2020屆高考物理總復習講義：實驗九描繪小電珠的伏安特性曲線

1、實驗九 描繪小電珠的伏安特性曲線巻套耋鑒壹塞實驗基礎掌握牢一、實驗目的1 描繪小電珠的伏安特性曲線。2分析伏安特性曲線的變化規(guī)律。二、實驗原理(1) 測多組小電珠的 U、I 的值，并繪出 I-U 圖像。(2) 由圖線的斜率反映電流與電壓和溫度的關系。三、實驗器材小電珠“3.8 V0.3 A ”電壓表“ 03 V15 V”、電流表“ 00.6 A3 A”、滑動變阻器、學生電源、開關、導線若干、坐標紙、鉛筆。四、實驗步驟2將小電珠、電流表、電壓表、滑動變阻器、學生電源、開關用導線連接成如圖乙所示的電路。3.測量與記錄移動滑動變阻器觸頭位置，測出12 組左右不同的電壓值 U 和電流值 I，并將測量數(shù)

2、據(jù)填入自己設計的表格中。五、數(shù)據(jù)處理1在坐標紙上以 U 為橫軸， I 為縱軸，建立直角坐標系。2在坐標紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應的點。3將描出的點用平滑的曲線連接起來，得到小電珠的伏安特性曲線。六、誤差分析1由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，對電路的影響會帶來誤差，電流表外 接，由于電壓表的分流，使測得的電流值大于真實值。2測量時讀數(shù)帶來誤差。3在坐標紙上描點、作圖帶來誤差。七、注意事項1電流表外接法： 本實驗中被測小電珠燈絲的電阻值較小，因此測量電路必須采用電 流表外接法。2 滑動變阻器應采用分壓式連接：本實驗要作出 I-U 圖像，要求測出一組包括零在內(nèi)的電流、電壓值，故控制電路必須采用分

3、壓接法。3保護元件安全： 為保護元件不被燒毀，開關閉合前變阻器滑片應置于使接入電路的 電阻最大位置處。加在小電珠兩端的電壓不要超過其額定電壓。基礎考法 考法 （一） 實驗原理與操作1 有一個小電珠上標有“ 4 V 2 W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個電珠的I-U 圖線。有下列器材供選用：A .電壓表（05 V，內(nèi)阻 10 kQ）B.電壓表（010 V，內(nèi)阻 20 kQ）C.電流表（00.3 A，內(nèi)阻 1Q）D .電流表（00.6 A，內(nèi)阻 0.4Q）E.滑動變阻器（5Q1 A）F .滑動變阻器( (500Q0.2 A)(1) 實驗中電壓表應選用 _，電流表應選用 _ 。( (用序號字母表示)

4、 )(2) 為使實驗誤差盡量減小，要求電壓從零開始變化且多取幾組數(shù)據(jù)，滑動變阻器應選用_o(用序號字母表示) )(3)請在虛線框內(nèi)畫出滿足實驗要求的電路圖，并把下圖中所示的實驗器材用實線連接 成相應的實物電路圖。解析：( (1)因小電珠的額定電壓為 4 V，為保證安全，選用的電壓表量程應稍大于4 V,但不能大太多，量程太大則示數(shù)不準確，故選用 05 V 的電壓表，故選 A;由 P= UI 得,P小電珠的額定電流 1 =p= 0.5 A，故應選擇 00.6 A 量程的電流表，故選Do(2) 由題意可知，電壓從零開始變化，并要求多測幾組數(shù)據(jù)，故只能采用滑動變阻器分壓接法，而分壓接法中應選總阻值小的

5、滑動變阻器，故選EoU2一(3) 小電珠內(nèi)阻 R= -p = 8 Q,電壓表內(nèi)阻遠大于小電珠內(nèi)阻，應采用電流表外接法，故 電路圖和實物連接圖如圖所示。答案：( (1)A D (2)E(3)圖見解析2小華和小明在“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗中，將實驗數(shù)據(jù)記錄在下表中:電壓 U/V0.000.200.400.701.001.301.702.102.50電流 I/A0.000.140.240.260.370.400.430.450.46(1)實驗室有兩種滑動變阻器供選擇:A .滑動變阻器（阻值范圍 010 額定電流 3 A）B.滑動變阻器（阻值范圍 02 000Q額定電流 1 A）實驗中選擇的滑

