（新课标）2020年高考物理一轮总复习 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线课件

实验探究课实验九描绘小电珠的伏安特性曲线实验解读·核心探究实验热点·各个击破栏目导航随堂练·知能提升[实验目的]1.描绘小电珠的伏安特性曲线．2.分析伏安特性曲线的变化规律．[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温度的关系．[实验器材]学生电源(4～6V直流)或电池组、小电珠(3.8V0.3A)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、坐标纸、导线若干．[实验步骤]1.确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按实验原理图连接好实验电路．2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关S.3.移动滑动变阻器滑片位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S.U/V00.20.40.60.81.01.2I/AU/V1.62.02.42.83.23.64.0I/A4.拆除电路，整理仪器．[数据处理]1.在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系．2.在坐标纸上描出各组数据所对应的点(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)．3.将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线．[误差分析]1.由于电压表、电流表不是理想电表，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、作图带来操作误差．[注意事项]1.电路的连接方式(1)电流表应采用外接法：小电珠(3.8V0.3A)的电阻很小，与0～0.6A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零开始连续变化．2.闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应移到使小电珠分得电压为零的一端，使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化，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．4.当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录I后马上断开开关．5.误差较大的点舍去，I－U图线应是平滑曲线而非折线．[实验改进]1.数据处理方式的改进：采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理．2.与原数据处理方式的比较(1)原方案①优点：由学生读出电压表、电流表的数据，并动手绘出伏安特性曲线，可锻炼学生的读数、动手操作能力．②缺点：学生读数、绘图带来较大误差．(2)改进方案①优点：电压、电流由传感器测出，由计算机进行数据分析，再进行绘图，快捷、准确且误差较小．②缺点：一切在计算机上进行，学生的动手能力得不到锻炼．热点一实验原理与电路连接[典例1]小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压)．实验时用到的器材有：电压表、电流表、滑动变阻器(变化范围0～10Ω)、电源、小灯泡、开关、导线若干．I/A0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U/V0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00(1)在虚线框中画出实验电路图．要求尽量减少实验误差．(2)在方格图中画出小灯泡的U－I曲线．解析：(1)要研究小灯泡的伏安特性曲线，需要电压从零开始，所以采用滑动变阻器的分压接法，因为小灯泡的电阻和电流表的内阻相接近，所以采用电流表的外接法，如图所示．(2)将测得的数据在图象上用描点法描出来，然后用平滑的曲线连接.答案：(1)图见解析(2)图见解析1.某学习小组的同学探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：小灯泡L，规格“4.0V0.7A”；电流表A1，量程3A，内阻约为0.1Ω；电流表A2，量程0.6A，内阻r2＝0.2Ω；电压表V，量程3V，内阻rV＝9kΩ；标准电阻R1，阻值1Ω；标准电阻R2，阻值3kΩ；滑动变阻器R，阻值范围0～10Ω；学生电源E，电动势6V，内阻不计；开关S及导线若干．(1)甲同学设计了如图甲所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46A时，电压表的示数如图乙所示，请问读数为V，此时L的电阻为Ω.(2)乙同学又设计了如图丙所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是V．(3)学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路．请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图丁所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号．解析：(1)因为电压表的量程为3V，所以分度值为0.1V，故示数为2.30V，根据欧姆定律R＝2.30V0.46A＝5Ω.(2)串联一个定值电阻，相当于增加了电压表的量程，因为电压表内阻和R2之比为3∶1，故根据欧姆定律可得电压表两端的电压与电阻R2两端的电压之比为3∶1，因为电压表满偏，故电压表示数为3V，所以定值电阻R2两端的电压为1V，故L上的电压为4V．(3)首先电流表A1的量程太大，误差太大，应使用电流表A2，而A2的量程小于小灯泡的额定电流，所以需要将电流表的量程增大，所以给电流表A2并联一个分流电阻，实验电路图如图所示.答案：(1)2.305(2)4(3)图见解析热点二实验数据处理与分析[典例2]某学习小组探究一小灯泡在不同电压下的功率大小，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接．