2020年物理高考大一轮复习 实验9 描绘小电珠的伏安特性曲线课件

第八章恒定电流高考总复习·物理实验九描绘小电珠的伏安特性曲线高考总复习·物理知识梳理·夯实基础核心考点·分层突破目录知识梳理·夯实基础︿︿一、实验流程二、注意事项1．电流表外接法本实验中被测小电珠灯丝的电阻较小．因此测量电路必须采用电流表外接法．2．滑动变阻器应采用分压式连接本实验要做出U­I图象，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法．3．保护元件安全为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压．三、误差分析1．由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值．2．测量时读数带来误差．3．在坐标纸上描点、作图带来误差．核心考点·分层突破︿︿考点1电路设计和实验原理【例题1】(2019·孝义中学高三期末)某同学从实验室中找到一只小灯泡，其额定电压值为2.5V，额定功率值已模糊不清，他想测定其额定功率值，于是先用欧姆表直接测出该小灯泡的电阻约为4Ω，然后再利用实验室相关器材设计一个电路，测量通过小灯泡的电流和它两端的电压，并根据测量数据来绘制小灯泡的U­I图线，进而计算出小灯泡的额定功率．(1)实验要求灯泡两端电压从零开始变化，则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20Ω，额定电流1A)B．滑动变阻器(最大阻值1750Ω，额定电流0.3A)(2)该同学已连接如图甲所示的电路，在连接由滑动变阻器的c端到电压表“＋3”接线柱的最后一根导线之前，请指出其中仅有的两个不当之处，并说明如何改正．①_________________________________②_________________________________(3)改正错误后，该同学某次测量，电流表指针偏转情况如图乙所示，则电流表的示数为______A；该同学多次测量记录有关数据并描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线求得该小灯泡的额定功率为______W.解析(1)控制电路采用分压式接法，滑动变阻器选用阻值较小的．所以应选A．(2)错误之一：图示中开关是闭合的；改正：任何连线必须使开关断开．错误之二：滑动变阻器滑片的位置；改正：滑动变阻器的位置应调到使输出的电压最小，即开关闭合前滑片应处于b端．(3)从表盘指示的刻度和量程可以读出0.44A．由题图丙的伏安特性曲线可知，U额＝2.50V时，对应I额＝0.54A．小灯泡的额定功率P额＝U额I额＝2.5×0.54W＝1.35W.答案(1)A(2)错误：开关闭合；改正：开关断开错误：滑动变阻器滑片的位置；改正：滑动变阻器滑片应处于b端(3)0.441.35【跟踪训练1】(2019·滁州一中高三调研)某实验小组要精确测定额定电压为2.5V的LED灯正常工作时的电阻．已知该灯正常工作时的电阻约为500Ω，电路符号与小灯泡相同．实验室提供的器材有：A．电流表A1(量程为0～10mA，内阻RA1约为3Ω，示数用I1表示)B．电流表A2(量程为0～3mA，内阻RA2＝15Ω，示数用I2表示)C．定值电阻R1＝697ΩD．定值电阻R2＝985ΩE．滑动变阻器R(0～20Ω)F．电压表V(量程为0～12V，内阻RV＝1kΩ，示数用U表示)G．蓄电池(电动势为12V，内阻很小)H．开关一个，导线若干(1)如图甲所示，请选择合适的器材，电表1为____，电表2为____，定值电阻为____．(填写器材前的字母编号)(2)将如图乙所示的电路图补充完整．(3)写出测量LED灯正常工作时的电阻表达式Rx＝________.