2020版高考物理一轮复习 第八章 实验九 描绘小灯泡的伏安特性曲线课件 新人教版

实验九描绘小灯泡的伏安特性曲线高效演练强化提升研透命题点研透命题点命题点一教材原型实验某同学设计了探究铅笔芯伏安特性曲线的实验，得到如下数据(I和U分别表示通过铅笔芯的电流和其两端的电压)：U/V0.000.400.801.201.602.00I/A0.000.100.180.340.380.48实验室提供如下器材：A．电流表A1(量程0.6A，内阻约1.0Ω)；B．电流表A2(量程3A，内阻约0.1Ω)；C．电压表V1(量程3V，内阻3kΩ)；D．电压表V2(量程15V，内阻15kΩ)；E．滑动变阻器R1(阻值0～10Ω，额定电流2A)；F．滑动变阻器R2(阻值0～2kΩ，额定电流0.5A)；G．稳压直流电源E(6V)，开关和带夹子的导线若干以及长约14cm的绘图2B铅笔芯．(1)为了完成实验，电流表应该选择________，电压表应该选择________，滑动变阻器应该选择________．(均填器材前的字母)(2)下图的实验电路图中合理的是________．ACEB【解析】(1)根据测量的数据可知，测得的电路中的最大电流为0.48A，故电流表选用A；测得的电压最大值为2V，故电压表选C；因为电压要从零开始调节，故滑动变阻器采用分压接法，用总阻值较小的滑动变阻器就可方便调节，因此滑动变阻器选E.(2)因为铅笔芯的电阻较小，为减小测量误差，用电流表外接法，故电路图选B.1．由金属丝制成的电阻器阻值会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，亲自动手通过实验描绘这样一个电阻器的电压与电流关系图线．可供选择的实验器材有：A．待测电阻器R(2.5V,1.2W)；B．电流表A(0～0.6A，内阻为1Ω)；C．电压表V(0～3V，内阻未知)；D．滑动变阻器(0～10Ω，额定电流为1A)；E．电源(E＝3V，内阻r＝1Ω)；F．定值电阻R0(阻值为5Ω)；G．开关一个和导线若干．(1)实验时，该同学采用电流表内接法，并且电阻器两端电压从零开始变化，请在虚线框内画出实验电路图．答案：如图甲所示(2)按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下表：其中，I是电流表的示数，U是电压表的示数，UR是电阻器两端的实际电压．请通过计算补全表格中的空格，然后在下图中画出电阻器的UR­I图线．答案：如图乙中曲线所示(3)该同学将本实验中的电阻器R以及给定的定值电阻R0二者串联起来，接在本实验提供的电源两端，则电阻器的实际功率是_____________W．(结果保留两位小数)0.32解析：(1)要使电阻器两端电压从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法．电路图如图甲所示．(2)电压表的示数减去电流表的分压即为电阻器两端的电压，即UR＝U－IRA，数据如表中所示．UR­I图线如图乙中曲线所示．(3)由UR＋I(r＋R0)＝E，作出UR­I图象如图乙中直线所示，由此图象与电阻器UR­I图线的交点可得此时电阻器的电压UR＝0.9V，电流I＝0.35A，电阻器的实际功率为P＝URI≈0.32W.1一般情况下，小电阻用外接法，大电阻用内接法测量误差较小；若电流表内阻已知，则用内接法，可清除系统误差.2滑动变阻器是限流使用还是分压使用首先要看实验要求，若存在以下语言暗示，滑动变阻器要并联分压使用：①要求电压或电流从零开始变化；②要求多测量几组数据；③要求电压或电流变化范围足够大；④虽没有文字暗示，但在表格中给出了一系列的数据，应依据数据中电压或电流的变化范围特点来判断，如果电压变化范围大，则滑动变阻器应并联分压使用.命题点二实验拓展创新类型1描绘其他元件的伏安特性(2019·济南模拟)发光二极管在生产和生活中得到了广泛的应用，如图所示是一种发光二极管的实物图，正常使用时，带“＋”号的一端接高电势，带“－”号的一端接低电势，某同学想描绘它的伏安特性曲线，实验测得它两端的电压U和通过它的电流I，所得数据如表所示.U/V00.400.801.201.602.002.402.80I/mA00.92.34.36.812.019.030.0(1)实验室提供的器材如下：A．电压表(量程0～3V，内阻约10kΩ)B．