2022年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第七章 實驗八 描繪小電珠的伏安特性曲線高效演練
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1、2022年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第七章 實驗八 描繪小電珠的伏安特性曲線高效演練 一、實驗?zāi)康? 1.掌握滑動變阻器的使用方法及連接方式. 2.掌握伏安特性曲線的描繪方法. 3.理解小電珠的伏安特性曲線為什么是曲線. 二、實驗原理 用電流表測出流過小電珠的電流,用電壓表測出小電珠兩端的電壓,測出多組(U,I)值,在U-I坐標(biāo)系中描出各對應(yīng)點,用一條平滑的曲線將這些點連起來. 三、實驗器材 小電珠“3.8 V,0.3 A”、電壓表“0~3 V~15 V”、電流表“0~0.6 A~3 A”、滑動變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆. 四、實驗步驟 1.畫出電路
2、圖(如實驗原理圖所示). 2.將小電珠、電流表、電壓表、滑動變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)用導(dǎo)線連接成如實驗原理圖所示的電路. 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)據(jù)填入自己設(shè)計的表格中. 4.?dāng)?shù)據(jù)處理 (1)在坐標(biāo)紙上以U為橫軸,I為縱軸,建立直角坐標(biāo)系. (2)在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點. (3)將描出的點用平滑的曲線連接起來,就得到小電珠的伏安特性曲線. 一、滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法比較 電路圖 負(fù)載R上電壓 的調(diào)節(jié)范圍 ≤U≤E 0≤U≤E 負(fù)載R上電流 的調(diào)節(jié)范圍 ≤I≤
3、 0≤I≤ 二、兩種接法的選擇 1.限流式接法適合控制阻值較小的電阻的電壓,分壓式接法適合控制阻值較大的電阻的電壓. 2.要求電壓從0開始逐漸增大,采取分壓式接法. 三、誤差分析 1.電流表外接,由于電壓表的分流,使電流表示數(shù)偏大. 2.測量時讀數(shù)帶來誤差. 3.在坐標(biāo)紙上描點、作圖帶來誤差. 四、注意事項 1.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(yīng)采用分壓式接法,目的是使小電珠兩端的電壓能從零開始連續(xù)變化. 3.閉合開關(guān)S前,滑動變阻器的觸頭應(yīng)移到使小電珠分得電壓為零的一端. 4.加在小電珠兩端的電壓不要超過其額定電
4、壓. 考點一 器材、電路的選擇和數(shù)據(jù)分析 [學(xué)生用書P138] (xx·高考天津卷)要測繪一個標(biāo)有“3 V 0.6 W”小電珠的伏安特性曲線,電珠兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V,并便于操作.已選用的器材有: 電池組(電動勢為4.5 V,內(nèi)阻約1 Ω); 電流表(量程為0~250 mA,內(nèi)阻約5 Ω); 電壓表(量程為0~3 V,內(nèi)阻約3 kΩ); 電鍵一個、導(dǎo)線若干. (1)實驗中所用的滑動變阻器應(yīng)選下列中的________(填字母代號). A.滑動變阻器(最大阻值20 Ω, 額定電流1 A) B.滑動變阻器(最大阻值1 750 Ω,額定電流0.3 A)
