(通用版)2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第51課時(shí) 描繪小電珠的伏安特性曲線(實(shí)驗(yàn)增分課)講義(含解析).doc
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第51課時(shí) 描繪小電珠的伏安特性曲線(實(shí)驗(yàn)增分課) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 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(shí)驗(yàn)原理 1.電路原理如圖甲所示,測多組小電珠的U、I的值,并繪出其伏安特性曲線(圖乙)。 2.由圖線的斜率反映電流與電壓的關(guān)系,以及溫度的影響。 三、實(shí)驗(yàn)器材 學(xué)生電源(4~6 V直流)或電池組、小電珠(3.8 V,0.3 A)、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、坐標(biāo)紙、導(dǎo)線若干。 謹(jǐn)記部分器材用途 滑動(dòng)變阻器 改變小電珠電流、電壓,測出多組數(shù)據(jù) 坐標(biāo)紙 在坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系、描點(diǎn)并畫圖像 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.確定電流表、電壓表的量程,采用電流表外接法,滑動(dòng)變阻器采用分壓接法,按電路原理圖連接好實(shí)驗(yàn)電路。 2.把滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)節(jié)到電路原理圖中最左端,電路連接經(jīng)檢查無誤后,閉合開關(guān)S。 3.移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片位置,測出12組左右不同的電壓值U和電流值I,并將測量數(shù)據(jù)填入表格中,斷開開關(guān)S。 U(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 I(A) U(V) 1.4 1.8 2.2 2.6 3.0 3.4 3.8 I(A) 4.拆除電路,整理儀器。 五、數(shù)據(jù)處理 1.在坐標(biāo)紙上以U為橫軸,以I為縱軸,建立坐標(biāo)系。 2.在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點(diǎn)(坐標(biāo)系縱軸和橫軸的標(biāo)度要適中,以使所描圖線充分占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙為宜)。 3.將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來,就得到小電珠的伏安特性曲線。 六、誤差分析 1.由于電壓表、電流表不是理想電表,電表內(nèi)阻對電路的影響會(huì)造成系統(tǒng)誤差。 2.電流表、電壓表的讀數(shù)造成偶然誤差。 3.在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖造成偶然誤差。 七、注意事項(xiàng) 1.電路的連接方式 (1)電流表應(yīng)采用外接法:小電珠(3.8 V,0.3 A)的電阻很小,與0~0.6 A的電流表串聯(lián)時(shí),電流表的分壓影響很大。 (2)滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法:目的是使小電珠兩端的電壓從零開始連續(xù)變化。 2.閉合開關(guān)前,滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)移到使小電珠分得電壓為零的一端,使開關(guān)閉合時(shí)小電珠兩端的電壓從零開始變化,同時(shí)也是為了防止開關(guān)剛閉合時(shí)因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲。 3.小電珠的伏安特性曲線在U0=1.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲,故在U=1.0 V 左右繪點(diǎn)要密,防止出現(xiàn)較大誤差。 4.當(dāng)小電珠的電壓接近額定值時(shí)要緩慢增加,達(dá)到額定值記錄I后馬上斷開開關(guān)。 5.誤差較大的點(diǎn)舍去,小電珠的伏安特性曲線應(yīng)是平滑曲線而非折線。 考法一 實(shí)驗(yàn)原理和操作 1.