改装出一个量程较大的电压表。改装成电压表需要给串联一个电阻,其电阻R=𝑈𝑈g-Rg=40.004Ω-100Ω=900Ω。(2)测绘小灯泡的伏安特性曲线要求电压从零开始连续变化,所以滑动变阻器要采用分压式接法。小灯泡L“3.8V0.3A”的电阻Rx=𝑈𝑈=3.80.3Ω≈13Ω,远小于电压表的内阻,所以用电流表外接法,电路图如图丙所示。丙(3)若选用滑动变阻器R2,则通过滑动变阻器的最小电流I=𝑈𝑈+𝑈2=3.80.5+5A≈0.7A,大于滑动变阻器R2的额定电流,所以滑动变阻器应选R1,即D。小灯泡的额定电流为0.3A,所以电流表应选C。(4)由图甲可知,小灯泡电阻逐渐增大,根据P=𝑈2𝑈可知,P-U2图象的斜率应逐渐减小,B项正确;根据P=I2R可知,P-I2图象的斜率应逐渐增大,D项正确。【答案】(1)BG串联(2)电路图如图丙所示(3)DC(4)BD【典例2】某物理学习小组要描绘一只小灯泡(2.5V1.2W)的伏安特性曲线,有下列器材供选用:A.电压表(0~3V,内阻为6kΩ)B.电压表(0~15V,内阻为30kΩ)C.电流表(0~3A,内阻为0.1Ω)D.电流表(0~0.6A,内阻为0.5Ω)E.滑动变阻器(0~10Ω,允许通过的最大电流为5A)F.滑动变阻器(0~1kΩ,允许通过的最大电流为0.1A)9G.电源(3V,内阻不计)H.开关一个,导线若干(1)电压表应选用,电流表应选用,滑动变阻器应选用。(用序号字母表示)(2)如图甲所示,图中有几根导线已经接好,为完成本实验,请用笔画线代替导线,将电路补画完整,要求实验误差尽可能小。(3)下表中的数据是该小组在实验中测得的,请在图乙坐标纸上补齐未画出的数据点,用“×”表示,并绘出I-U图线。根据I-U图象可知,该小灯泡灯丝温度升高时,电阻(选填“变大”或“变小”)。U/V0.000.400.801.001.20I/A0.000.170.270.300.35U/V1.501.802.002.202.50I/A0.390.430.450.470.48【解析】(1)灯泡额定电压是2.5V,电压表应选A;灯泡额定电流I=1.22.5A=0.48A,电流表选D;为方便实验操作,滑动变阻器应选总阻值较小的E。(2)测绘小灯泡伏安特性曲线时,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法;灯泡正常发光时的电阻较小,故电流表应采用外接法,连接实物图如图丙所示。10丙(3)根据描点法得出对应的图象如图丁所示。丁由图可知,电阻随温度的升高而增大。【答案】(1)ADE(2)如图丙所示(3)如图丁所示变大【针对训练2】某同学使用如下器材:电源E(电动势为12V);电压表(量程为15V,内阻约为15kΩ);电流表(量程为100mA,内阻约为10Ω);滑动变阻器(最大阻值为50Ω);单刀单掷开关;导线若干。测出了一个小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示,已知小灯泡的额定电压为12V。甲(1)在实验中要尽可能提高实验精度,所用的实验电路图应选图乙中的()。11乙(2)请根据所选的实验电路图在图丙的实物图上连线。丙(3)