5、 (2)實驗的電路圖應(yīng)選用下列的圖________(填字母代號). (3)實驗得到小電珠的伏安特性曲線如圖所示.如果將這個小電珠接到電動勢為1.5 V,內(nèi)阻為5 Ω的電源兩端,小電珠消耗的功率是________W. [解析] (1)測繪小電珠的伏安特性曲線,要求能較大范圍地測量數(shù)據(jù),所以控制電路部分應(yīng)用分壓式接法,滑動變阻器應(yīng)用最大阻值小、額定電流大的A. (2)因為小電珠兩端的電壓由零逐漸增加到3 V,故滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法.電珠的電阻R==15 Ω,額定電流I==0.2 A,由R=15 Ω<= Ω,依據(jù)公式法“大內(nèi)小外”的原則,可知電流表應(yīng)采用外接法,故選B. (3)
6、在電珠的I-U圖上作出電源的I-U圖線,交點坐標(biāo)即為這個電源給這個電珠供電時的電壓和電流,此時P電珠=IU=0.10×1.0 W=0.1 W. [答案] (1)A (2)B (3)0.1 考點二 對電路的連接和實驗原理的考查 [學(xué)生用書P138] (xx·云南統(tǒng)測)在做“描繪小電珠的伏安特性曲線”的實驗時,所用電流表內(nèi)阻約為幾歐,電壓表內(nèi)阻約為十幾千歐.實驗中得到了多組數(shù)據(jù),通過描點連線在I-U坐標(biāo)系中得到了小電珠的伏安特性曲線如圖甲所示. (1)在虛線框中畫出實驗電路原理圖,并在圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線連接電路. (2)根據(jù)圖甲所示,可確定
7、小電珠的功率P與U2和P與I2的關(guān)系,下列示意圖中合理的是________. (3)將被測小電珠與定值電阻R和電源串聯(lián)成如圖丙所示的電路.電源電動勢為6.0 V,內(nèi)阻為1.0 Ω.若電路中的電流為0.40 A,則定值電阻R所消耗的電功率為________W. [解析] (1)由題圖甲中伏安特性曲線可知,滑動變阻器采用的是分壓式接法;由于小電珠電阻與電流表內(nèi)阻相差不多,故電流表應(yīng)采用外接法. (2)隨著電壓或電流的增大,小電珠的電阻增大,小電珠的電功率與電壓或電流的關(guān)系分別為P=或P=I2R,所以P-U2圖線上的點與原點連線的斜率(表示小電珠電阻的倒數(shù))應(yīng)不斷減小,P-I2圖線上的點與
8、原點連線的斜率(表示小電珠的電阻)不斷增大,D正確. (3)由小電珠的伏安特性曲線可知,電流I=0.40 A時,小電珠兩端電壓UL=4 V,由歐姆定律可知,內(nèi)電壓U′=Ir=0.4 V,由閉合電路歐姆定律可知定值電阻兩端電壓UR=E-UL-U′=1.6 V,所以定值電阻消耗的電功率P=URI=0.64 W. [答案] (1)電路圖、實物圖如圖所示 (2)D (3)0.64 [學(xué)生用書P139] 本實驗的創(chuàng)新改進之處主要集中在兩點: 1.?dāng)?shù)據(jù)處理方式的改進:采取“DIS”數(shù)字化實驗系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的采集和處理. 2.被測元件的變更:探究其他元件的伏安特性,或其電阻隨溫度變化
9、的規(guī)律. (xx·石家莊模擬)為了探究某電阻Rt在不同溫度下的阻值,某同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的電路,其中A為內(nèi)阻不計、量程為3 mA的電流表,E1為電動勢為1.5 V、內(nèi)阻約為1 Ω的電源,R1為滑動變阻器,R2為電阻箱,S為單刀雙擲開關(guān). (1)實驗室中提供的滑動變阻器有兩個:RA(0~150 Ω),RB(0~500 Ω),本實驗中滑動變阻器R1應(yīng)選用________(填“RA”或“RB”). (2)完成下面實驗步驟: ①調(diào)節(jié)溫度,使Rt的溫度達到t1; ②將S撥向接點1,調(diào)節(jié)________,使電流表的指針偏轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置,記下此時電流表的讀數(shù)I; ③將S撥向接點2,調(diào)節(jié)__