电压表(量程0～15V，内阻约25kΩ)C．电流表(量程0～50mA，内阻约50Ω)D．电流表(量程0～0.6mA，内阻约1Ω)E．滑动变阻器(阻值范围0～10Ω，允许最大电流3A)F．电源(电动势6V，内阻不计)G．开关，导线若干该同学做实验时，电压表选用的是________，电流表选用的是________．(填选项字母)AC(2)请在图甲中以笔画线代替导线，若实验要求将实物图中的连线补充完整．(3)在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片应置于最________(选填“左”或“右”)端．【答案】(2)见解析图左(4)根据表中数据，在图乙所示的坐标纸中画出该发光二极管的I­U图线．(5)由I­U图线可知：二极管的电阻值随工作电压的增大而________(选填“不变”“增大”或“减小”)．(6)若此发光二极管的最佳工作电流为10mA，现将此发光二极管与电动势为3V、内阻不计的电池组相连，还需串联一个阻值R＝________Ω的电阻，才能使它工作在最佳状态．(结果保留三位有效数字)减小【答案】(2)见解析图110【解析】(1)根据实验测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据范围可知：电压变化的最大值为2.8V，所以电压表选A；电流变化的最大值为30mA，所以电流表选C.(2)电压、电流要从0测起，所以滑动变阻器应该用分压式；二极管的电阻更接近电流表的内阻．电流表应该用外接法．实物图的连接如图所示．(3)根据题意可知当开关S闭合前，应使被测电路两端电压最小，即滑动变阻器的滑片应置于最左端．(4)根据表中数据，在坐标纸上描出各点，用平滑的曲线连接起来．如图所示．(5)图线各点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，故随电压的增大，电阻减小．(6)根据I­U图线，可知当二极管的工作电压为1.9V时，工作电流约为10mA，串联电阻上分得的电压应为1.1V，故应串联的电阻为R＝110Ω.类型2利用I­U图象(或U­I图象)求元件的电功率某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8V，额定电流0.32A)；电压表(量程3V，内阻3kΩ)；电流表(量程0.5A，内阻0.5Ω)；固定电阻R0(阻值1000Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0Ω)；电源E(电动势5V，内阻不计)；开关S；导线若干．(1)实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．【答案】(1)见解析图(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图甲所示．由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________(选填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(选填“增大”“不变”或“减小”)．增大增大(3)用另一电源E0(电动势4V，内阻1.00Ω)和题给器材连接成图乙所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为________W(结果均保留2位小数)0.411.17【解析】(1)由于电压表量程是0～3VUL＝3.8V，故用定值电阻R0与电压表串联，扩大其量程．电源内阻不计，滑动变阻器总阻值较小，小灯泡上的电压应从零开始调节，故实验电路采用外接法分压式电路，如图所示．(2)小灯泡伏安特性曲线上的某一点与原点连线的斜率的物理意义是1RL，随着电流的增加，小灯泡的电阻增大，由电阻定律知灯丝的电阻率增大．(3)当滑动变阻器阻值R1＝9Ω时，小灯泡上电压随电流变化的关系为：U1＝E0－I1(r＋R1)，即：U1＝4－10I1①；在图甲小灯泡伏安特性曲线上作出①关系式表示的直线(如图)．直线①与曲线交点坐标为(1.8V，225mA)，故小灯泡的最小功率为P1＝I1U1＝0.225×1.8W＝0.41W；当滑动变阻器阻值R2＝0时，灯泡消耗的功率最大，有U2＝E0－I2r，即：U2＝4－I2②，直线②与曲线交点坐标为(3.67V,320mA)，如图所示．