《2020年高考物理 必考17個(gè)實(shí)驗(yàn)精講精練 專題10 描繪小電珠的伏安特性曲線（含解析）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020年高考物理 必考17個(gè)實(shí)驗(yàn)精講精練 專題10 描繪小電珠的伏安特性曲線（含解析）（9頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、描繪小電珠的伏安特性曲線 基本知識(shí) 實(shí)驗(yàn)原理： 由于電流增大，小燈泡的功率也增大，溫度升高，電燈絲材料的電阻率增大，因此電燈絲的電阻增大，所以燈絲電阻并不是一個(gè)定值.由于電流越大，燈絲電阻越大，它的伏安特性曲線(I-U圖線)并不是一條直線，在該曲線上，任意一點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率表示該點(diǎn)(在此電壓與電流下)的電阻的倒數(shù)，斜率越小，電阻越大. 實(shí)驗(yàn)器材： “3.8V，0.3A”的小燈泡，4~6V學(xué)生電源(或3～4個(gè)電池組)，0～100Ω的滑動(dòng)變阻器，0～15V的電壓表，0～06A的電流表，開(kāi)關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線若干. 實(shí)驗(yàn)電路： 實(shí)驗(yàn)步驟： (1)選取適合的儀器按上圖所示

2、的電路連接好. (2)將滑動(dòng)變阻器滑片調(diào)節(jié)到A端后，閉合開(kāi)關(guān). (3)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，在燈泡額定電壓范圍內(nèi)讀取數(shù)組不同的電壓值和電流值，并制表記錄. (4)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，拆下導(dǎo)線，將儀器恢復(fù)原樣. (5)以I為縱軸，U為橫軸，畫(huà)出I-U曲線并進(jìn)行分析. 例題和習(xí)題 1.某同學(xué)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 kΩ）；電流表（量程0.5 A，內(nèi)阻0.5 Ω）；固定電阻R0（阻值1 000 Ω）；滑動(dòng)變阻器R（阻值0~9.0 Ω）；電源E（電動(dòng)勢(shì)5 V，內(nèi)阻不計(jì)）；開(kāi)關(guān)S；導(dǎo)線若干。 （

3、1）實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0~3.8 V的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路原理圖。 （2）實(shí)驗(yàn)測(cè)得該小燈泡伏安特性曲線如圖（a）所示。 由實(shí)驗(yàn)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“減小”）。 （3）用另一電源E0（電動(dòng)勢(shì)4 V，內(nèi)阻1.00 Ω）和題給器材連接成圖（b）所示的電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實(shí)際功率。閉合開(kāi)關(guān)S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為_(kāi)___________W，最大功率為_(kāi)__________W。（結(jié)果均保留2位小數(shù)） 【答案】

4、23.（1）（2）增大 增大 （3）0.39 1.17 【解析】（1）因?yàn)殡妷罕砹砍滩粔?，所以要與電壓表串聯(lián)電阻R0，使其量程由3V增大到4V。因?yàn)榇郎y(cè)小燈泡的電阻最大為12,而，所以待測(cè)電阻屬于小電阻，用電流表外接法。實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0~3.8 V的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量，所以滑動(dòng)變阻器用分壓器接法。電路圖如下圖。 （2）因?yàn)殡娮铻閳D象斜率的倒數(shù)，因斜率減小，所以電阻增大。電阻率也增大。 （3）當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值為即最大時(shí)，小燈泡功率最小，根據(jù)閉合電路歐姆定律，有，作出圖象，與小燈泡的圖象的交點(diǎn)為（1.75,0.22），則功率為. 當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值為即最小時(shí)，

5、小燈泡功率最大，根據(jù)閉合電路歐姆定律，有，作出圖象，與小燈泡的圖象的交點(diǎn)為（3.65,0.32），則功率為. 圖象如下： 2.某同學(xué)想要描繪標(biāo)有“3.8V，0.3A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測(cè)量數(shù)據(jù)盡量精確，繪制曲線完整，可供該同學(xué)選用的器材除了開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線外，還有： 電壓表（量程0~3V，內(nèi)阻等于3kΩ） 電壓表（量程0~15V，內(nèi)阻等于15kΩ） 電流表（量程0~200mA，內(nèi)阻等于10Ω） 電流表（量程0~3A，內(nèi)阻等于0.1Ω） 滑動(dòng)變阻器（0~10Ω，額定電流2A） 滑動(dòng)變阻器（0~1kΩ，額定電流0.5A） 定值電阻（阻值等于1Ω） 定值電阻（阻值