6、動變阻器是 _。（填寫字母序號）（2）在圖甲中用筆畫線代替導線，將實驗電路連接完整。（3）_開關閉合前， 滑動變阻器的滑片應滑至最（選填“左”或“右”）端。利用表中數(shù)據(jù)，在圖乙中畫出小燈泡的U-I 圖線。小明提出用圖像上該點曲線斜率表示小燈泡的阻值；小華提出該點與坐標原點連線的斜率表示小燈泡的阻值。你認為 _ （選填“小華”或“小明”）的方法正確。解析：（1）由于燈泡的電阻大約在幾歐左右，為了便于測量，滑動 變阻器選擇 010Q的。（2）由于燈泡的電壓和電流從零開始測起，則滑動變阻器采用分壓式接法；電流表采用外接法。實物連線圖如圖所示。（3）為了保護測量電路，開關閉合前，滑動變阻器的滑片應滑至

7、最左端。（5）他們在 U-I 圖像上找到小燈泡工作電壓為2.0 V 時的坐標點，計算此狀態(tài)的電阻值時,甲右描點連線。用平滑的曲線將所描的點連起來，使盡可能多的點在曲線上，小燈泡的U-I 圖線如圖所示。（5） 根據(jù)歐姆定律知， R =半， 電阻的大小為該點與坐標原點連線的斜率， 故小華的方法 正確。答案：（1）A（2）見解析圖左見解析圖（5）小華方法指導1 滑動變阻器的選取在分壓電路中，一般選用總阻值小于用電器電阻的滑動變阻器。在限流電路中，一般選用總阻值和用電器電阻相差不多或大幾倍的滑動變阻器。3 兩種接法的適用條件（1）限流式接法適合測量阻值較小的電阻 滑動變阻器的最大電阻還小）。（跟滑動變

8、阻器的最大電阻相比相差不多或比2 滑動變阻器的兩種連接方式分分壓式接法適合測量阻值較大的電阻（一般比滑動變阻器的最大電阻要大）。(3)若實驗中要求電壓從零開始調(diào)節(jié)，則必須采用分壓式接法?？挤?二)數(shù)據(jù)處理和誤差分析3某學習小組探究一小燈泡在不同電壓下的功率大小，實驗器材如圖甲所示，現(xiàn)已完 成部分導線的連接。(1)實驗要求滑動變阻器的滑片從左向右移動過程中，電流表的示數(shù)從零開始逐漸增大,請按此要求用筆畫線代替導線在圖甲中完成余下導線的連接；(2)實驗測得的數(shù)據(jù)如下表記錄:序號12345678910電壓U/V00.30.60.91.21.51.82.12.42.7電流I/A00.100.200.2

9、80.350.400.450.480.500.51請將剩余兩個點描在圖乙的坐標圖中，并畫出小燈泡的伏安特性曲線;(3)根據(jù)所畫伏安特性曲線判斷：1將該燈泡直接接在一電動勢為3 V、內(nèi)阻為 1Q的電源兩端，小燈泡的功率為 _W;(結(jié)果保留兩位小數(shù)) )2將_只相同的小燈泡并聯(lián)后，與中電源以及一定值電阻Ro= 0.25Q串聯(lián)成閉合回路，可使燈泡消耗的總功率最大，最大值約為 _ W。(結(jié)果保留兩位小數(shù)) )解析：( (1)探究小燈泡在不同電壓下的功率大小，電壓與電流應從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法，實物電路圖如圖所示:(2) 根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在坐標系內(nèi)描出對應點，然后作出圖像如圖所示:在燈泡

10、 U-I 圖像中作出電源的 U-I 圖像如圖所示。由圖示圖像可知，燈泡兩端電壓 U = 2.5 V，通過燈泡的電流2.5X0.5 W電源與電阻 Ro整體可以看做等效電源，等效電源內(nèi)阻為(1 + 0.25)0=1.25Q,當燈泡并聯(lián)電阻為 1.25O寸燈泡總功率最大，此時路端電壓為1.5 V，由燈泡 U-I 圖像可知，此U 1 5時通過燈泡的電流為0.4 A,燈泡的電阻：RL= T =器0=3.750則三只燈泡并聯(lián)電阻為答案：（1 ）圖見解析（2）圖見解析（3） 1.25（1.21 1.30 均可） 3 1.804.物理興趣小組的同學們從實驗室中找到一只小燈泡，其標稱功率值為0.75 W，額定電

11、壓值已模糊不清。他們想測定其額定電壓值，于是先用歐姆表直接測出該燈泡的電阻約為 2Q,然后根據(jù)公式計算出該燈泡的額定電壓U = PR= .0.75X2 V = 1.22 V。他們懷疑所得電壓值不準確，于是，再利用下面可供選擇的實驗器材設計一個電路，測量通過 燈泡的電流和它兩端的電壓并根據(jù)測量數(shù)據(jù)來繪制燈泡的U-I 圖線，進而分析小燈泡的額定電壓。A .電壓表 V（量程 3 V，內(nèi)阻約 3 kQ）B.電流表 A1（量程 150 mA，內(nèi)阻約 2Q）C.電流表 A2（量程 500 mA，內(nèi)阻約 0.6Q）D .滑動變阻器 R1（020Q）E.滑動變阻器 甩（0100Q）F .電源 E（電動勢 4.

