推荐】专题8-10+实验：描绘小电珠的伏安特性曲线-2018年高三物理一轮总复习名师伴学

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课前预习 ● 自我检测 ‎1. 图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5 V。‎ ‎ ‎ ‎ (1)完成下列实验步骤：‎ ‎①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，_________________________________；‎ ‎②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，____________________________________；‎ ‎③断开开关，……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。‎ ‎(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。‎ ‎【答案】(1)①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱 ‎②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到其额定电压 ‎ (2)如解析图所示 ‎2. 有一个小电珠上标有“4 V，2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个电珠的I－U图线，现有下列器材供选用：‎ A.电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)‎ B.电压表(0～15 V，内阻20 kΩ)‎ C.电流表(0～3 A，内阻0.4 Ω)‎ D.电流表(0～0.6 A，内阻1.0 Ω)‎ E.滑动变阻器(10 Ω，2 A)‎ F.滑动变阻器(500 Ω，1 A)‎ G.学生电源(直流6 V)、开关、导线若干 ‎(1)实验时，选用图甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：‎ ‎___________________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________________。‎ 图1‎ ‎(2)实验中所用电压表应选用________，电流表应选用______，滑动变阻器应选用______。(用序号字母表示)‎ ‎(3)把图中所示的实验器材按图1用笔画线代替导线连接成实物电路图。‎ ‎【答案】　(1)描绘电珠的I－U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据 ‎(2)A　D　E　(3)见解析图 ‎(3)按图1连接实物电路，如图所示。‎ ‎3.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中。‎ ‎(1)某同学通过实验得到了8组数据，且已经描在了下图1所示的I－U坐标系中，请在图1中画出小灯泡的伏安特性曲线。‎ ‎(2)请在图2中选出该实验正确的实验电路图：________(选填“甲”或“乙”)。‎ 图1　　　　　　　　　　图2‎ ‎(3)根据所选电路图，请在图3中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路。‎ 图3‎ ‎(4)由伏安特性曲线知，该小灯泡的电阻随电压的升高而________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。‎ ‎(5)根据伏安特性曲线，可判断出图中正确的关系图象是________(图中P为小灯泡的功率，I为通过小灯泡的电流)。‎ ‎【答案】　(1)图见解析　(2)甲　(3)图见解析　(4)增大　(5)D ‎【解析】　(1)如图a所示。‎ ‎(5)根据电功率表达式P＝I2R可知，图象P－I2的斜率即为小灯泡的电阻，由于电阻随功率增大而增大，因此选项D正确。‎ 课堂讲练 ● 典例分析 考点一　实验原理与操作 ‎【典例1】 某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、定值电阻等。‎ ‎(1)使用多用电表粗测元件X的电阻，选择“×1”欧姆挡测量，示数如图实81(a)所示，读数为________Ω，据此应选择上图中的________(填“b”或“c”)电路进行实验。‎ ‎(2)连接所选电路，闭合S，滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐________(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验。‎ ‎(3)下图是根据实验数据作出的UI图线，由图可判断元件________(填“X”或“Y”)是非线性元件。‎ ‎【答案】　①10　b　②增大　③Y　‎ ‎【反思总结】‎ ‎1．因本实验要作出I一U图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此，变阻器要采用分压接法；‎ ‎2．本实验中，因被测小电珠电阻较小，因此实验电路必须采用电流表的外接法；‎ ‎3．电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使电珠的电压逐渐增大，可在电压表读数每增加一个定值（如0. 5 V）时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小电珠的额定电压；‎ ‎4．电键闭合前变阻器滑片移到图中的A端；‎ ‎5．在坐标纸上建立坐标系，横纵坐标所取的分度比例应该适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸．连线一定要用平滑的曲线，不能画成折线。‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎1. 