全国通用版高考物理大一轮复习第八章恒定电流实验九描绘小电珠的伏安特性曲线课件

实验九　描绘小电珠的伏安特性曲线必备知识·自主排查一、基本原理与操作原理与电路图操作要领原理：测多组小电珠的U，I值，并绘出I U 图象，由图线分析判断电流与电压和温度的关系．(1)连接电路：按照实验电路图连接好电路(2)测量与记录：测出小电珠在不同电压下的电流，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，并将测量数据填入自己设计的表格中．二、数据处理1．在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系．2．在坐标纸上描出各组数据所对应的点．3．将描出的点用平滑的曲线连接起来，得到小电珠的伏安特性曲线．●注意事项1．电流表外接法：本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．2．滑动变阻器应采用分压式连接本实验要作出U I图象，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法．3．闭合开关前把滑动变阻器的滑片调节到使小灯泡分得电压为零的一端．●误差分析1．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、作图带来误差．关键能力·分层突破考点一　教材原型实验例1. [2021·全国甲卷，23]某同学用图(a)所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有：小灯泡(额定电压2.5 V，额定电流0.3 A)、电压表(量程300 mV，内阻300 Ω)、电流表(量程300 mA，内阻0.27 Ω)、定值电阻R0、滑动变阻器R1(阻值0～20 Ω)、电阻箱R2(最大阻值9 999.9Ω)、电源E(电动势6 V，内阻不计)、开关S、导线若干．完成下列填空：(1)有3个阻值分别为10 Ω、20 Ω、30 Ω的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在0～300 mA的U I曲线，R0应选取阻值为________ Ω的定值电阻；(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的________(填“a”或“b”)端；(3)在流过电流表的电流较小时，将电阻箱R2的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数U、I，结果如图(b)所示．当流过电流表的电流为10 mA 时，小灯泡的电阻为________ Ω(保留1位有效数字)；(4)为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3 V，该同学经计算知，应将R2的阻值调整为________ Ω.然后调节滑动变阻器R1，测得数据如下表所示：U/mV24.046.076.0110.0128.0152.0184.0216.0250.0 I/mA140.0160.0180.0200.0220.0240.0260.0280.0300.0(5)由图(b)和上表可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻________(填“增大”“减小”或“不变”)；(6)该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160 mA，可得此时小灯泡电功率P1＝____________ W(保留2位有效数字)；当流过电流表的电流为300 mA时，＝______________ (保留至整数)．小灯泡的电功率为P2，则P2P1跟进训练1.[2022·河北衡水中学调研]为描绘标有“3 V　1.8 W”字样的小灯泡的伏安特性曲线，所使用的器材有：导线，开关，电动势为4 V的电池组和待测小灯泡，此外还有如下实验器材供选择：A．电流表(量程为0.6 A，内阻约为1 Ω)；B．电流表(量程为3 A，内阻约为0.20 Ω)；C．电压表(量程为3 V，内阻约为2 kΩ)；D．电压表(量程为15 V，内阻约为4.5 kΩ)；E．滑动变阻器(0～100 Ω)；F．滑动变阻器(0～20 Ω)．(1)为减小实验误差，下列四种实验方案最理想的是________(填正确答案标号)．(2)在上述实验方案中，电流表应选__________，滑动变阻器应选__________(均填器材前面的字母代号)．某同学利用所选用的实验器材描绘出了小灯泡的伏安特性曲线，如图甲所示，当流过小灯泡的电流为0.5 A时，图象的切线如图中虚线所示，此时小灯泡的电阻为________ Ω.(3)现把实验中使用的小灯泡连接到如图乙所示的电路中，其中电源电动势E＝2 V，内阻r＝1 Ω，定值电阻R＝4 Ω，此时小灯泡的实际功率为________ W(结果保留2位有效数字)．考点二　拓展创新实验例2. [2022·山西太原模拟]太阳能电池帆板可以给卫星、宇宙飞船等提供能量．如图甲，太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电动势为零的电学器件．探究一：某实验小组用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，用图乙所示的电路探究太阳能电池被不透光黑纸包住时的I U特性曲线．(1)图乙中虚线处________(选填“需要”或“不需要”)连接导线；滑动变阻器如图丙所示，开关闭合前，滑片应移至________(选填“A”或“B”)端；(2)通过实验，在图上作出被黑纸包住的太阳能电池的I U特性曲线如图丁，将其与一个电动势为3 V(内阻忽略不计)的电源和阻值为5 kΩ 的定值电阻串联在一起，它消耗的电功率约为________ W(结果保留两位有效数字)；探究二：在稳定的光照环境中，取下太阳能电池外黑纸，并按图戊电路测量金属丝的电阻率．(3)该小组用游标卡尺测量金属丝的直径时读数如图己所示，可知其直径为________ mm；(4)实验中测得电压表示数为U，电流表示数为I，金属丝直径为D、长度为l，则金属丝的电阻率为________________(用上述测量量表示)；(5)考虑电压表与电流表内阻对测量结果的影响，金属丝电阻率的测量值________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值．跟进训练2.