6、等于10Ω） ①請(qǐng)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖，并將各元件字母代碼標(biāo)在該元件的符號(hào)旁 ②該同學(xué)描繪出的I-U圖像應(yīng)是下圖中的______ 【答案】①電路如圖；②B 【解析】①用電壓表V1和R5串聯(lián)，可改裝成量程為的電表，量程為200mA的A1與定值電阻R4并聯(lián)改裝成量程為的安培表，待測(cè)小燈泡的阻值較小，故采用電流表外接電路； ②小燈泡的電阻隨溫度升高而變大，故該同學(xué)描繪出的I-U圖線應(yīng)該是B. 3.圖1是小紅同學(xué)在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物連接圖。 （1）根據(jù)圖1畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖； （2）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖2中的①、②、③、④所示，電流表

7、量程為0.6A，電壓表量程為3V。所示讀數(shù)為：①__________②__________③__________④__________。兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為_(kāi)_________和__________。 【答案】（1） （2）①0.10A、②0.24A、③2.00V、④0.27V.。 （8.30.1）和（2.70.1），如填為（2.70.1）和（8.30.1）也行。 【解析】注意電流和電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系：電流小對(duì)應(yīng)電壓小。 【點(diǎn)評(píng)】本題考查“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中實(shí)物圖轉(zhuǎn)換為電路圖以及電流表、電壓表的讀數(shù)和電阻的計(jì)算，難度：中等。 4.某學(xué)習(xí)小組探究一小電珠在不

8、同電壓下的電功率大小，實(shí)驗(yàn)器材如圖甲所示，現(xiàn)已完成部分導(dǎo)線的連接。①實(shí)驗(yàn)要求滑動(dòng)變阻器的滑片從左到右移動(dòng)過(guò)程中，電流表的示數(shù)從零開(kāi)始逐漸增大，請(qǐng)按此要求用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線在圖甲實(shí)物接線圖中完成余下導(dǎo)線的連接； ②某次測(cè)量，電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖乙所示，則電流表的示數(shù)為_(kāi)_______________A ③該小組描繪出的伏安特性曲線如圖丙所示，根據(jù)圖線判斷，將_________只相同的小電珠并聯(lián)后，直接與電動(dòng)勢(shì)為3V、內(nèi)阻為1的電源組成閉合回路，可使小電珠的總功率最大，其總功率的值約為_(kāi)_________________W(保留兩位小數(shù))。 【答案】連線如右圖；0.44；4 2.22～

9、2.28 【解析】①滑動(dòng)變阻器要接成分壓電路，如圖所示。 ②電流表每小格表示0.02A，所以電流表示數(shù)為0.44A ③當(dāng)外電阻與內(nèi)阻相等時(shí)，電源輸出功率最大，即為1。此時(shí)外電壓為,查圖3知電壓為1.5V時(shí)電流為0.37A，電阻則為,所以要有4個(gè)電阻并聯(lián)才可以使功率最大。最大功率為. 5.為了描繪小燈泡的伏安特性曲線，實(shí)驗(yàn)室可供選擇的器材如下： A．待測(cè)小燈泡(6V 500mA) B．電流表A(0-0.6A 內(nèi)阻約0.5Ω) C．電壓表V(0-3V 內(nèi)阻5kΩ) D．滑動(dòng)變阻器R1(0-lkΩ 100mA) E．滑動(dòng)變阻器R2(0-5Ω 1.5A) F．電阻箱

10、R3(0-9999.9Ω) G．直流電源E(約6V，內(nèi)阻不計(jì)) H．開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干 圖甲 圖乙 (1)將電壓表量程擴(kuò)大為6V，與它串聯(lián)的電阻箱的阻值應(yīng)調(diào)為 kΩ. (2)圖甲中畫(huà)出了實(shí)驗(yàn)的部分電路，請(qǐng)你補(bǔ)全電路圖；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用 (選填"Rl"或"R2"). (3)實(shí)驗(yàn)中，變阻器滑動(dòng)觸頭P在ab間移動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡兩端的電壓只能在3.5V-6.0V間變化，則電路中出現(xiàn)的故障可能是 (4)排除故障后，測(cè)量出多組數(shù)據(jù)。以燈泡兩端的電壓U為橫軸，電流表的示數(shù)I為縱軸

