2019年度高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线课件.ppt

第八章恒定电流 实验九描绘小电珠的伏安特性曲线 过好双基关 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 由图线的斜率反映电流与电压和的关系 2 实验器材小电珠 3 8V 0 3A 电压表 0 3V 15V 电流表 0 0 6A 3A 学生电源 开关 导线若干 坐标纸 铅笔 温度 滑动变阻器 图1 2 将小电珠 电流表 电压表 滑动变阻器 学生电源 开关用导线连接成如图乙所示的电路 3 实验步骤 1 画出电路图 如图1甲所示 3 测量与记录移动滑动变阻器触头位置 测出12组左右不同的电压值U和电流值I 并将测量数据填入自己设计的表格中 4 数据处理 在坐标纸上以U为横轴 I为纵轴 建立直角坐标系 在坐标纸上描出各组数据所对应的点 将描出的点用的曲线连接起来 得到小电珠的伏安特性曲线 平滑 4 实验器材选取 1 原则 安全 精确 操作方便 2 具体要求 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 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 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 电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的以上 从便于操作的角度来考虑 限流式接法要选用与待测电阻的滑动变阻器 分压式接法要选用阻值的滑动变阻器 相近 较小 1 注意事项 1 电路的连接方式 电流表应采用接法 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 滑动变阻器应采用接法 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 外 分压式 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 大 研透命题点 例1 2017 全国卷 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3k 电流表 量程0 5A 内阻0 5 固定电阻R0 阻值1000 滑动变阻器R 阻值0 9 0 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 命题点一教材原型实验 基础考点自主悟透 答案 解析 答案见解析图 解析电压表量程为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 故滑动变阻器用分压式接法 小灯泡的电阻RL 故电流表用外接法 实验电路原理图如图所示 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 灯丝的电阻率 填 增大 不变 或 减小 2 实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图2 a 所示 答案 解析 图2 增大 增大 解析由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 知 灯丝的电阻率增大 3 用另一电源E0 电动势4V 内阻1 00 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 解析 0 39 1 17 解析当滑动变阻器的阻值最大为9 0 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 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 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 解析由于灯泡的电阻大约在几欧左右 为了便于测量 滑动变阻器选择0 10 的 变式1小华和小明在 描绘小灯泡伏安特性曲线 的实验中 将实验数据记录在下表中 答案 解析 1 实验室有两种滑动变阻器供选择 A 滑动变阻器 阻值范围0 10 额定电流3A B 滑动变阻器 阻值范围0 2000 额定电流1A 实验中选择的滑动变阻器是 填写字母序号 2 在图3甲中用笔画线代替导线 将实验电路连接完整 答案 解析 图3 答案见解析图 解析由于灯泡的电压和电流从零开始测起 则滑动变阻器采用分压式接法 电流表采用外接法 实物连线图如图甲所示 3 开关闭合前 滑动变阻器的滑片应滑至 选填 左 或 右 端 答案 解析 左 解析为了保护测量电路 开关闭合前 滑动变阻器的滑片应滑至最左端 4 利用表中数据 在图乙中画出小灯泡的U I图线 解析 答案 答案见解析图 解析小灯泡的U I图线如图乙所示 5 他们在U I图象上找到小灯泡工作电压为2 0V时坐标点 计算此状态的电阻值时 小明提出用图象上该点曲线斜率表示小灯泡的阻值 小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值 你认为 选填 小华 或 小明 的方法正确 答案 解析 小华 解析根据欧姆定律知 R 电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率 故小华正确 变式2 2017 广东华南三校联考 为探究小灯泡L的伏安特性曲线 提供了以下器材 小灯泡L 规格 4 0V2 8W 电流表A1 量程3A 内阻约为0 1 电流表A2 量程0 6A 内阻r2 0 2 电压表V 量程3V 内阻rV 9k 标准电阻R1 阻值1 标准电阻R2 阻值3k 滑动变阻器R 阻值范围0 10 学生电源E 电动势6V 内阻不计 开关S及导线若干 