2021高考物理一轮复习实验九描绘小电珠的伏安特性曲线题型突破练含解析

-1-实验九描绘小电珠的伏安特性曲线热点一教材原型实验【典例1】(2020·宝鸡模拟)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,实验室提供了小灯泡(2.5V,0.5A)、电流表(0～0.6A,内阻约1.0Ω)、电压表(0～3V,内阻约3kΩ)以及滑动变阻器(10Ω,2A)等实验器材。(1)本实验应采用的电路图是________。(2)根据选用的电路图,开关闭合后,把滑动变阻器的滑片从左端向右端移动(或从上端向下端移动),会观察到电压表的示数________(选填“变大”“变小”或“不变”)。(3)某次测量得到电压表示数如图甲所示,此时小灯泡两端的电压为______V。(4)通过实验正确作出小灯泡的I-U图线,如图乙所示。现把实验中使用的小灯泡接到如图丙所示的电路中,其中电源电动势E0=2V、内阻r0=1Ω,定值电阻R=4Ω,则此时小灯泡的实际功率为________W。(结果保留两位有效数字)【解析】(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线时,电压应从零开始,滑动变阻器应采用分压接法,由于电压表的内阻远大于小灯泡的电阻,因此电流表采用外接法,则C正确。-2-(2)闭合开关,在滑动变阻器的滑片向右移动的过程中,由串、并联电路的特点可知,并联部分分得的电压变大,即电压表的示数变大。(3)电压表的读数为2.30V。(4)将定值电阻R等效为电源内阻的一部分,则等效电源的电动势为2V,内阻为5Ω,则在题图乙中作出该电源的伏安特性曲线,如图所示,两图线交点的横、纵坐标的乘积为小灯泡消耗的实际功率,即P=0.3×0.5W=0.15W。答案:(1)C(2)变大(3)2.30(4)0.15【解题通法】1.实验电路设计注意的问题:(1)滑动变阻器应采用分压式接法:目的是使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化。(2)在测量电路中,一般有电流表内接和外接两种方法,对于给定电表内阻的情况,应先比较R0与待测电阻Rx的关系,其中R0=,若RxR0,则设计为电流表内接法;若RxR0,则设计为电流表外接法;若电表量程不合适,往往还要用定值电阻对电表进行改装。2.处理数据的方法和能力:(1)观察和分析表格中的数据。(2)利用表格中的数据在坐标图纸上描点。(3)用平滑的曲线连接描出的点。(4)根据描绘的图线分析小灯泡的工作状态。3.利用图象处理数据和分析实验结果:(1)图象横纵坐标的乘积表示功率。(2)结合小灯泡的实际工作过程分析实验结果。热点二创新型实验利用电表改装-3-【典例2】某同学要描绘标有“3.0V0.5A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确，除开关、导线外，可供选用的器材还有：电流表A1(量程0～3mA，内阻约为460Ω)电流表A2(量程0～600mA，内阻约为10Ω)滑动变阻器R1(0～10Ω，额定电流2A)滑动变阻器R2(0～1kΩ，额定电流0.6A)电阻箱R3(最大阻值9999Ω)电源E(E=3.6V，内阻不计)(1)因缺少电压表，需要将电流表___________(选填“A1”或“A2”)改装为电压表。(2)为了测量(1)中所选择的电流表的电阻，采用电路如图1，电路图中的滑动变阻器应该选择___________(选填“R1”或“R2”)。根据图1连接好电路图后，先将电阻箱R3阻值调为零，调节滑动变阻器使电流表A达到满偏，然后保持滑动触头位置不变，调节电阻箱阻值如图2，此时电流表A的示数达到满偏的一半，则电流表A的电阻是___________Ω。该测量值___________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。(3)将(1)中所选择的电流表改装成一个量程为3V的电压表，应串联阻值为___________Ω的电阻。(4)图3是描绘小灯泡L的伏安特性曲线的部分电路图，请将电路图补充完整，并将所选实验器材的符号标上。【创新点分析】(1)由于题目中没有电压表，所以应根据题意将电流表进行改装。(2)分析大电阻作为供电电路时对测量部分电流和电压的影响，从而明确能否利用R3进行实验。-4-【解析】(1)灯泡的正常工作电流为0.5A，远大于电流表A1的量程，再加上A1其内阻较大，是不便于当电流表直接测灯泡电流的，所以要将电流表A1改装成电压表；(2)按照后面的操作过程，由于是采用半偏法测电流表内阻的，R3=0时，电流表满偏的，此时保证滑动变阻器的阻值未变，显然认为此时滑动变阻器分出去的电压未变，要满足此条件，则要求滑动变阻器的阻值远小于R3或RA1的，所以滑动变阻器要选R1。