(用相应字母表示)解析(1)要精确测定额定电压为2.5V的LED灯正常工作时的电阻，需测量LED灯两端的电压和通过LED灯的电流，由于电压表的量程较大，测量误差较大，不能用已知的电压表测量LED两端的电压，需要改装电压表，若将电流表A1与定值电阻R1串联改装为电压表，量程为U＝(3＋697)×0.01＝7V，将电流表A1与定值电阻R2串联改装为电压表，量程更大；将电流表A2与定值电阻R1串联改装为电压表，量程为U＝(15＋697)×0.003≈2.1V，将电流表A2与定值电阻R1串联改装为电压表，量程为U＝(15＋985Ω)×0.003＝3V，量程恰好，故选用电流表A2(电表2)与定值电阻R2(D)串联改装电压表；电流表A1(电表1)测量电流．(2)实物图如图所示．(3)根据闭合电路欧姆定律知，LED灯两端的电压U＝I2(R2＋RA2)，通过LED灯的电流I＝I1－I2，所以LED灯正常工作时的电阻Rx＝I2R2＋RA2I1－I2.答案(1)ABD(2)见解析图(3)I2I1－I2(R2＋RA2)考点2实验操作和数据处理【例题2】(2019·合肥九中高三理综检测)如图甲所示，为某同学测绘额定电压为2.5V的小灯泡的伏安特性曲线的实验电路图．(1)根据如图甲所示电路图，用笔画线代替导线，将如图乙所示的实物图连接完整．(2)开关S闭合之前，图甲中滑动变阻器的滑片应该置于________端．(选填“A”“B”或“AB中间”)(3)实验中测得有关数据如下表：根据表中的实验数据，在下图中画出小灯泡的I­U特性曲线(用横坐标表示U).U/V0.400.801.201.602.002.402.80I/A0.100.160.200.230.250.260.27(4)根据你描绘的I­U特性曲线，可求得灯泡的额定功率为________W.解析(1)根据图甲所示电路图，用笔画线代替导线，连接图乙中的实物图为(2)由实物图可知，测量电路部分与滑动变阻器的左侧并联，故为了让电流从零开始调节，滑片开始时应滑至A端．(3)根据描点法得出对应的I­U图象．(4)根据描绘的I­U特性曲线可知U额＝2.5V,I额＝0.27A，灯泡的额定功率为P额＝U额I额＝2.5V×0.27A＝0.675W.答案(1)见解析图(2)A(3)见解析图(4)0.675【跟踪训练2】(2019·南京、盐城高三模拟)在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，A、B、C三位学生用导线按如图甲所示方式连接好电路，电路中所有元件都完好，且电压表和电流表已调零．闭合开关后：(1)A学生发现电压表示数为2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，这是由于导线________断路；(2)B学生发现电压表的示数为零，电流表的示数为0.3A，小灯泡亮，这是由于导线________断路；(3)C学生发现反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数都不能调为零，这是由于导线________断路；(4)电路检查完备后，用正确的电路测得小灯泡两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线，如图乙所示．现将它与19Ω的定值电阻R串联，接在电动势为8V内阻为1Ω的电源上，则小灯泡的实际功率是________W.解析(1)电压表示数为2V，说明连接电压表的导线正常，电流表示数为零且灯光不亮，说明电路断开，所以应为d导线断路．(2)电流表有示数且小灯泡亮，说明连接灯泡和电流表、电源的导线正常，电压表示数为零，说明电压表没有接入电路，所以应为h导线断路．(3)发现反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数都不能调为零，说明滑动变阻器为限流式接入电路，也即g导线断路．(4)将电源和19Ω的电阻视为一个新电源，根据E＝U＋Ir可知，U＝8－20r，将路端电压与电流关系画入灯泡随电压变化图象中，如图所示．两线的交点即为灯泡的工作点，由图象可知，U＝2.0V，I＝0.3A，所以灯泡的实际功率P＝UI＝0.6W.答案(1)d(2)h(3)g(4)0.6(0.5～0.7均正确)考点3实验改进与创新本实验的创新改进之处主要集中在三点：1．数据处理方式的改进：采取“DIS”数字化实验系统进行数据的采集和处理．2．被测元件的变更：探究其他元件的伏安特性．3．实验目的变更：如探究元件的电阻随温度变化的规律．