2019年高考物理总复习 第八章 恒定电流 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线课件 教科版.ppt

实验九描绘小电珠的伏安特性曲线 实验基础 核心探究 实验基础解读实验 萃取精华 注意事项1 电路的连接方式 1 电流表应采用外接法 2 滑动变阻器应采用分压式接法 目的是为了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 滑动变阻器滑片应移到使小电珠分得电压为零的一端 从而使开关闭合时小电珠两端的电压能从零开始变化 同时 也为了防止开关刚闭合时小电珠因两端电压过大而烧坏灯丝 3 I U图像在U0 1 0V左右将发生明显弯曲 故在U0 1 0V左右绘点要密 以防出现很大误差 4 当小电珠电压接近额定电压值时 要缓慢地增加到额定电压值 记录I后马上断开开关 5 误差较大的点要舍去 I U图像应是平滑曲线 误差分析1 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 作图带来误差 核心探究通法悟道 拓宽思路 探究点一基础性实验 典例1 2017 福建厦门期末 LED二极管的应用是非常广泛的 某同学想要描绘某发光二极管的伏安特性曲线 实验测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示 实验室提供了以下器材 A 电压表 量程0 3V 内阻约20k B 电压表 量程0 15V 内阻约100k C 电流表 量程0 50mA 内阻约40 D 电流表 量程0 0 6A 内阻约2 E 滑动变阻器 阻值范围0 20 允许最大电流2A F 电源 电动势6V 内阻不计 G 开关 导线 解析 1 根据实验数据表可知电压最大为2 8V 最大电流为30mA 所以电压表应选择A 电流表应选择C 2 通过估算二极管的阻值可知满足 所以电流表应用外接法 由于电流从零调 所以变阻器应采用分压式接法 连线图如图所示 答案 1 AC 2 图见解析 1 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 2 图 甲 中的实物连线已经连了部分电路 请按实验要求将实物图中的连线补充完整 解析 3 画出的I U图像如图所示 答案 3 图见解析 3 根据表中数据 请在图 乙 中的坐标纸中画出该二极管的I U图线 4 若此发光二极管的最佳工作电流为15mA 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 的电阻 才能使它工作在最佳状态 结果保留两位有效数字 答案 4 53 方法技巧处理图像及实物图连线的技巧 1 小灯泡的伏安特性曲线 以I U关系图线为例 上各点切线斜率的倒数不表示小灯泡在该电压下的电阻 此时计算小灯泡的电阻一定要使用电阻的定义式R 而不能使用表达式R 只有当I和U为线性关系时二者才相等 2 实物图连线的技巧 总的原则 先串后并 接线到柱 注意量程和正负 对限流电路 只需用笔画线当做导线 从电源正极开始 把电源 开关 滑动变阻器 伏安法 部分依次串联起来即可 注意电表的正负接线柱和量程 滑动变阻器应调到阻值最大处 对分压电路 应该先把电源 开关和滑动变阻器的全部电阻丝 三部分 用导线连接起来 然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头 比较该接头和滑动头的电势高低 根据 伏安法 部分电表正负接线柱的情况 将 伏安法 部分接入该两点间 注意滑动变阻器应调到使 伏安法 部分所接的两点间阻值最小处 题组冲关 1 某同学想通过以下实验测量一小灯泡的额定功率 他所用器材如下 A 待测小灯泡一个 额定电压为2 5V 电阻约为几欧B 电压表一个 量程为3V 内阻约为3k C 电流表一个 量程为0 6A 内阻约为0 1 D 滑动变阻器一个 干电池两节 开关一个 导线若干 1 请在 甲 图中补全测量小灯泡额定功率的电路图 解析 1 灯泡的电阻约为几欧 远小于电压表的内阻 属于小电阻 电流表采用外接法 电路图如图所示 答案 1 电路图见解析 2 图 甲 中开关S闭合前 滑动变阻器的滑片应置于 选填 A端 B端 或 A B正中间 答案 