1 某同学设计了如图4甲所示的电路来进行测量 闭合开关前 滑动变阻器滑片应置于 当通过L的电流为0 46A时 电压表的示数如图乙所示 电压表的读数为V 此时L的电阻为 答案 解析 图4 左端 2 30 5 解析为保证安全且不损坏电路元件 闭合开关前 滑动变阻器滑片应置于左端 题图乙电压表量程为3V 则读数为2 30V L的电阻R 5 2 要想更准确完整地描绘出L的伏安特性曲线 需要重新设计电路 请你利用所提供器材 在图5中的虚线框中补画出实验电路图 并在图上标明所选器材代号 答案 解析 图5 答案见解析图 解析如图所示 3 根据实验测得的数据 描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图6 若将该灯泡接到E 1 5V r 3 0 的电源两端 则灯泡实际消耗的功率P W 结果保留两位有效数字 答案 解析 图6 0 18 解析在图中画出电源的I U图线 由两图象交点可知 灯泡两端电压U 0 9V 电流I 0 20A 灯泡实际功率P 0 9 0 20W 0 18W 1 使用多用电表粗测元件X的电阻 选择 1 欧姆挡测量 示数如图7 a 所示 读数为 据此应选择图中的 填 b 或 c 电路进行实验 例2某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性 使用的器材包括电压表 内阻约为3k 电流表 内阻约为1 定值电阻等 答案 解析 命题点二实验拓展与创新 能力考点师生共研 图7 10 b 解析由题图 a 可知 多用电表的读数为10 由于元件的电阻较小 电路应选用电流表外接法 即选择图 b 电路 2 连接所选电路 闭合S 滑动变阻器的滑片P从左向右滑动 电流表的示数逐渐 填 增大 或 减小 依次记录电流及相应的电压 将元件X换成元件Y 重复实验 答案 解析 增大 解析当滑动变阻器的滑片向右移时 电流表的示数增大 3 如图 d 是根据实验数据作出的U I图线 由图可判断元件 填 X 或 Y 是非线性元件 答案 解析 Y 解析由于元件Y的U I图线是曲线 因此Y是非线性元件 4 该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R 21 的定值电阻 测量待测电池的电动势E和内阻r 电路图如图 e 所示 闭合S1和S2 电压表读数为3 00V 断开S2 读数为1 00V 利用图 d 可算得E V r 结果均保留两位有效数字 视电压表为理想电压表 答案 解析 3 2 0 50 解析设线性元件的电阻为R 由U I图线可知 R 10 则S1 S2均闭合时 E 0 3A 10 r S1闭合 S2断开时 E 0 1A 10 21 r 解得E 3 2V r 0 50 变式3某实验小组的同学在学校实验室中发现一电学元件 该电学元件上标有 最大电流不超过6mA 最大电压不超过7V 同学们想通过实验描绘出该电学元件的伏安特性曲线 他们设计的一部分电路如图8所示 图中定值电阻R 1k 用于限流 电流表量程为10mA 内阻约为5 电压表 未画出 量程为10V 内阻约为10k 电源电动势E为12V 内阻不计 图8 解析滑动变阻器A允许的最大电压为0 3 200V 60V 12V 滑动变阻器B两端所能加的最大电压为0 5 20V 10V 12V 为保证安全 滑动变阻器应选A 1 实验时有两个滑动变阻器可供选择 A 阻值0 200 额定电流0 3AB 阻值0 20 额定电流0 5A应选的滑动变阻器是 填 A 或 B 正确接线后 测得数据如下表 答案 解析 2 由以上数据分析可知 电压表应并联在M与之间 填 O 或 P 答案 解析 P 解析由表中实验数据可知 电学元件电阻的最小测量值约为 R 1163 6 电流表内阻约为5 电压表内阻约为10k 相对来说 元件电阻远大于电流表内阻 电流表应采用内接法 因此电压表应并联在M与P之间 3 将电路图在方框中补充完整 答案 解析 答案见解析图 解析描绘伏安特性曲线 电压与电流从零开始变化 滑动变阻器应采用分压接法 由 2 可知 电流表采用内接法 实验电路图如图所示 解析由表中实验数据可知 当元件两端的电压小于6V时 电路电流很小 几乎为零 由欧姆定律可知 元件电阻非常大 不导电 当元件两端电压大于6V时 随着电压的升高电流迅速增大 电压与电流的比值减小 电阻变小 4 从表中数据可知 该电学元件的电阻的特点是 答案 解析 当元件两端的电压小于6V时 元件电阻非常大 不导电 当元件两端的电压大于6V时 随着电压的升高电阻变小 变式4硅光电池在无光照时不产生电能 可视为一电子元件 某实验小组设计了如图9甲所示的电路 给硅光电池加反向电压 硅光电池负极接高电势点 正极接低电势点 探究其在无光照时的反向伏安特性 图中电压表V1量程选用3V 内阻为6k 电压表V2量程选用15V 内阻约为30k R0为保护电阻 直流电源电动势E约为12V 内阻不计 1 根据图甲 用笔画线代替导线 将图乙连接成完整电路 答案 图9 答案连线如图所示 2 用遮光罩罩住硅光电池 闭合开关S 调节变阻器R 读出电压表V1 V2的示数U1 U2 某次测量时 电压表V1示数如图丙所示 则U1 V 可算出通过硅光电池的反向电流大小为mA 保留两位小数 答案 1 40 0 23 该小组测出大量数据 筛选出下表所示的9组U1 U2数据 算出相应的硅光电池两端反向电压Ux和通过的反向电流Ix 表中 表示反向 并在图10坐标纸上建立Ix Ux坐标系 标出了与表中前5组Ux Ix数据对应的5个坐标点 请你标出余下的4个坐标点 并绘出Ix Ux图线 答案 图10 答案描点绘出Ix Ux图线 如图所示 由Ix Ux图线可知 硅光电池无光照下加反向电压时 Ix与Ux成 填 线性 或 非线性 关系 答案 解析 非线性 解析V1选用的是3V量程 则刻度盘的最小分度为0 1V 根据电表的读数原则知U1 14 0 0 1V 1 40V I1 0 23mA 由于绘出的Ix Ux图象不是直线 即Ix与Ux成非线性关系