【例题3】(2019·葫芦岛高三模拟)为测绘一个标有“4V2.4W”小电风扇(线圈电阻恒定)的伏安特性曲线，电风扇两端的电压需要从零逐渐增加到4V，便于操作，实验室备有下列器材：A．电池组(电动势为4.5V，内阻约为1Ω)B．电压表V(量程为0～6V，内阻约为4kΩ)C．电流表A1(量程为0～0.6A，内阻约为0.2Ω)D．电流表A2(量程为0～3A，内阻约为0.05Ω)E．滑动变阻器R1(最大阻值5Ω，额定电流1A)F．滑动变阻器R2(最大阻值1750Ω，额定电流0.3A)G．开关和导线若干(1)实验中所用的电流表应选________(选填“C”或“D”)，滑动变阻器应选________．(选填“E”或“F”)(2)在方框内画出实验电路图．(3)当电压表示数大于0.5V时电风扇才开始转动，小电风扇的伏安特性曲线如图所示，则电风扇的电阻为________Ω，正常工作时的机械功率为________W.解析(1)电风扇的额定电流I＝PU＝0.6A，从读数误差的角度考虑，电流表选择C．电风扇的电阻比较小，则滑动变阻器选择总电阻为5Ω的误差较小，即选择E.(3)因为电压电流需从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法，电风扇的电阻大约R＝U2P≈6.67Ω，远小于电压表内阻，属于小电阻，电流表采用外接法．电路图如图所示．(3)电压表读数小于0.5V时电风扇没启动．根据欧姆定律得，R＝UI＝0.50.2Ω＝2.5Ω.正常工作时电压为4V，根据图象知电流为0.6A，则电风扇发热功率P＝I2R＝0.62×2.5W＝0.9W，则机械功率P′＝UI－I2R＝2.4W－0.9W＝1.5W.答案(1)CE(2)见解析图(3)2.51.5【跟踪训练3】(2019·豫北豫南名校高三联考)在一次探究小灯泡的伏安特性曲线的实验中，所用的器材有：灯泡L、量程恰当的电流表A和电压表V、直流电源E、滑动变阻器R、开关S和导线若干．(1)若要求小灯泡两端的电压从零开始变化，则应选择下列电路中的哪一个进行测量()(2)(多选)A同学利用所选择的电路图，采用正确的测量方法，得到了所测灯泡L的伏安特性曲线如图所示，P为曲线上的一点，PN为图线上P点的切线，则下列说法正确的是()A．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大B．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小C．对应P点，小灯泡的电阻约为5.33ΩD．对应P点，小灯泡的电阻约为16Ω(3)B同学利用所选择的电路采用正确的方法，分别测出了两只灯泡L1和L2的U­I图象如图甲中曲线所示．然后将灯泡L1和L2与电池组(电动势和内阻恒定)连成如图乙所示的电路．将开关与灯泡L1接通时，理想电流表的示数为0.3A；开关与灯泡L2接通时，理想电流表的示数为0.6A．该同学利用理想电流表的示数，结合灯泡L1和L2的U­I图象，得出该电池组的电动势为________V，内阻为________Ω.(结果保留两位有效数字)解析(1)测量小灯泡的伏安特性曲线时，要求电压值从零开始变化，故滑动变阻器应采有分压接法；小灯泡的电阻远小于电压表内阻，接近电流表内阻，故电流表应采用外接法，故选A．(2)I­U图线各点与原点连线的斜率表示电阻，由题此斜率减小，说明随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大．故选项A正确，B错误．根据电阻的定义得到，对应P点由欧姆定律可知，小灯泡的电阻为R＝U1I2，R不等于切线斜率U1I2－I1，故选项C正确，D错误．(3)描绘电源的伏安特性曲线要求外电阻变化测定对应的多组路端电压和电流，本实验中用两个小灯泡来改变外电阻获得两组电流值，然后在小灯泡的伏安特性曲线上查出对应的电压，用两个坐标点描绘图象．为描绘准确可以先进行理论计算，首先查出两坐标为(0.30A，3.5V)和(0.60A,3V)，然后作出电源的U－I图象如图所示，则电动势为E＝4.1V，内阻为r＝4.1－3.50.3＝2.0Ω.答案(1)A(2)AC(3)4.12.0