2 B端 解析 2 图 甲 中开关S闭合之前 滑动变阻器的滑片应置于B端 使得闭合开关后 测量电路部分处于短路状态 电压表 电流表示数为0 起保护作用 3 该同学通过实验作出了小灯泡的伏安特性曲线 如图 乙 所示 则小灯泡的额定功率为W 结果保留两位有效数字 解析 3 当U 2 5V时 电流I 0 44A 所以额定功率为P UI 2 5 0 44W 1 1W 答案 3 1 1 解析 4 由于实验中使用的电流表与电压表不是理想的电表 则两表自身也要消耗功率 所以该同学测出小灯泡的功率大于灯泡的实际消耗功率 由于电流表采用外接法 电压表有分流作用 使电流表测得电流大于灯泡实际流过的电流 答案 4 大于电压表分流 电流表测得的电流大于灯泡的电流 4 由于实验中使用的电流表与电压表不是理想的电表 该同学测出小灯泡的功率 选填 大于 等于 或 小于 小灯泡的实际消耗功率 引起误差的原因是 2 2015 浙江卷 22 图 甲 是小红同学在做 描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验的实物连接图 答案 1 图见解析 解析 1 如图所示 1 根据图 甲 画出实验电路图 2 调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图 乙 中的 所示 电流表量程为0 6A 电压表量程为3V 所示读数为 两组数据得到的电阻分别为和 答案 2 0 10A 0 24A 2 00V 0 27V2 7 0 1 8 3 0 1 如填为8 3 0 1 2 7 0 1 也行 探究点二创新性实验 高考创新实验例析 典例2 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 解析 1 在额定电压下 小灯泡L的阻值RL 11 875 这个阻值较小 所以采用电流表外接法 由于电压表量程为3V 小于额定电压3 8V 所以将固定电阻R0与电压表串联来测小灯泡电压 要实现0 3 8V的范围内的测量 滑动变阻器必须采用分压式接法 所以实验电路原理图如图所示 答案 1 见解析 2 实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图 a 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 答案 2 增大增大 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 所示的电路图 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 解析 3 当R 9 0 时 小灯泡的实际功率最小 由闭合电路欧姆定律有E0 I R r U 即4 10I U 在图中作出该直线如图 甲 所示 交点坐标约为I 223mA U 1 77V时最小功率Pmin UI 0 39W 当R 0时 小灯泡的实际功率最大 有E Ir U 即4 I U 在图中作出该直线如图 乙 所示 交点坐标约为I 318mA U 3 69V 小灯泡的最大功率Pmax UI 1 17W 答案 3 0 391 17 创新 改进点分析 1 实验方案的改进 电压表与定值电阻串联扩大量程 2 数据处理的创新 在灯泡伏安特性曲线上画出表示电源或等效电源的伏安特性曲线 两图线的交点即为工作点 典例3 2015 海南卷 12 某同学利用如图 甲 所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化 实验中使用的器材为 电池E 内阻很小 开关S1和S2 电容器C 约100 F 电阻R1 约200k 电阻R2 1k 电压表 量程6V 秒表 导线若干 1 按图 甲 所示的电路原理图将图 乙 中实物图连线 答案 1 见解析图 解析 1 根据电路图 实物图连线如图 a 所示 2 先闭合开关S2 再断开开关S2 闭合开关S1 同时按下秒表开始计时 若某时刻电压表的示数如图 丙 所示 电压表的读数为V 保留2位小数 答案 2 3 60 解析 2 电压表的量程为6V 分度值为0 1V 所以读数为3 60V 3 该同学每隔10s记录一次电压表的读数U 记录的数据如下表所示 在给出的坐标纸上绘出U t图线 