2020届高考物理总复习 第8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

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:U/V0.00.400.801.201.602.002.402.80I/mA0.00.92.34.36.812.019.030.0实验室提供了以下器材:A.电压表(量程0～3V,内阻约20kΩ)B.电压表(量程0～15V,内阻约100kΩ)C.电流表(量程0～50mA,内阻约40Ω)D.电流表(量程0～0.6A,内阻约2Ω)E.滑动变阻器(阻值范围0～20Ω,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VxRRAxRR(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=Ω的电阻,才能使它工作在最佳状态(结果保留两位有效数字).解析:(4)根据闭合电路欧姆定律应有I=xERR,由I-U图像可读出I=15mA时对应的电压Ux=2.2V,可求出Rx≈146.7Ω,代入数据解得R≈53Ω.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①总的原则:先串后并,接线到柱,注意量程和正负.②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).③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)UIUI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3kΩC.电流表一个:量程为0.6A,内阻约为0.1ΩD.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;解析:(2)由图(乙)可知,量程为0.6A的电流表①的读数为0.10A,②的读数为0.24A;量程为3V的电压表的分度值为0.1V,③,④的读数分别为2.00V与0.27V.因小灯泡通过的电流随其两端电压的增大而增大,故①与④,②与③分别对应,故由欧姆定律R=UI可得由两组数据得到的电阻分别为R1=0.270.1Ω=2.7Ω,R2=2.000.24Ω≈8.3Ω.(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①,②,③,④所示,电流表量程为0.6A,电压表量程为3V.所示读数为:①、②、③、④.两组数据得到的电阻分别为和.答案:(2)①0.10A②0.24A③2.00V④0.27V2.7(±0.1)Ω8.3(±0.1)Ω[如填为8.3(±0.1)Ω2.7(±0.1)Ω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Ⅰ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.解析:(1)在额定电压下,小灯泡L的阻值RL=Ω=11.875Ω,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3.80.32(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)增大增大解析:(2)实验曲线上某点与原点连线的斜率的倒数表示小灯泡的电阻,所以随着电流的增加,小灯泡的电阻增大;由R=ρLS可得ρ=RSL,所以灯丝的电阻率增大.(3)用另一电源E0(电动势4V,内阻1.00Ω)和题给器材连接成图(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=9.0Ω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100μF)、电阻R1(约200kΩ)、电阻R2(1kΩ)、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.时间t/s10.020.030.040.050.060.0电压U/V2.143.454.234.515.005.18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10Ω)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1Ω)B.电流表A2(量程0.6A,内阻约0.3Ω)C.电压表V1(量程3.0V,内阻约3kΩ)D.电压表V2(量程15.0V,内阻约10kΩ)E.滑动变阻器R(最大阻值为10Ω)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Ⅰ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Ⅰ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Ⅱ所示.然后将热敏电阻R1,R2分别与某电池组连成如图(乙)所