12、0 V，內(nèi)阻不計）G.開關 S 和導線若干H .待測燈泡 L（額定功率 0.75 W，額定電壓未知）（1）在下面的虛線框中畫出他們進行實驗的電路原理圖，指出上述器材中，電流表選擇（選填“A”或“A”；滑動變阻器選擇 _ （選填 R1”或 R2”。1.25 切三只燈泡并聯(lián)時燈泡總功率最大,Pmax= 3UI = 1.80 W。在實驗過程中，一同學將燈泡兩端的電壓由零緩慢地增加，當電壓達到1.23 V 時,發(fā)現(xiàn)燈泡亮度很暗，當達到2.70 V 時，發(fā)現(xiàn)燈泡已過亮，便立即斷開開關，并將所測數(shù)據(jù)記錄在表格中：次數(shù)1234567U/V0.200.601.001.401.802.202.701/mA801

13、55195227255279310請你根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在如圖所示坐標系中作出燈泡的U-I 圖線。(3)由圖像得出該燈泡的額定電壓應為 _V;這一結(jié)果大于 1.22 V，其原因是 e解析：( (1)根據(jù) P= I2R,估算出燈泡的額定電流大約是 600 mA，因此電流 匚鏗二 6 表應選 A2；本實驗要描繪出燈泡的 U-I 圖線，需要測量多組數(shù)據(jù)， 因此滑動變 -出斗阻器應采用分壓式接法， 所以應選阻值較小的 Ri;小燈泡電阻較小，電流表應甲外接。原理圖如圖甲所示。(2)描點，并用平滑曲線連線，燈泡的 U-I 圖線如圖乙所示。(3)由 P = UI = 0.75 W，再結(jié)合圖像可知 U額=2.5

14、 V ;小燈泡的額定電壓大于1.22 V 的原因是小燈泡的冷態(tài)電阻小于正常工作時的電阻。答案：( (1)見解析圖甲A2Ri(2)見解析圖乙(3)2.5(2.42.6 均可) )小燈泡的冷態(tài)電阻小于正常工作時的電阻( (或小燈泡的電阻隨溫度的升高而變大) )（4）將RT握于手心，手心溫度下R2的相應讀數(shù)如圖（c）所示，該讀數(shù)為.Q,則；崟套身荃卷身瑩卷謬;實驗創(chuàng)新領悟好-例 1 （2018 全國卷I）某實驗小組利用如圖（a）所示的電路探究在25C80C范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性。所用器材有：置于溫控室（圖中虛線區(qū)域）中的熱敏電阻RT，其標稱值（25C時的阻值）為 900.0Q電源 E（6 V，內(nèi)

15、阻可忽略）；電壓表（量程 150 mV）;定值 電阻R（阻值 20.0 莒滑動變阻器 Ri（最大阻值為 1 000 0;電阻箱 R2（阻值范圍 0999.9 單刀開關 S1,單刀雙擲開關 S2。實驗時，先按圖（a）連接好電路，再將溫控室的溫度t 升至 80.0C。將 Sz與 1 端接通，閉合 S1,調(diào)節(jié) R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值Uo；保持 R1的滑片位置不變，將 R2置于最大值，將 S2與 2 端接通，調(diào)節(jié) R2,使電壓表讀數(shù)仍為Uo;斷開 S1,記下此時 R2的讀數(shù)。逐步降低溫控室的溫度t,得到相應溫度下 R2的阻值，直至溫度降到 25.0C。實驗得到的 R2-t 數(shù)據(jù)見下表。t

16、/c25.030.040.050.060.070.080.0R2/0900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列問題:（2）在圖（b）的坐標紙上補齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點，并作出 R2-t 曲線。（1）在閉合 Si前，圖（a）中 Ri的滑片應移動到（填 a”或 b”端。-I摯xlOOxIOXI oXOJ. .ionol400一ammhHHnR益總益庇nlHn,-111!Ham:=:=!n気-aHa審竺!5:=!一（4）將RT握于手心，手心溫度下R2的相應讀數(shù)如圖（c）所示，該讀數(shù)為.Q,則由圖（b）可得到RT在 25C80C范圍內(nèi)的溫度特性。當t= 44.0C時，