(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左向右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代替导线在图中完成余下导线的连接；(2)实验测得的数据如下表记录：序号12345678910电压U/V00.30.60.91.21.51.82.12.42.7电流I/A00.100.200.280.350.400.450.480.500.51请将剩余两个点描在图乙的坐标图中，并画出小灯泡的伏安特性曲线；(3)根据所画伏安特性曲线判断；①将该灯泡直接接在一电动势为3V、内阻为1Ω的电源两端，小灯泡的功率为W；(结果保留两位小数)②将只相同的小灯泡并联后，与①中电源以及一定值电阻R0＝0.25Ω串联成闭合回路，可使灯泡消耗的总功率最大，最大值约为W．(结果保留两位小数)解析：(1)探究小灯泡在不同电压下的功率大小，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，实物电路图如图所示：(2)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图象如图所示：(3)①在灯泡U－I图象中作出电源的U－I图象如图所示：由图示图象可知，灯泡两端电压U＝2.5V，通过灯泡的电流I＝0.5A，灯泡功率P＝UI＝2.5×0.5W＝1.25W．②电源与电阻R0整体可以看作等效电源，等效电源内阻为(1＋0.25)Ω＝1.25Ω，当灯泡并联电阻为1.25Ω时灯泡总功率最大，此时路端电压为1.5V，由灯泡U－I图象可知，此时通过灯泡的电流为0.4A，灯泡的电阻：RL＝UI＝1.50.4Ω＝3.75Ω，则三只灯泡并联电阻为1.25Ω，三只灯泡并联时灯泡总功率最大，Pmax＝3UI＝1.80W.答案：(1)图见解析(2)图见解析(3)①1.25(1.25～1.30)②31.802.某物理学习小组的同学在研究性学习过程中，用伏安法研究某电子元件R1(6V2.5W)的伏安特性曲线，要求多次测量并尽可能减小实验误差，备有下列器材A.直流电源(6V，内阻不计)B.电流表G(满偏电流3mA，内阻10Ω)C.电流表A(0～0.6A，约3Ω)D.滑动变阻器R(0～20Ω，5A)E.滑动变阻器R′(0～200Ω，1A)F.定值电阻R0(阻值为1990Ω)G.开关与导线若干(1)根据题目提供的实验器材，请你设计测量电子元件R1伏安特性曲线的电路原理图，R1可用“”表示．(请画在方框内)(2)在实验中，为了操作方便且能够准确地进行测量，滑动变阻器应选用．(填写器材前面的字母序号)(3)将上述电子元件R1和另一个电子元件R2接入如图甲所示电路中，他们的伏安特性曲线分别如图乙中Oa、Ob所示．电源的电动势E＝7.0V，内阻忽略不计，调节滑动变阻器R3，使电子元件R1和R2消耗的电功率恰好相等，则此时电子元件R1的阻值为Ω，R3接入电路的阻值为Ω.(结果保留两位有效数字)解析：(1)描绘伏安特性曲线，需要电压从零开始，所以采用滑动变阻器的分压接法，没有电压表，需要用已知内阻的电流表G与定值电阻R0串联测电压，灯泡电阻R＝622.5Ω＝14.4Ω，电压表内阻为(10＋1990)Ω＝2000Ω，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，电路图如图所示．(2)选用阻值小的滑动变阻器便于操作，所以选D.(3)因为两个电子元件消耗的电功率相等，说明两者的电压和电流相等，所以根据图乙可知，此时电阻两端的电压为U＝2.5V，I＝0.25A，根据欧姆定律得R1＝2.50.25Ω＝10Ω，根据串并联电路特点可知，此时流过R3的电流为I′＝I＝0.25A，两端的电压为U′＝E－2U＝7V－2.5×2V＝2V，故R3＝20.25Ω＝8.0Ω.答案：(1)图见解析(2)D(3)108.0热点三实验的拓展与创新以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性等特点．1．以实验原理及实验方法为基础，探究小灯泡功率与电压的关系．2．实验对象的变迁3．数据处理方式的改进采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理．[典例3](2015·广东卷)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3kΩ)、电流表(内阻约为1Ω)、定值电阻等．(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(a)所示，读数为Ω.据此应选择图中的(填“b”或“c”)电路进行实验．(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．(3)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．(4)该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R＝21Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图(e)所示．闭合S1和S2，电压表读数为3.00V；断开S2，读数为1.00V，可得E＝V，r＝Ω.(结果均保留两位有效数字，电压表为理想电压表)．解析：(1)因倍率为“×1”，故指针所指的数字即为读数，为10Ω；由于待测电阻的阻值比电压表的内阻小得多，故采用电流表外接的方式测量电阻，即选择b.(2)滑动变阻器的滑片P向右滑动时，由于加在待测电阻两端的电压逐渐增大，故电流表的示数也逐渐增大．(3)由图(d)知，元件X的电流与电压成正比，故为线性元件；而元件Y的电流与电压不成正比，故Y是非线性元件．(4)由图可知，线性元件的电阻为RX＝3.00.3Ω＝10Ω，若S1、S2都闭合，则电阻R被短路，电路中的电流I＝URX＝310A＝0.3A，由闭合电路的欧姆定律得E＝U＋Ir，断开S2后，电流I′＝U′RX＝110A＝0.1A，故E＝U′＋I′(R＋r)，两式联立并代入数据得：E＝3.2V，r＝0.50Ω.答案：(1)10b(2)增大(3)Y(4)3.20.50[典例4](2015·重庆卷)同学们测量某电阻丝的电阻Rx，所用电流表的内阻与Rx相当，电压表可视为理想电压表．(1)若使用如图甲所示电路图进行实验，要使得Rx的测量值更接近真实值，电压表的a端应连接到电路的点(填“b”或“c”)．(2)测得电阻丝的U－I图如图乙所示，则Rx为Ω(保留两位有效数字)．甲乙(3)实验中，随电压进一步增加电阻丝逐渐进入炽热状态．某同学发现对炽热电阻丝吹气，其阻值会变化．他们对此现象进行探究，在探究电阻丝两端的电压为10V的条件下，得到电阻丝的电阻Rx随风速v(用风速计测)的变化关系如图丙所示．由图可知当风速增加时，Rx会(填“增大”或“减小”)．在风速增加过程中，为保持电阻丝两端电压为10V，需要将滑动变阻器RW的滑片向端调节(