小灯泡的最大功率为P2＝I2U2＝0.32×3.67W＝1.17W.2．有一个小灯泡上标有“4.8V2W”的字样，某同学为了测量小灯泡在不同电压下的电功率，从实验室找到以下器材：A．表头G(0～1mA，内阻为3kΩ)B．电流表A(0～0.6A，内阻约1Ω)C．电阻箱(0～9999.9Ω)D．滑动变阻器R(10Ω，2A)E．学生电源(直流6V，内阻不计)F．开关、导线若干(1)由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为0～6V的电压表，则应该将表头与电阻箱_____________(填“并联”或“串联”)，并将该电阻箱阻值调为_____________Ω.(2)接着该同学用改装后的电压表测量小灯泡在不同电压下的电功率，请在虚线框中画出实验原理图．串联3000答案：如图所示(3)某次测量，电流表指针偏转如图甲所示，则电流表的示数为_____________A.(4)该同学描绘出的小灯泡的U­I图象如图乙所示．若将两个相同的小灯泡串联后，直接与电动势为3V、内阻为1Ω的电源组成闭合回路，每个小灯泡的功率约为_____________________________W．(保留两位小数)0.440.45(0.42～0.50均可)解析：(1)表头与电阻串联改装为电压表，串联的电阻为Rx＝UIg－Rg＝3000Ω.(2)小灯泡的内阻较小，电流表应使用外接法；电压或电流从零开始变化，滑动变阻器使用分压式接法，实验原理图见答案．(3)电流表示数为0.44A．(4)设每个小灯泡工作时的电压为U，电流为I，根据闭合电路欧姆定律有E＝2U＋Ir，则U＝－r2I＋E2；在小灯泡的U­I图线中作出该关系式对应的图线，两图线的交点(0.34A,1.33V)即小灯泡的工作状态点，故小灯泡的功率为P＝0.34×1.33W≈0.45W.高效演练强化提升1．要描绘一个标有“3V0.8W”小灯泡的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增加，且尽量减小实验误差．已选用的器材除导线、开关外，还有：电池组(电动势为4.5V，内阻约1Ω)电流表(量程为0～0.6A，内阻约为1Ω)电压表(量程为0～3V，内阻约为3kΩ)滑动变阻器(最大阻值20Ω，额定电流1A)(1)实验电路应选用图甲中的_____________(填字母代号)．(2)按照(1)中选择的电路进行连线，如图乙所示，其中应该去掉的导线是_____________(选填相应的字母)．Bb(3)闭合开关前滑动变阻器的滑片应该置于最_____________端(选填“左”或“右”)．(4)以电压表的读数U为横轴，以电流表的读数I为纵轴，根据实验得到的多组数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线，如图丙所示．由图可知：随着电压的增大，小灯泡的电阻_____________(选填“增大”或“减小”)，其发生变化的原因随着电压升高，灯丝电阻的温度升高，电阻增大．(5)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，电路接通后小灯泡两端的电压是_____________V.左增大0.7解析：(1)由题意得，本实验应从零开始测量，故滑动变阻器应采用分压接法；由于灯泡内阻较小，因此应采用电流表外接法，故选择B电路；(2)由图可知，电压表左侧分别接了两条导线，由于本实验应采用电流表外接法，故应将导线b去掉；(3)由图可知，测量部分与滑动变阻器左侧并联，为了让电压从零开始调节，滑片开始时应置于最左端；(4)I­U图象中任一点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，则可知，随着电压的升高电阻增大，原因是灯丝电阻随温度的升高而增大；(5)在灯泡的伏安特性曲线里作出电源的伏安特性曲线，如图所示，由图可知，小灯泡两端的电压约为0.7V.2．某物理小组准备探究某种元件Q(标有“4V2W”字样)的伏安特性曲线，他们找来了下列器材：A．电压表V1(0～5V，内阻约10kΩ)B．电压表V2(0～10V，内阻约20kΩ)C