20届高考物理一轮复习第8章 实验九描绘小电珠的伏安特性曲线Word文档下载推荐.docx

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（4）数据处理

①在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系．

②在坐标纸上描出各组数据所对应的点．

③将描出的点用平滑的曲线连接起来，得到小电珠的伏安特性曲线．

4．实验器材选取

（1）原则：

①安全；

②精确；

③操作方便．

（2）具体要求

①电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流．干电池中电流一般不允许超过0.6A.

②用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流．

③电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值．

④电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的以上．

⑤从便于操作的角度来考虑，限流式接法要选用总阻值与待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要选用总阻值较小的滑动变阻器．

1．注意事项

（1）电路的连接方式：

①电流表应采用外接法：

因为小电珠（3.8V,0.3A）的电阻很小，与量程为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0开始连续变化．

（2）闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为0的一端，使开关闭合时小电珠的电压能从0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．

2．误差分析

（1）由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，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．

命题点一　教材原型实验

例1　（2017·

全国卷Ⅰ·

23）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，在虚线框中画出实验电路原理图．

（2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图2（a）所示．

图2

由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻______（填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率__________（填“增大”“不变”或“减小”）．

（3）用另一电源E0（电动势4V，内阻1.00Ω）和题给器材连接成图（b）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．（结果均保留两位小数）

答案　

（1）见解析图　

（2）增大　增大　（3）0.39　1.17

解析　

（1）电压表量程为3V，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，需要给电压表串联一个定值电阻扩大量程，题目中要求小灯泡两端电压从零开始，故滑动变阻器采用分压式接法，小灯泡的电阻RL＝＝Ω＝11.875Ω，因＜，故电流表用外接法，实验电路原理图如图所示．

（2）由IU图象知，图象中的点与坐标原点连线的斜率在减小，表示灯泡的电阻随电流的增大而增大，根据电阻定律R＝ρ知，灯丝的电阻率增大．

（3）当滑动变阻器的阻值最大为9.0Ω时，电路中的电流最小，灯泡实际功率最小，由E0＝U＋I（R＋r）得U＝－10I＋4，作出图线①如图所示．

由交点坐标可得U1＝1.78V，I1＝221mA，P1＝U1I1≈0.39W；

当滑动变阻器电阻值R＝0时，灯泡消耗的功率最大，由E0＝U＋I（R＋r）得，I＝－U＋4，作出图线②如图所示．由交点坐标可得，U2＝3.70V，I2＝315mA，最大的功率为P2＝U2I2≈1.17W.

变式1　（2018·

山东省泰安市上学期期末）某同学研究小灯泡的伏安特性曲线，所使用的器材有：

电压表V（量程5V，内阻3kΩ）；

电流表A（量程0.3A，内阻0.5Ω）；

固定电阻R0（阻值1.0Ω）；

滑动变阻器R（阻值0～9.0Ω）

开关S，导线若干；

（1）实验要求能够实现在0～0.32A的范围内对小灯泡进行测量，利用上述器材，设计电路，在虚线框中画出实验电路原理图．

（2）实验测得该小灯泡的伏安特性曲线如图3甲所示．由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________（填“增大”“不变”或“减小”）；

设A为实验曲线上的某点，过A点的切线斜率为k1，坐标原点与A点连线的斜率为k2，在对应A点时小灯泡的电阻为________．

图3

（3）用另一电源E0（电动势3V，内阻1.0Ω）和题给器材连接成如图乙所示的电路，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．（结果保留2位有效数字）

答案　

（1）见解析图　

（2）增大　　（3）0.21（0.20～0.23均可）

解析　

（1）因本实验需要电流从零开始调节，因此应采用滑动变阻器分压接法；

由于电流表量程较小，为了扩大电流表量程，将R0和电流表并联，因并联后的电流表内阻RA满足<

，故电流表采用外接法，故原理图如图所示：

（3）当滑动变阻器接入电路中的阻值最大时，灯泡的功率最小，将R等效为电源内阻，则电源电动势为3V，等效内阻为10Ω，则有：

U＝3－10I.作出电源的I－U图象如图中直线所示．

由图线交点可知，灯泡电压为U＝1.12V，电流I＝188mA＝0.188A，则最小功率P＝UI＝1.12×

0.188W≈0.21W.