10、______,使電流表的讀數(shù)仍為I,記下此時電阻箱的讀數(shù)R0,則當(dāng)溫度為t1時,電阻Rt=________; ④改變Rt的溫度,重復(fù)步驟②③,即可測得電阻Rt的阻值隨溫度變化的規(guī)律. (3)現(xiàn)測得電阻Rt隨溫度t變化的圖象如圖乙所示.把該電阻與電動勢為3.0 V、內(nèi)阻不計的電源E2,量程為3.0 V的理想電壓表V(圖中未畫出)和電阻箱R2連成如圖丙所示的電路,用該電阻做測溫探頭,將電壓表的電壓刻度改為相應(yīng)的溫度刻度,就得到了一個簡單的“電阻溫度計”.若要求電壓表的讀數(shù)必須隨溫度的升高而增大,則應(yīng)在原理圖丙中________(填“a、b”或“b、c”)兩點接入電壓表.如果電阻箱阻值R2=75
11、 Ω,則電壓表刻度盤2.0 V處對應(yīng)的溫度數(shù)值為________℃. [解析] (1)由電源的電動勢為1.5 V,電流表量程為3 mA可知,達到滿偏時,電路總電阻約為500 Ω,故滑動變阻器選擇RB. (2)實驗中選用替代法測量電阻,第二步中,先將S撥向接點1,調(diào)節(jié)滑動變阻器R1,記錄電流表讀數(shù);然后將S撥向接點2,調(diào)節(jié)電阻箱R2,使電流表讀數(shù)仍為I,此時電阻箱的讀數(shù)即為待測電阻的阻值,即Rt=R0. (3)由于電阻Rt隨溫度升高而增大,由閉合電路歐姆定律可知其兩端電壓也增大,所以電壓表與之并聯(lián),即電壓表接在b、c兩點.根據(jù)題圖乙中圖象可得Rt=(100+t)Ω,由串聯(lián)分壓規(guī)律可得電
12、壓表示數(shù)為2.0 V時,Rt=150 Ω,解得t=50(℃). [答案] (1)RB (2)②R1 ③R2 R0 (3)b、c 50 [總結(jié)提升] 本實驗雖是探究某電阻隨溫度變化的規(guī)律,但核心還是等效法測電阻,只要弄清測量方法和原理,結(jié)合其他電路知識就能解決,解決創(chuàng)新實驗,考生克服恐懼心理很關(guān)鍵. [學(xué)生用書P139] 1.在描繪小電珠的伏安特性曲線時,采用如圖所示電路,實驗中發(fā)現(xiàn)移動滑動變阻器的滑片時,電流表的示數(shù)變化而電壓表的指針不動,下列原因可能的是( ) A.小電珠中燈絲已燒斷 B.滑片接觸不良 C.小電珠內(nèi)部短路 D.滑動變阻器A端接觸不良 解析:選C.由
13、題圖知,移動滑片時,因電流表示數(shù)有變化,故和電流表串聯(lián)的回路中不存在斷點,故A錯.若滑片接觸不良,電路中不可能有電流,故B錯.若滑動變阻器A端接觸不良,滑片移動時電流表和電壓表讀數(shù)均變化,故D錯.若小電珠內(nèi)短路則小電珠兩端電壓為零,電壓表指針不變,移動滑片時,只有電流表指針變化,故選C. 2.(xx·合肥模擬)為了測量一個“12 V 5 W”的小電珠在不同電壓下的功率,給定了以下器材: 電源:12 V,內(nèi)阻不計; 電流表:0~0.6 A,0~3 A,內(nèi)阻可忽略; 電壓表:0~3 V,0~15 V,內(nèi)阻很大; 滑動變阻器:阻值范圍0~20 Ω,允許最大電流1 A; 開關(guān)一個,導(dǎo)線若干
14、. 實驗時要求加在電珠兩端的電壓可從0調(diào)到12 V. (1)將圖甲中的實物圖連接完整. (2)某位同學(xué)測得小電珠的伏安特性曲線如圖乙所示,某次測量時,小電珠電流強度大小為0.40 A,則此時加在它兩端的電壓為________V,此時小電珠的實際功率為________W. 解析:(1)由于要求電壓從0開始調(diào)節(jié),故滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法.又因電流表內(nèi)阻可忽略,則電流表采用內(nèi)接法、外接法均可以,實物連接如圖. (2)由I-U圖線得,當(dāng)I=0.40 A時,U=6.0 V,故小電珠的實際功率為P=IU=2.4 W. 答案:(1)見解析 (2)6.0 2.4 3.(xx·濟南模擬