某同學(xué)做三種導(dǎo)電元件的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn),他根據(jù)所測量數(shù)據(jù)分別繪制了三種元件的IU圖像,如圖所示,則下列判斷正確的是( ) A.圖乙表示的電阻遵從歐姆定律 B.圖甲、丙的曲線一定是偶然誤差太大 C.圖甲表示的電阻阻值隨電壓升高而增大 D.圖丙表示的電阻能作為標(biāo)準(zhǔn)電阻使用 解析:選A 由題圖知,圖乙是線性元件的IU圖像,遵從歐姆定律,故A正確;圖甲、丙是不同的非線性元件的IU圖像,不是偶然誤差大,故B錯(cuò)誤;IU圖像上某點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的連線的斜率表示電阻的倒數(shù),根據(jù)圖甲可知,隨電壓升高電阻阻值減小,故C錯(cuò)誤;圖丙表示的電阻隨電壓的變化而變化,不能作為標(biāo)準(zhǔn)電阻使用,故D錯(cuò)誤。 2.如圖所示為“測繪小燈泡伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路圖,已知小燈泡額定電壓為2.5 V。完成下列實(shí)驗(yàn)步驟: (1)閉合開關(guān)前,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片,______________________________________ ____________。 (2)閉合開關(guān)后,逐漸移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,_________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)斷開開關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線。 解析:(1)使滑動(dòng)變阻器的滑片滑至最左端。 (2)增加小燈泡兩端的電壓,記錄電壓表和電流表的多組讀數(shù),直至電壓表示數(shù)達(dá)到小燈泡的額定電壓。 答案:見解析 考法二 數(shù)據(jù)處理和誤差分析 3.要描繪一個(gè)標(biāo)有“3 V 0.8 W”小燈泡的伏安特性曲線,要求小燈泡兩端的電壓由零逐漸增加,且盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差。已選用的器材除導(dǎo)線、開關(guān)外,還有: 電池組(電動(dòng)勢為4.5 V,內(nèi)阻約1 Ω) 電流表(量程0.6 A,內(nèi)阻約為1 Ω) 電壓表(量程3 V,內(nèi)阻約為3 kΩ) 滑動(dòng)變阻器(最大阻值20 Ω,額定電流1 A) (1)實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)選用________(填字母代號)。 (2)以電壓表的讀數(shù)U為橫軸,以電流表的讀數(shù)I為縱軸,根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的多組數(shù)據(jù)描繪出小燈泡的伏安特性曲線,如圖所示。由圖可知:隨著電壓的增大,小燈泡的電阻________(選填“增大”或“減小”),其發(fā)生變化的原因__________________________________________ ______________________________________________________。 (3)如果將這個(gè)小燈泡接到電動(dòng)勢為1.5 V,內(nèi)阻為5 Ω的電源兩端,電路接通后小燈泡兩端的電壓是________V。 解析:(1)由題意得,本實(shí)驗(yàn)要求從電壓表讀數(shù)為零開始測量,故滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法;由于小燈泡電阻較小,因此應(yīng)采用電流表外接法,故選擇B電路。 (2)IU圖像中任一點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率表示電阻的倒數(shù),由題圖線可知,隨著電壓的增大,小燈泡的電阻增大,原因是燈絲電阻隨溫度的升高而增大。 (3)作出電源的伏安特性曲線,如圖所示,由圖可知,小燈泡兩端的電壓約為0.7 V。 答案:(1)B (2)增大 燈絲的電阻隨溫度升高而增大 (3)0.7 4.(2019宜興高三調(diào)研)某學(xué)習(xí)小組欲描繪小燈泡(“3 V,1.5 W”)的UI圖線,可選用的實(shí)驗(yàn)器材如下: A.電池組:電動(dòng)勢約為4.5 V,內(nèi)阻可不計(jì); B.雙量程的電壓表: V1:量程3 V,內(nèi)阻約為3 kΩ; V2:量程15 V,內(nèi)阻約為15 kΩ; C.