11、，描點(diǎn)作出小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示．若電壓表V的實(shí)際阻值大于5kΩ，則小燈泡實(shí)際的伏安特性曲線應(yīng)在所畫(huà)圖線的 (選填"上方"或"下方"). 【答案】（1）5 （2）電路如圖所示，改裝電壓表、外接法（3）ac間斷路 （4）上方 【解析】（1）根據(jù)串聯(lián)電路電阻與電壓成正比，實(shí)驗(yàn)，所以。 （2）把擴(kuò)大量程后的電壓表即原電壓表與的電阻串聯(lián)后畫(huà)在電路中。因?yàn)樾襞莸膬?nèi)阻（約）比電壓表內(nèi)阻（擴(kuò)大量程后為10）小很多而比電流表內(nèi)阻（0.5Ω）大不多，所以用電流表外接法。 因?yàn)樾襞莸碾娮栎^小，所以滑動(dòng)變阻器選R2。 （3）間斷路后，滑動(dòng)變阻器本來(lái)是分壓器接法就變成了限流器接

12、法，分壓器可以使小燈泡分得的電壓從0到額定電壓（6V）之間連續(xù)變化，限流器只能使小燈泡分得的電壓從某值到額定電壓（6V）之間連續(xù)變化，所謂某值是滑動(dòng)變阻器的阻值的最大值與小燈泡的分壓值，大約為。 為什么間斷路后小燈泡兩端的電壓只能在3.5V-6.0V間變化呢？當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端P在b時(shí)，小燈泡電壓為電源電動(dòng)勢(shì)6V（電源內(nèi)阻不計(jì)）。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端P在時(shí)，小燈泡電壓如果按其電阻計(jì)，根據(jù)串聯(lián)分壓原理應(yīng)該是,為什么是呢？這是因?yàn)樾襞莸碾娮璨皇枪潭ú蛔兊?，是在額定電壓下的電阻，電壓小了，電阻應(yīng)該也小，那么怎么求呢？方法如下： 在小燈泡的伏安特性曲線中再畫(huà)一條電阻的伏安特性曲線如下圖中的直線

13、。然后用直尺試著畫(huà)一條橫線，使電流相等的情況下電阻的電壓與小燈泡的電壓之和等于6V，可以看出，此時(shí)，小燈泡的電壓約為3.5V。 （4）電壓表擴(kuò)大2倍量程，是根據(jù)計(jì)算出的串聯(lián)電阻為，因電壓表V的實(shí)際阻值大于5kΩ，而串聯(lián)電阻仍然為，則電壓表擴(kuò)大量程的倍數(shù)小于2，即對(duì)于每一個(gè)電流值，對(duì)應(yīng)的實(shí)際電壓小于伏安特性曲線上的值，即每個(gè)點(diǎn)要向左移，所以小燈泡實(shí)際的伏安特性曲線應(yīng)在所畫(huà)圖線的上方。 為了更清楚地說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，我們不妨用數(shù)據(jù)說(shuō)話。設(shè)電壓表V的實(shí)際阻值為6 kΩ(大于5kΩ)，則電壓表擴(kuò)大量程后的量程為，則原來(lái)的電壓表讀數(shù)的實(shí)際值都要乘以，根據(jù)題目提供的圖象的點(diǎn)，得到數(shù)據(jù)表如下 測(cè)量次數(shù)

14、 0 1 2 3 4 5 6 7 電流表A讀數(shù)I/A 0 0.12 0.22 0.30 0.35 0.39 0.47 0.50 電壓表V讀數(shù)U/V 0 0.50 1.25 1.80 2.30 3.0 4.2 6.0 電壓修正值U’/V 0 0.46 1.15 1.65 2.11 2.75 3.85 5.5 根據(jù)以上表格中的數(shù)據(jù)，用電腦Excel作圖得到如下所示的圖象，圖象中，蘭線表示原來(lái)的圖象，紅線表示若電壓表V的實(shí)際阻值大于5kΩ（例如）小燈泡實(shí)際的伏安特性曲線。從圖線可以清楚地看出，小燈泡實(shí)際的伏安特性曲線應(yīng)在所畫(huà)圖線的上方。 9