17、可得RT=手心溫度為_Co三步穩(wěn)解題1.分析實驗目的： 探究某熱敏電阻的溫度特性。2.確定實驗原理：利用等效替代法測出不同溫度下熱敏電阻的阻值，描繪出溫度特性R2-t 曲線，然后根據(jù)溫度特性曲線解決實際問題。3.制定數(shù)據(jù)處理方案： 采用等效替代法測量電阻的阻值，通過畫出的R2-t 圖線可確定不同溫度下熱敏電阻的阻值，最后應用顯示的電阻值，確定手心溫度。解析(1)閉合開關 Si前，應讓滑片移動到 b 端，使滑動變阻器連入電路的阻值最大。把 t= 60C和 t= 70C對應的兩組數(shù)據(jù)在坐標紙上畫點，然后用平滑的曲線畫出 R2-t曲線，使盡可能多的點位于曲線上，如圖所示。ii-iiaBiiHiii-

18、fcaiiHiiiaiiiaI va ra va n nra n j B-BM ： Bn H ： ： rj n paj 14H I I丄電 上卜弭j|=一|_卜4*一il打鬧II刪I刪電1 ;H rill ri n rii rr I rri I rrl I rli I Hi 1.11 llrTTrmo 20.Q 40.0 eoii fJOo 100.0 i/r(3) 由圖像可知 t= 44.0C時，電阻的阻值約為450Q(4) 由題圖(c)可得電阻箱阻值為 620.0R由圖像可得溫度約為33.0C。答案(1)b (2)圖見解析(3)450 (4)620.0 33.0例2(2017 全國卷I)某

19、同學研究小燈泡的伏安特性。所使用的器材有：小燈泡L(額定電壓 3.8 V，額定電流 0.32 A);電壓表(量程 3 V，內(nèi)阻 3 kQ);電流表(量程 0.5 A , 內(nèi)阻 0.5Q)固定電阻 R) )(阻值 1 000 埒滑動變阻器 R(阻值 09.0 必)電源 E(電動勢 5 V , 內(nèi)阻不計) )；開關 S;導線若干。(1)實驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)在03.8 V 的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，畫出實驗電路原理圖。4001（2）實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖（a）所示。由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻_ （填“增大”“不變”或“減小”），燈絲的電阻率 _ （填“增大” “不變”或“

20、減小”）。用另一電源 Eo（電動勢 4 V，內(nèi)阻 1.00 Q）和題給器材連接成圖（b）所示的電路，調(diào)節(jié) 滑動變阻器 R 的阻值，可以改變小燈泡的實際功率。閉合開關S,在 R 的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為 _W，最大功率為 _W。（結(jié)果均保留兩位小數(shù)）三步穩(wěn)解題1 分析實驗目的：研究小燈泡的伏安特性。2.確定實驗原理：題目中提供了小燈泡的伏安特性曲線，通過分析曲線的斜率判斷隨 著電流增加時小燈泡的電阻的變化及燈絲電阻率的變化，然后小燈泡與另一電源連接，改 變滑動變阻器，判斷小燈泡的最小、最大功率。3.制定數(shù)據(jù)處理方案： 要求小燈泡兩端電壓從零開始變化，故滑動變阻器用分壓式接 法，求出小燈泡

21、的電阻，比較電流表與電壓表的阻值可判斷電流表內(nèi)接或外接；伏安特性 曲線的斜率越小，小燈泡的阻值越大，燈絲電阻率越大；小燈泡與另一電源連接，要判斷 小燈泡的功率，可將滑動變阻器等效為電源的內(nèi)阻，畫出電源的路端電壓隨電流的變化圖線，圖線的交點即為小燈泡的電壓和電流。解析（1）要實現(xiàn)在 03.8 V 的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，則滑 動變阻器需要設計成分壓接法；電壓表OV 應與固定電阻 Ro串聯(lián)，將量程改為 4 V。由于小燈泡正常發(fā)光時電阻約為12 Q,所以需將電流表外接。電路圖如圖所示。（2）I-U 圖像中隨著電流的增大，圖線的斜率變小，小燈泡的電阻增大。根據(jù)電阻定律 R =總，得燈絲的電阻率