雙量程的電流表: A1:量程0.6 A,內(nèi)阻約為1 Ω; A2:量程3 A,內(nèi)阻約為0.1 Ω; D.滑動(dòng)變阻器R:阻值范圍0~10 Ω,允許通過的最大電流為2 A; E.開關(guān)S,導(dǎo)線若干。 在盡量提高測量精度的情況下,請回答下列問題: (1)根據(jù)以上器材,用筆畫線代替導(dǎo)線將實(shí)物圖1連接成完整電路。 (2)閉合開關(guān)前,滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)移到________(選填“A”或“B”)端。 (3)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得到電壓、電流數(shù)據(jù)如表所示,請?jiān)趫D2所示的坐標(biāo)紙上畫出小燈泡的UI圖線。 組數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0 0.28 0.58 0.92 1.50 2.00 3.00 I/A 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.45 0.49 (4)根據(jù)UI圖線可得小燈泡在常溫下的電阻約為________Ω(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 解析:(1)本實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用滑動(dòng)變阻器分壓接法以獲得多組數(shù)據(jù),同時(shí)由于小燈泡內(nèi)阻較小,應(yīng)采用電流表外接法以減小誤差;故連線如圖甲所示。 (2)由圖甲可知測量電路與滑動(dòng)變阻器的左側(cè)并聯(lián),為了讓小燈泡兩端的電壓值從零開始調(diào)節(jié),開始時(shí)滑片應(yīng)移到A端。 (3)根據(jù)描點(diǎn)法可得出對應(yīng)的UI圖線如圖乙所示。 (4)在圖乙中作出UI圖線過原點(diǎn)的切線,如圖丙所示;小燈泡在常溫下的電阻即UI圖線過原點(diǎn)的切線的斜率;故R= Ω≈2.3 Ω。 答案:(1)見解析圖甲 (2)A (3)見解析圖乙 (4)2.3(2.2~2.4均可) 要充分發(fā)掘圖像的“潛能”進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,如在同一個(gè)UI 或IU坐標(biāo)系內(nèi)畫小燈泡和電源的圖線,交點(diǎn)即表示把小燈泡直接連在電源兩端的工作狀態(tài),從而得到小燈泡的電壓、電流、功率,以及電流的內(nèi)部功率等?! ? [例1] (2018全國卷Ⅰ)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖(a)所示的電路探究在25 ℃~80 ℃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(biāo)稱值(25 ℃時(shí)的阻值)為900.0 Ω;電源E(6 V,內(nèi)阻可忽略);電壓表(量程150 mV);定值電阻R0(阻值20.0 Ω),滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω);電阻箱R2(阻值范圍0~999.9 Ω);單刀開關(guān)S1,單刀雙擲開關(guān)S2。 實(shí)驗(yàn)時(shí),先按圖(a)連接好電路,再將溫控室的溫度t升至80.0 ℃。將S2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U0;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U0;斷開S1,記下此時(shí)R2的讀數(shù)。逐步降低溫控室的溫度t,得到相應(yīng)溫度下R2的阻值,直至溫度降到25.0 ℃。實(shí)驗(yàn)得到的R2t數(shù)據(jù)見下表。 t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 回答下列問題: (1)在閉合S1前,圖(a)中R1的滑片應(yīng)移動(dòng)到________(填“a”或“b”)端。 (2)在圖(b)的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點(diǎn),并作出R2t曲線。 (3)由圖(b)可得到RT在25 ℃~80 ℃范圍內(nèi)的溫度特性。當(dāng)t=44.0 ℃時(shí),可得RT=________Ω。 (4)將RT握于手心,手心溫度下R2的相應(yīng)讀數(shù)如圖(c)所示,該讀數(shù)為________Ω,則手心溫度為________℃。 [三步化“新”為“熟”] 1.