某同学在探究规格为“6 V,3 W”的小电珠伏安特性曲线实验中：‎ ‎(1)在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至________挡进行测量．(填选项前的字母)　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A．直流电压10 V　　 B．直流电流5 mA C．欧姆×100　　 D．欧姆×1‎ ‎ (2) 该同学采用图所示的电路进行测量．图中R为滑动变阻器(阻值范围0～20 Ω，额定电流1.0 A)，L为待测小电珠，为电压表(量程6 V，电阻20 kΩ)，为电流表(量程0.6 A，内阻1 Ω)，E为电源(电动势8 V，内阻不计)，S为开关．‎ Ⅰ.在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最________端；(填“左”或“右)‎ Ⅱ.在实验过程中，已知各元件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是________点至________点的导线没有连接好；(图中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写上图中的数字)‎ Ⅲ.该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图3所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而________．(填“不变”、“增大”或“减小”)‎ ‎【答案】　(1)D　(2)Ⅰ.左　Ⅱ.1　5(或5　1)　Ⅲ.增大 考点二　数据处理与误差分析 ‎【典例2】一实验小组用某种导电材料制作成电阻较小的线状元件Z，并通过实验研究该元件中的电流随两端电压从零逐渐增大过程中的变化规律。‎ ‎(1)该小组连成的实物电路如下图所示，其中有两处错误，请在错误的连线上打“×”，并在原图上用笔画出正确的连线。‎ ‎(2)在实验中应选用的滑动变阻器是________。‎ A．滑动变阻器R1(0～5 Ω　额定电流5 A)‎ B．滑动变阻器R2(0～100 Ω　额定电流0.5 A)‎ ‎(3)实验测得元件中的电流与电压的关系如下表所示，试在方格纸中画出电流与电压的关系图线。‎ U(V)‎ ‎0‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ ‎0.60‎ ‎0.70‎ ‎0.80‎ ‎1.00‎ ‎1.20‎ I(A)‎ ‎0‎ ‎0.20‎ ‎0.30‎ ‎0.40‎ ‎0.55‎ ‎0.75‎ ‎1.25‎ ‎1.80‎ ‎(4)本实验中带来误差的电表是__________，导致被测电阻的R测__________R真(选填“>”“＝”或“<”)。‎ ‎【答案】　(1)如图甲所示　(2)A　(3)如图乙所示 ‎(4)电压表　<‎ ‎【反思总结】‎ ‎1.考查滑动变阻器的分压式与限流式接法的判断 ‎ (1)两种接法的适用情形 ‎①限流式接法适合测量阻值小的电阻。‎ ‎②分压式接法适合测量阻值较大的电阻。‎ ‎(2)两种接法的选择 ‎①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式接法。‎ ‎②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路。‎ ‎③若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路。‎ ‎④两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低。‎ ‎2．考查滑动变阻器的选择 在分压式接法中，为便于调节，滑动变阻器应选用阻值小，额定电流较大的 ‎3. 误差分析 ‎（1）测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值偏大；‎ ‎（2）描绘U一I线时作图不准确造成的偶然误差。‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎2. 要测绘一个标有“3 V　0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V，并便于操作。已选用的器材有：‎ 电池组(电动势为4.5 V，内阻约1 Ω)；‎ 电流表(量程为0～250 mA，内阻约5 Ω)；‎ 电压表(量程为0～3 V，内阻约3 kΩ)；‎ 电键一个、导线若干。‎ ‎(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________(填字母代号)。‎ A．滑动变阻器(最大阻值20 Ω，额定电流1 A)‎ B．滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A)‎ ‎(2)实验的电路图应选用下列的图________(填字母代号)。‎ ‎(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V，内阻为5 Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W。‎ ‎【答案】(1)A　(2)B　(3)0.1‎ 考点三　实验的改进和创新 ‎【典例3】某同学利用图所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的器材为：电池E(内阻很小)、开关S1和S2、电容器C(约100 μF)、电阻R1(约200 kΩ)、电阻R2(1 kΩ)、电压表V(量程6 V)、秒表、导线若干。‎ ‎ ‎ ‎ (1)按图甲所示的电路原理将图乙中实物图连线。‎ ‎(2)先闭合开关S2，再断开开关S2，闭合开关S1，同时按下秒表开始计时。若某时刻电压表的示数如图丙所示，电压表的读数为________V(保留2位小数)。‎ ‎(3)该同学每隔10 s记录一次电压表的读数U，记录的数据如下表所示。