22、增大。(3)當滑動變阻器接入電路中的阻值最大為 9.0Q時，流過小燈泡的電流最小，小燈泡的實際功率最小，把滑動變阻器視為等效電源內(nèi)阻的一部分，在題圖( (a)中畫出等效電源Eo(電動勢 4 V,內(nèi)阻 1.00 斜 9.00=10Q)伏安特性曲線，函數(shù)表達式為 U = 4- 10I(V), 圖線如圖中I所示，故小燈泡的最小功率為Pmin= 611= 1.75X0.225 W沁0.39 W。當滑動變阻器接入電路中的阻值最小為零時，流過小燈泡的電流最大，小燈泡的實際功率最大，在題圖(a)中畫出電源 Eo(電動勢 4 V，內(nèi)阻 1.00Q的伏安特性曲線，函數(shù)表達式為U = 4 I(V)，圖線如圖中n所

23、示，故小燈泡的最大功率為Pmax= U2l2= 3.68X0.318 W疋1.17 W。答案(1)圖見解析(2)增大 增大(3)0.391.17創(chuàng)新領悟35030020015010050伸創(chuàng)新考法1二極管的說明書上提供了它的伏安特性曲線 小組想要驗證該二極管的伏安特性曲線。(1)選擇好實驗器材準備連接電路時， 發(fā)現(xiàn)二極管外殼正負極的標識不清楚，于是就用 多用電表歐姆擋判斷二極管的正負極，用歐姆表“X1 k”擋兩次實驗情況如圖甲、乙所示,由此可知 _ (填“A 或 “B端為二極管的正極；(2)該物理興趣小組要對二極管加正向電壓時的伏安特性曲線進行驗證，實驗室提供的器材有：A .直流電源 E:電動

24、勢 3 V，內(nèi)阻忽略不計；B.待測二極管 D;C .滑動變阻器 R: 020QD .電壓表 V :量程 3 V，內(nèi)阻約 20 kQE. 電流表 A:量程 50 mA，內(nèi)阻約 5 吐F.開關 S,導線若干。請在下邊虛線框內(nèi)的實驗電路圖中加上直流電源 E 及滑動變阻器 R,并將電路圖連接 完整。(正向最大電流 40 mA 左右) )，物理興趣解析：（1）題圖甲所示多用電表歐姆擋顯示電阻很大，說明圖甲中紅表筆接的是二極管 正極，即 B 端為二極管的正極。（2）驗證二極管的伏安特性曲線實驗需要滑動變阻器連接成分壓接法。由于二極管正向 電阻較小，電流表外接，電路圖如圖所示。答案：（1）B（2）實驗電路圖

25、見解析2.某同學利用如圖甲所示電路測量電容器充電時兩極板間的電壓隨時間的變化。實驗中使用的器材為：電池 E（內(nèi)阻很小卜開關$和 S2、電 容器 C（約100 卩 F、電阻 Ri（約 200 kQ、）電阻 R2（1 kQ、）電壓表 V（量程 6 V）、秒表、導線若干。丙（1）按圖甲所示的電路原理將圖乙中實物圖連線。（2）先閉合開關 S2,再斷開開關 S2，閉合開關 Si，同時按下秒表開始計時。若某時刻電壓表的示數(shù)如圖丙所示，電壓表的讀數(shù)為 _ V（保留兩位小數(shù)）。（3）該同學每隔 10 s 記錄一次電壓表的讀數(shù)U，記錄的數(shù)據(jù)如表所示。在給出的坐標紙上繪出 U-t 圖線，已知只有一個數(shù)據(jù)點誤差較大

26、，該數(shù)據(jù)點對應的表中的時間是_ s。時間 t/s10.020.030.040.050.060.0電壓 U/V2.143.454.234.515.005.18I口口EJ口IIUD口日11口EJL3口IILI口EJII：riigiiD 131口口！：一口口2E12M口口匚口口:3.002.00LOO：J：: ：!：!：!：!：!：!：!： !： 舊日 口口1【口nnirra 1口口口口II口口口口百：L!J! ! !J 3-2H!：!210 20 30；40 50 60t/sC1ZZI甲電路中 C、R2和 S2構(gòu)成的回路的作用是解析：( (1)根據(jù)電路原理圖，實物圖連線如圖所示。(2)電壓表的量程為 6 V，分度值為 0.1 V，所以讀數(shù)為 3.60 V。先描點，然后用平滑的曲線將所描的點連接起來，如圖所示。由圖可以看出t= 40 s對應的點誤差較大。(4)電路中 C、R2和 S2構(gòu)成的回路，先閉合開關S2，再斷開開關 S2，使電容器上所帶電荷量釋放干凈，不影響實驗。答案：( (1)見解析圖(2)3.60 (3)圖像見解析圖40 (4)使每次實驗前電容器兩極板上的電荷相中和3.在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗時，所用的電流表內(nèi)阻為幾歐，電壓表內(nèi)阻為十幾千歐。實驗中得到了多組