本題實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄繜崦綦娮璧臏囟忍匦裕吞骄啃襞莸姆蔡匦杂泻芏嘞嗨浦帯? 2.實(shí)驗(yàn)中使用了替代法,能準(zhǔn)確地確定熱敏電阻在不同溫度下的阻值。 3.本實(shí)驗(yàn)用R2t圖像表達(dá)熱敏電阻的溫度特點(diǎn),采用描點(diǎn)法畫出圖像,并應(yīng)用圖像分析有關(guān)問題。 [解析] (1)閉合開關(guān)S1前,應(yīng)讓滑片移動(dòng)到b端,使滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最大。 (2)把t=60 ℃和t=70 ℃對應(yīng)的兩組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫點(diǎn),然后用平滑的曲線畫出R2t曲線,使盡可能多的點(diǎn)位于曲線上,如圖所示。 (3)由圖像可知t=44.0 ℃時(shí),電阻的阻值約為450 Ω。 (4)由題圖(c)可得電阻箱阻值為620.0 Ω,由圖像可得溫度約為33.0 ℃。 [答案] (1)b (2)見解析圖 (3)450 (4)620.0 33.0 [例2] 某實(shí)驗(yàn)小組要探究一小燈泡的電壓與電流的關(guān)系,并研究小燈泡在不同電壓下的實(shí)際功率,實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示。 (1)閉合開關(guān)前,滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)在________(選填“a”或“b”)端。 (2)閉合開關(guān),把滑片P向一端移動(dòng)過程中,發(fā)現(xiàn)電流表與電壓表均有明顯讀數(shù)且讀數(shù)幾乎不變,則電路中出現(xiàn)故障的元件可能是________(選填“A”或“B”)。 A.小燈泡 B.滑動(dòng)變阻器 (3)該小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪出小燈泡的UI圖線如圖乙所示,可判定在圖丙中小燈泡的功率P與加在小燈泡兩端電壓的平方U2的圖線正確的是________(選填“1”“2”或“3”)。 (4)某同學(xué)將兩個(gè)完全相同的這種小燈泡并聯(lián)接在電源兩端,已知電源的電動(dòng)勢E=3 V、內(nèi)阻r=2 Ω,則此時(shí)每個(gè)小燈泡的實(shí)際功率為________W(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 [三步化“新”為“熟”] 1.本題實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯啃襞莸腢I圖線及實(shí)際功率,和探究小燈泡的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)基本相同。 2.根據(jù)P=,由于小燈泡電阻隨溫度的升高而增大,PU2 圖線的斜率應(yīng)逐漸變小。 3.根據(jù)電源的UI圖線和小燈泡UI圖線的交點(diǎn)坐標(biāo),可確定小燈泡接在電源上的實(shí)際功率。 [解析] (1)閉合開關(guān)前,滑片P應(yīng)置于a端,使測量電路電流、電壓均為零。 (2)電流表與電壓表均有明顯讀數(shù)且讀數(shù)幾乎不變,說明測量電路導(dǎo)通,控制電路中的滑動(dòng)變阻器沒有起作用,故電路中出現(xiàn)故障的元件可能是滑動(dòng)變阻器。 (3)由題圖乙可得,隨著小燈泡兩端電壓的增大,小燈泡的電阻增大,由P=得=,則P隨U2的變化變緩,題圖丙中正確的圖線為3。 (4)設(shè)小燈泡兩端的電壓為U,流過每個(gè)小燈泡的電流為I,則E=U+2Ir,得U=3-4I,在題圖乙中畫出電源的UI圖線如圖所示,交點(diǎn)坐標(biāo)U=2.20 V,I=0.200 A,所以每個(gè)小燈泡消耗的電功率為P=UI=0.44 W。 [答案] (1)a (2)B (3)3 (4)0.44(0.43~0.45均可) [創(chuàng)新角度歸納] 實(shí)驗(yàn)情境 的創(chuàng)新 除研究小燈泡伏安特性曲線,還可研究日常生活中的材料或元件的伏安特性曲線 器材的改 進(jìn)或替換 在沒有合適的電壓表、電流表的情況下可以先改裝,再使用,如: (1)擴(kuò)大電壓表量程: (2)擴(kuò)大電流表量程: 實(shí)驗(yàn)原理 的創(chuàng)新 根據(jù)畫出的圖像,不僅可以分析元件的伏安特性,還可分析電阻、電阻率的變化、計(jì)算小燈泡實(shí)際功率等- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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