已知只有一个数据点误差较大 该数据点对应的表中的时间是s 答案 3 图像见解析图40 解析 3 先描点 然后用圆滑的曲线将所描的点连接起来 如图 b 所示 从数据中可得出 电压表示数变化得越来越慢 而从40s到50s之间数据变化又突然快了 所以该数据对应表中的时间为40s 4 电路中C R2和S2构成的回路的作用是 答案 4 使每次实验前电容器两极板上的电荷相中和 解析 4 电路中C R2和S2构成的回路 先闭合开关S2 再断开开关S1 使电容器上所带电荷量释放干净 不影响实验 创新 改进点分析 1 实验方案的创新 本实验描绘的不是小灯泡的伏安特性曲线 而是电容器充电电压随时间变化的图像 2 考查方式的拓展 电路中增加R2和S2 作用是实验前使电容器所带的电荷中和 模拟创新实验冲关 1 热敏电阻包括正温度系数电阻器 PTC 和负温度系数电阻器 NTC 正温度系数电阻器 PTC 在温度升高时电阻值增大 负温度系数电阻器 NTC 与之相反 某实验小组欲探究通过热敏电阻R1 常温下阻值约为10 的电流随其两端电压变化的特点 现提供下列器材 A 电流表A1 量程100mA 内阻约1 B 电流表A2 量程0 6A 内阻约0 3 C 电压表V1 量程3 0V 内阻约3k D 电压表V2 量程15 0V 内阻约10k E 滑动变阻器R 最大阻值为10 F 电源E 电动势15V 内阻忽略 G 开关 导线若干 1 该小组测出热敏电阻R1的U I图线如图 甲 中曲线 所示 该热敏电阻是 选择 PTC 或 NTC 热敏电阻 解析 1 如题图 甲 曲线 可知 随电压增大 电流增大 电压与电流比值增大 电阻阻值增大 即随温度升高 电阻阻值增大 该电阻是正温度系数 PTC 热敏电阻 答案 1 PTC 2 请在所提供的器材中选择必需的器材 电流表应选 电压表应选 填写器材前面的字母 并在虚线框中画出该小组设计的电路图 解析 2 根据U I图线可知电压表应选D 电流表应选B 由于热敏电阻的阻值远小于电压表内阻 所以电流表应用外接法 又变阻器采用分压式接法 电路图如图所示 答案 2 BD图见解析 3 该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻R2的U I图线如曲线 所示 然后将热敏电阻R1 R2分别与某电池组连成如图 乙 所示电路 测得通过R1和R2的电流分别为0 30A和0 60A 则该电池组的电动势为V 结果保留三位有效数字 解析 3 在闭合电路中 电源电动势E U Ir 由图 甲 曲线 可知 电流为0 30A时 电阻R1两端电压为8 0V 电流为0 60A时 电阻R2两端电压为6 0V 将这两组数据代入上式 解得E 10 0V 答案 3 10 0 创新 改进点分析 1 实验方案的创新 探究热敏电阻的U I图线 2 考查方式的拓展 利用闭合电路欧姆定律列方程求电动势 2 2018 甘肃天水检测 某同学用如图 甲 所示的电路 描绘标有 3 8V0 3A 的小灯泡灯丝电阻R随电压U变化的图像 除了导线和开关外 有以下一些器材可供选择 电流表 A1 量程100mA 内阻约2 A2 量程0 6A 内阻约0 3 电压表 V1 量程5V 内阻约5k V2 量程15V 内阻约15 滑动变阻器 R1 最大阻值约为100 R2 最大阻值约为10 电源E 电动势为4V 内阻约为0 04 开关S 导线若干 解析 1 因小灯泡额定电流为0 3A 额定电压为3 8V 故电流表应选A2 电压表应选V1 又因描绘伏安特性曲线要求电压与电流调节范围大 故变阻器需用分压式接法 应选阻值小的变阻器 故变阻器应选R2 答案 1 A2V1R2 1 为了调节方便 测量准确 实验中应选用电流表 电压表 滑动变阻器 选填器材前的字母代号 2 根据实验数据 计算并描绘出R U的图像如图 乙 所示 由图像可知 此灯泡在所加电压为3 00V时 灯丝电阻为 灯泡实际消耗的电功率为W 解析 2 由R U图像知U 0时 R为1 5 U 3V时 R为11 5 由P 得P 0 78W 答案 2 11 50 78 3 根据R U图像 可确定小灯泡的电功率P与外加电压U的示意图 最接近 丙 中的 答案 3 A 创新 改进点分析 1 实验方案的改进 研究灯丝电阻R随电压U的变化关系 2 数据处理的改进 利用R U图像确定灯泡的P U图像