[2021·山东卷，14]热敏电阻是传感器中经常使用的元件，某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律．可供选择的器材有：待测热敏电阻R T(实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧)；电源E(电动势1.5 V，内阻r约0.5 Ω)；电阻箱R(阻值范围0～9 999.99 Ω)；滑动变阻器R1(最大阻值20 Ω)；滑动变阻器R2(最大阻值2 000 Ω)；微安表(量程100 μA，内阻等于2 500 Ω)；开关两个，温控装置一套，导线若干．同学们设计了如图甲所示的测量电路，主要实验步骤如下：①按图示连接电路；②闭合S1、S2，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏；③保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开S2，调节电阻箱，使微安表指针半偏；④记录此时的温度和电阻箱的阻值．回答下列问题：(1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用________(填“R1”或“R2”)．(2)请用笔画线代替导线，将图乙中实物图(不含温控装置)连接成完整电路．(3)某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为6 000.00 Ω，该温度下热敏电阻的测量值为________ Ω(结果保留到个位)，该测量值________(填“大于”或“小于”)真实值．(4)多次实验后，学习小组绘制了如图丙所示的图象．由图象可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐________(填“增大”或“减小”)．实验九　描绘小电珠的伏安特性曲线例1　解析：(1)当滑动变阻器的滑片处于b端时，小灯泡所在测量电路分得的电压等于电源电动势6 V，电流表满偏时，测量电路的阻值为R＝UI＝6V300mA＝20 Ω，而小灯泡本身具有一定的电阻，所以作为保护电阻，R0一定小于20 Ω，故R0选择阻值为10 Ω的定值电阻；(2)开关闭合前，应使测量电路分得的电压最小，故滑片应处于a端；(3)由图(b)可知，流过电流表的电流为10 mA时，小灯泡两端电压约为7 mV，由欧姆定律可知小灯泡的电阻为R L＝U1I1＝0.7 Ω；(4)电压表满量程时小灯泡两端的电压为3 V，而电压表两端电压为300 mV＝0.3 V，所以R2两端电压为2.7 V，由串联分压规律有U2U V＝R2 R V ，解得R2＝2 700 Ω；(5)由图(b)和表中数据可知，随着小灯泡电流的增大，UI的值不断增大，故灯丝电阻不断增大；(6)小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160 mA，此时小灯泡的电功率P1＝160 mA×46 mV×10＝7.4×10－2 W；当流过电流表的电流为300 mA时，小灯泡的电功率为P2＝300 mA×250 mV×10＝0.75 W，则P2P1≈10.答案：(1)10　(2)a　(3)0.7　(4)2 700　(5)增大　(6)7.4×10－2　101．解析：(1)由I－ U曲线可知，电压从零开始，所以滑动变阻器用分压式接法，当R x>√RA R V时，电流表采用内接法，当R x<√R A R V时，电流表采用外接法，而R x＝U额2P额＝5 Ω<√1×2000 Ω，电流表采用外接法，A、B、D错误，C正确．(2)灯泡额定电流I额＝P额U额＝0.6 A，故电流表选A；滑动变阻器采用分压式接法，应选择最大阻值较小的滑动变阻器，故滑动变阻器选F；根据欧姆定律，由题图甲可得R x＝U I ＝2.20.5Ω＝4.4 Ω.(3)根据闭合电路欧姆定律可得U ＝E －I (R ＋r )，代入数据得I ＝25−U 5(A)，将所得函数图线作在题图甲中，如图所示，两图线的交点即为灯泡的工作点，由功率公式可得P ＝UI ，代入数值可得P ≈0.17 W.答案：(1)C (2)A F 4.4　(3)0.17(0.15～0.19都对)例2　解析：(1)由题意可知，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，虚线处应连线；滑动变阻器采用分压接法，闭合开关前滑片应置于A 处．(2)电源与定值电阻整体可以看做等效电源，作出电源的I － U 图线，由图线可知，电池板两端的电压：U ＝2 V ，电流：I ＝210 μA ＝2.1×10－4 A ，消耗的电功率：P ＝UI ＝2×2.1×10－4 W ＝4.2×10－4 W.(3)固定部分读数为0，分尺部分为40，故最终读数为：0＋40×0.02 mm ＝0. 80mm.(4)由欧姆定律可知：R ＝U I ，根据电阻定律R ＝ρl S ＝ρl π(D 2)2，电阻率ρ＝πD 2U 4lI .(5)由图戊所示电路图可知，电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，电流测量值大于真实值，由欧姆定律可知，电阻测量值小于真实值，电阻率测量值小于真实值．答案：(1)需要　A (2)4.2×10－4　(3)0.80　(4)πD 2U 4lI (5)小于2．解析：(1)用半偏法测量热敏电阻的阻值，应尽可能让该电路的电压在S 2闭合前、后保持不变，由于该支路与滑动变阻器左半部分并联，滑动变阻器的阻值越小，S 2闭合前、后该部分电阻变化越小，从而电压的值变化越小，故滑动变阻器应选用最大值较小的R 1才能更准确地进行实验．(3)微安表半偏时，该支路的总电阻为原来的2倍，即R T ＋R μA ＝6000 Ω，由R μA ＝2 500 Ω易得R T ＝3 500 Ω.当断开S 2，微安表半偏时，由于该支路的电阻增加，电压略有升高，根据欧姆定律可知，总电阻比原来2倍略大，也就是电阻箱的阻值略大于热敏电阻与微安表的总电阻，而认为电阻箱的阻值等于热敏电阻与微安表的总电阻，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大．(4)由于是ln R T －1T图象，当温度T 升高时，1T减小，从图中可以看出ln R T 减小，从而R T 减小，因此热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐减小．答案：(1)R1　(2)如图所示　(3)3 500　大于(4)减小。