15、)有一個小電珠上標(biāo)有“4 V 2 W”的字樣,現(xiàn)在要用伏安法描繪這個小電珠的U-I圖線,有下列器材可供選用: A.電壓表(0~5 V,內(nèi)阻10 kΩ) B.電壓表(0~10 V,內(nèi)阻20 kΩ) C.電流表(0~0.3 A,內(nèi)阻1 Ω) D.電流表(0~0.6 A,內(nèi)阻0.4 Ω) E.滑動變阻器(5 Ω,10 A) F.滑動變阻器(500 Ω,0.2 A) (1)實驗中電壓表應(yīng)選用________,電流表應(yīng)選用________.(用序號字母表示) (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(yīng)選用________(用序號字母表示). (3)請在
16、方框內(nèi)畫出滿足實驗要求的電路圖,并把圖中所示的實驗器材用實線連接成完整的實物電路圖. 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(yīng)稍大于4 V,但不能大太多,量程太大則示數(shù)不準(zhǔn)確,故只能選用0~5 V的電壓表,故選A.由P=UI得,電珠的額定電流I==0.5 A,故應(yīng)選擇0~0.6 A量程的電流表,故選D. (2)由題意可知,電壓從零開始變化,并要多測幾組數(shù)據(jù),故只能采用滑動變阻器分壓接法,而分壓接法中應(yīng)選總阻值小的滑動變阻器,故選E. (3)電珠內(nèi)阻R==8 Ω,電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于電珠內(nèi)阻,應(yīng)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
17、)A D (2)E (3)見解析 4.(xx·唐山統(tǒng)考)某同學(xué)合理選用下列器材組成一個電路,同時對兩個不同的熱敏電阻RA、RB進行了測量,得到了兩個熱敏電阻的I-U關(guān)系曲線,如圖所示. 在實驗中,有以下器材供選擇: A.量程為50 mA的電流表A1,內(nèi)阻約10 Ω B.量程為0.6 A的電流表A2,內(nèi)阻約0.05 Ω C.量程為3 V的電壓表V1,內(nèi)阻約10 kΩ D.量程為6 V的電壓表V2,內(nèi)阻約50 kΩ E.電動勢為12 V、內(nèi)阻不計的直流電源 F.滑動變阻器R1(50 Ω,0.6 A) G.滑動變阻器R2(10 Ω,0.02 A) H.單刀單擲開關(guān)一個、導(dǎo)線若
18、干. (1)為了得到熱敏電阻完整的I-U關(guān)系曲線,請選擇合適的實驗器材:________________________________________________________________________(填器材前的選項字母). (2)請設(shè)計實驗電路并把它畫到方框中,標(biāo)明相應(yīng)的器材代號. (3)該同學(xué)將RA、RB串聯(lián)起來,與電壓恒為7 V的穩(wěn)壓電源連接,則此時熱敏電阻RA和RB消耗的功率之比為________. 解析:(1)根據(jù)I-U關(guān)系曲線上的數(shù)據(jù)去選擇實驗器材. (2)測定I-U關(guān)系曲線.要求電壓從零開始變化,故滑動變阻器采用分壓式接法;由于熱敏電阻的阻值
19、比電壓表的內(nèi)阻小很多,所以電流表采用外接法. (3)由題圖可知電流等大時RA∶RB=2∶5,則可知RA和RB消耗的功率之比為2∶5. 答案:(1)ACDEFH (2)電路如圖所示 (3)2∶5 5.(xx·廣東汕頭摸底)某研究性學(xué)習(xí)小組為了制作一種傳感器,需要選用一電器元件,如圖為該電器元件的伏安特性曲線,有同學(xué)對其提出質(zhì)疑,現(xiàn)需進一步驗證該伏安特性曲線,實驗室備有下列器材: 器材(代號) 規(guī)格 電流表(A1) 量程0~50 mA,內(nèi)阻約為50 Ω 電流表(A2) 量程0~200 mA,內(nèi)阻約為10 Ω 電壓表(V1) 量程0~3 V,內(nèi)阻約為10