当半偏时，显然只有当R3=RA1时，才将原电压平分，所以RA1=R3=450Ω。由于当将R3接入电路后，电阻变大，它与A1串联后再与滑动变阻器左边并联的总电阻也变大，所以分压也将变大，但此时A1只是半偏，则R3的电压将大于满偏电压的一半，则测量值偏大；(3)将电流表改为电压表要串联的分压电阻为：R==Ω=550Ω。(4)滑动变阻器采用分压接法，电流表外接，电路补充完整如图所示。答案：(1)A1(2)R1450大于(3)550(4)如解析图所示两种U-I曲线应用【典例3】为了描绘小电珠(标有“2.5V1.25W”字样)的伏安特性曲线，现提供如下器材：电压表V1(量程0～3V，内阻约3kΩ)电压表V2(量程0～15V，内阻约15kΩ)电流表A1(量程0～0.6A，内阻约1.0Ω)电流表A2(量程0～3A，内阻约0.1Ω)电流表A3(量程0～300mA，内阻约5Ω)滑动变阻器R1(0～10Ω，3A)滑动变阻器R2(0～1kΩ，0.1A)电源E(电动势约为6V，内阻可不计)-5-开关S、导线若干为了尽可能减小实验误差，测量时方便得到多组数据，请回答下列问题：(1)电压表应选用_________，电流表应选用_________，滑动变阻器应选用___________。(填器材代号)(2)在图甲所示虚线框内补充完整实验电路的原理图并标明选用的器材代号。(3)若测得通过小电珠灯丝的电流I随小电珠两端电压U变化的关系图象如图乙所示，将该小电珠与电动势为1.5V、内阻为3Ω的干电池组成闭合电路，则该小电珠消耗的电功率为___________W。(结果保留两位有效数字)【创新点分析】本题关键要能结合小电珠的伏安特性曲线和电源的U-I图象，找出交点，进而求出小电珠消耗的电功率。【解析】(1)由于小电珠的额定电压U0=2.5V，故电压表应选用V1；结合额定功率P0=U0I0，得额定电流I0=0.5A=500mA，故电流表选用A1；要描绘小电珠的伏安特性曲线，即小电珠两端的电压从零开始，故滑动变阻器应采用分压接法，此时滑动变阻器选用最大阻值较小的，故滑动变阻器选用R1；(2)实验原理图如图所示；(3)根据闭合电路的欧姆定律有U=1.5-3I，在题图乙中作出电源的U-I图象，-6-可得两图象交点为(0.6，0.3)，则该小电珠消耗的电功率P=UI=0.3×0.6W=0.18W。答案：(1)V1A1R1(2)如解析图所示(3)0.18测二极管、电动机等元件的伏安特性曲线【典例4】(2019·全国卷Ⅱ)某小组利用图(a)所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中V1和V2为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100Ω)；S为开关，E为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图(b)是该小组在恒定电流为50.0μA时得到的某硅二极管U-t关系曲线。回答下列问题：(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0μA，应调节滑动变阻器R，使电压表V1的示数为U1=______mV；根据图(b)可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻_________(选填“变大”或“变小”)，电压表V1示数___________(选填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向___________(选填“A”或“B”)端移动，以使V1示数仍为U1。(2)由图(b)可以看出U与t成线性关系，硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为||=_________×10-3V/℃(保留2位有效数字)。-7-【创新点分析】(1)本题可以看作2018年全国Ⅰ卷传感器实验的改编题，实际借助曲线和电路图考查电路的动态分析；(2)第二小问也是测量电动势和内阻图象问题的迁移考查，根据题意分析清楚图(a)所示电路结构与图(b)所示图线是解题的前提与关键，应用欧姆定律、串联电路特点根据题意即可解题。【解析】(1)U1=IR0=50×10-6×100V=5.00×10-3V=5.00mV；由于R=，I不变，据图(b)可知，当t升高时，正向电压U减小，故R变小；由于R变小，总电阻减小，电流增大；R0两端电压增大，即V1表示数变大；只有增大电阻才能使电流减小，故滑动变阻器滑片向右调节，即向B端调节。(2)由图(b)可得图线的斜率||=V/℃=2.8×10-3V/℃。答案：(1)5.00变小增大B(2)2.8【创新角度】