变式2　（2018·

河南省鹤壁市调研）给定下列器材来研究某一小灯泡L的伏安特性曲线．

A．规格为“9V　9W”的小灯泡L一个

B．直流电流表（量程50mA，内阻r1为30Ω，示数用I1表示）

C．直流电流表（量程0.2A，内阻r2为6Ω，示数用I2表示）

D．直流电压表（量程6V，内阻约为20kΩ，示数用U1表示）

E．直流电压表（量程10V，内阻约为30kΩ，示数用U2表示）

F．定值电阻R，阻值为1.2Ω

G．直流电源，电动势E＝12V，内阻不计

H．滑动变阻器a，最大阻值为500Ω

I．滑动变阻器b，最大阻值为10Ω

J．开关一个，导线若干

（1）为了减小实验误差，更好地描绘小灯泡的伏安特性曲线，滑动变阻器应选用________（填写对应器材前的字母序号），其理由是滑动变阻器在电路中应起__________（填“分压”或“限流”）作用．

（2）在虚线框中画出实验原理图．

（3）用所选器材的示数分别写出小灯泡两端电压UL和电流IL的表达式UL＝________，IL＝________.

（4）测量多组UL、IL数据，作出小灯泡的伏安特性曲线．

答案　

（1）I　分压　

（2）见解析图　（3）U2－6I2　6I2

解析　

（1）本实验要测量小灯泡的伏安特性曲线，故小灯泡两端的电压要从0开始变化，则滑动变阻器应该起分压作用，故应选用总阻值较小的I.

（2）对小灯泡由IL＝＝1A可知，所给电流表的量程都较小，故应改装为量程较大的电流表．利用与定值电阻R并联，恰好可以改装成量程为1.2A的电流表，由于小灯泡额定电压为9V，故选择量程为10V的电压表．由于电流表的内阻已知，选择电流表内接法，故电路图如图所示．

（3）由电路图可得U2＝UL＋UR，而UR＝UA2＝I2r2，

故UL＝U2－I2r2＝U2－6I2，IL＝I2＋IR＝I2＋＝6I2.

命题点二　实验拓展与创新

例2　（2018·

山西省重点中学协作体期末）太阳能电池板在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件．某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池板在没有光照时（没有储存电能）的I－U特性．所用的器材包括：

太阳能电池板，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干．

图4

（1）为了达到上述目的，实验电路应选用图4甲中的________（填“a”或“b”）．

（2）该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙所示的I－U图象．由图可知，当电压小于2.00V时，太阳能电池板的电阻________（填“很大”或“很小”）；

当电压为2.80V时，太阳能电池板的电阻为________Ω.

（3）当有光照射时，太阳能电池板作为电源，其路端电压与总电流的关系如图丙所示，分析该曲线可知，该电池板作为电源时的电动势为________V．若把它与阻值为1kΩ的电阻连接构成一个闭合电路，在有光照射情况下，该电池板的效率是________%.（结果保留三位有效数字）

答案　

（1）a　

（2）很大　1000　（3）2.80　64.3（64.1～64.5均对）

解析　

（1）用题图a可以在电池板上得到从零开始的电压，故应选a图；

（2）由题图可知，当电压小于2.00V时，通过太阳能电池板的电流几乎为零，故太阳能电池板的电阻很大；

当电压为2.80V时，电流为2.8mA，则可知太阳能电池板的电阻为R＝＝＝1000Ω；

（3）由U－I图线可知，电池板作为电源时的电动势为2.80V；

若把它与阻值为1kΩ的电阻连接构成一个闭合电路，则画出此电阻的U－I图线，与电池板的U－I图线交于一点，读出U＝1.80V，I＝1.80mA，该电池板的效率是η＝×

100%＝×

100%≈64.3%.

变式3　（2018·

四川省凉山州三模）某实验小组要探究一小灯泡的伏安特性曲线，并研究小灯泡在不同电压下的实际功率，实验电路如图5甲所示：

图5

（1）闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应在________端．（填“a”或“b”）

（2）闭合开关，把滑片P向另一端移动过程中，发现电流表与电压表均有明显读数且读数几乎不变，则电路中出现故障的元件可能是________．（填“A”或“B”）

A．小灯泡　　　　B．滑动变阻器

（3）该小组根据实验数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示，可判定在图乙中小灯泡的功率P与加在其两端电压的平方U2的图象正确的是________．（选填“1”、“2”或“3”）

（4）某同学将两个完全相同的这种小灯泡并联接在电源两端，已知电源的电动势E＝3V、内阻r＝2Ω，则此时每个小灯泡的实际功率为________．（结果保留两位有效数字）

答案　

（1）a　

（2）B　（3）3　（4）0.44（0.42～0.46）

解析　

（1）此电路是分压电路，滑动变阻器的aP部分与小灯泡并联，开始时应使小灯泡两端电压最小，故滑片应置于a端；

（2）电流表与电压表均有明显读数，说明灯泡所在电路正常，电压表与电流表读数几乎不变，说明滑动变阻器没有起到应有的作用