20、kΩ 電壓表(V2) 量程0~15 V,內(nèi)阻約為25 kΩ 滑動變阻器(R1) 阻值范圍0~15 Ω,允許最大電流1 A 滑動變阻器(R2) 阻值范圍0~1 kΩ,允許最大電流0.1 A 直流電源(E) 輸出電壓6 V,內(nèi)阻不計 開關(guān)(S) 導(dǎo)線若干 (1)為提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確程度,電流表應(yīng)選用________;電壓表應(yīng)選用________;為方便實驗操作,滑動變阻器應(yīng)選用________.(以上均填器材代號) (2)為達到上述目的,請在虛線框內(nèi)畫出正確的實驗電路原理圖,并標(biāo)明所用器材的代號. —— (3)實驗發(fā)現(xiàn)測得的伏安特性曲線與
21、圖中曲線基本吻合,請說明該伏安特性曲線與小電珠的伏安特性曲線有何異同點? 相同點:________________________________________________________________________. 不同點:________________________________________________________________________. 解析:由圖線可知,電路最大電流大于50 mA,因此電流表選A2;電路最大電壓為3 V,電壓表選V1;滑動變阻器采用分壓式接法,選阻值小的R1. 答案:(1)A2 V1 R1 (2)如圖 (3)電阻隨所
22、加電壓改變而改變 該元件電阻隨電壓升高而減小,小電珠電阻隨電壓升高而增大 6.某學(xué)習(xí)小組擬研究一個標(biāo)有“3.6 V 1.8 W”的小電珠的伏安特性曲線,可供選用的器材如下: ①電流表A,量程0~0.6 A,內(nèi)阻約為0.2 Ω; ②電壓表V,量程0~15 V,內(nèi)阻約為15 kΩ; ③滑動變阻器R,阻值范圍0~10 Ω; ④學(xué)生電源E,電動勢為4 V,內(nèi)阻不計; ⑤開關(guān)S及導(dǎo)線若干. (1)該學(xué)習(xí)小組中的甲同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的電路進行測量,請按照圖甲所示的電路圖幫甲同學(xué)將圖乙中的實物圖連接起來. (2)甲同學(xué)在實驗中發(fā)現(xiàn),由于電壓表的量程較大而造成讀數(shù)誤差很大,因而影響了測量
23、結(jié)果.于是又從實驗室找來一量程為Ig=100 μA、內(nèi)阻Rg=1 000 Ω的靈敏電流計,想把該靈敏電流計改裝成量程為5 V的電壓表,則需串聯(lián)一個阻值為________ Ω的電阻. (3)甲同學(xué)用改裝后的電壓表進行實驗,得到電流表讀數(shù)I1和靈敏電流計讀數(shù)I2如下表所示: I1(A) 0 0.19 0.30 0.37 0.43 0.46 0.48 0.49 I2(μA) 0 10 20 30 40 50 60 70 請在圖丙中的坐標(biāo)紙上畫出I1-I2圖線. 丙 丁 (4)若將該小電珠接在如圖丁所示的電路中,則該小電珠消耗的電功率約為_____
24、___W.已知電源的電動勢為E=3.0 V,內(nèi)阻r=1.5 Ω,定值電阻R0=4.5 Ω.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 解析:(1)如圖所示 (2)設(shè)需要串聯(lián)的電阻阻值為Rx,則有Ig(Rg+Rx)=5 V,代入數(shù)據(jù)可得Rx=49 000 Ω. (4)將定值電阻R0看做該電源的電阻,則內(nèi)阻r′=6 Ω,由此可得路端電壓U=E-Ir′,在I1-I2圖線所在坐標(biāo)紙上作出該I-U圖象如下圖所示,可知其交點坐標(biāo)表示的電流約為0.32 A,電壓約為1.1 V,所以該燈泡消耗的功率約為P=0.32×1.1 W≈0.35 W. 答案:(1)見解析圖 (2)49 000 (3)如下圖所示 (4)0.35
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