在给出的坐标纸上绘出Ut图线，已知只有一个数据点误差较大，该数据点对应的表中的时间是________s。‎ 时间t/s ‎10.0‎ ‎20.0‎ ‎30.0‎ ‎40.0‎ ‎50.0‎ ‎60.0‎ 电压U/V ‎2.14‎ ‎3.45‎ ‎4.23‎ ‎4.51‎ ‎5.00‎ ‎5.18‎ ‎(4)电路中C、R2和S2构成的回路的作用是_____________________________________。‎ ‎【答案】　(1)见解析图　(2)3.60 V　(3)图像见解析图 40 s　(4)使每次实验前电容器两极板上的电荷相中和 ‎【解析】　(1)根据电路图，实物图连线如图所示。‎ ‎(2)电压表的量程为6 V，分度值为0.1 V，所以读数为3.60 V。‎ ‎【反思总结】‎ ‎1.可以从以下角度创新,将电压表改成电压传感器直接连接电脑绘出Ut图像，可以减少因电表和秒表读数及作图带来的误差。如采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理。‎ ‎2.实验对象的变迁 ‎【跟踪短训】‎ ‎3. 现要测定一个额定电压2.5 V、额定功率约0.7 W的小灯泡的伏安特性曲线。‎ ‎(1)为了测量的电压能从零开始，测量误差较小，请在图甲中连好实物电路图。‎ ‎(2)合上开关前，滑动变阻器的滑动触头应置于滑动变阻器的________(填“左端”或“右端”)。‎ ‎(3)根据实验数据，描绘出的UI图像如图乙所示，由图可知，当灯泡的电压为1.80 V时，小灯丝电阻为________Ω，小灯泡的功率为________W(结果保留两位有效数字)。‎ 丙 ‎ (4)由图乙可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系，符合该关系的图像是图丙中的________。‎ ‎【答案】(1)见解析　(2)左端　(3)7.2　0.45　(4)D ‎【解析】(1)实物电路图如图所示。‎ ‎(4)由功率公式P＝可知，功率与电压的图像应为D。‎ 课后巩固 ● 课时作业 基础巩固 ‎1. 小华和小明在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，将实验数据记录在下表中：‎ 电压U/V ‎0.00‎ ‎0.20‎ ‎0.40‎ ‎0.70‎ ‎1.00‎ ‎1.30‎ ‎1.70‎ ‎2.10‎ ‎2.50‎ 电流I/A ‎0.00‎ ‎0.14‎ ‎0.24‎ ‎0.26‎ ‎0.37‎ ‎0.40‎ ‎0.43‎ ‎0.45‎ ‎0.46‎ ‎(1)实验室有两种滑动变阻器供选择：‎ A．滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω、额定电流3 A)‎ B．滑动变阻器(阻值范围0～2 000 Ω、额定电流1 A)‎ 实验中选择的滑动变阻器是________．(填写字母序号)‎ ‎(2)在图甲中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整．‎ ‎(3)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至________(选填“左”或“右”)端．‎ ‎(4)利用表中数据，在图乙中画出小灯泡的U－I图线．‎ ‎ ‎ ‎ (5)他们在U－I图象上找到小灯泡工作电压为2.0 V时坐标点，计算此状态的电阻值时，小明提出用图象上该点曲线斜率表示小灯泡的阻值；小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值．你认为________(选填“小华”或“小明”)的方法正确．‎ ‎【答案】　(1)A　(2)见解析图　(3)左　(4)见解析图 (5)小华 ‎(3)为了保护测量电路，开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至最左端．‎ ‎(4)小灯泡的U－I图线如图所示．‎ ‎(5)根据欧姆定律知，R＝，电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率，故小华正确．‎ ‎2. 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除标有“6 V、1.5 W”的小灯泡、导线和开关外，还有：‎ A.直流电源6 V(内阻不计)‎ B.直流电流表0～3 A(内阻0.1 Ω以下)‎ C.直流电流表0～300 mA(内阻约为5 Ω)‎ D.直流电压表0～15 V(内阻约为15 kΩ)‎ E.滑动变阻器“10 Ω　2 A”‎ F.滑动变阻器“1 kΩ　0.5 A”‎ 实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能多测几次。‎ ‎(1)实验中电流表应选用________，滑动变阻器应选用________。(均用序号表示)‎ ‎(2)试按要求在虚线方框甲中画出电路图。‎ ‎(3)根据电路图将图乙中所示器材连成实验电路。‎ ‎【答案】　(1)C　E　(2)如图所示 ‎(3)如图所示 ‎【解析】　(1)小灯泡的额定电流为0.25 A，估算其电阻为24 Ω，故为精确测量，电流表选C；为方便调节，滑动变阻器选E。‎ 综合应用 ‎3. 下图是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。‎ ‎(1)根据上图画出实验电路图；‎ ‎(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图中的①、②、③、④所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V。所示读数为：①________、②________、③‎ ‎________、④________。两组数据得到的电阻分别为________和________。‎ ‎【答案】(1)见解析 ‎(2)①0.10 A　②0.24 A　③2.00 V　④0.27 V ‎2．7(±0.1) Ω　8.3(±0.1) Ω[如填为8.3(±0.1) Ω ‎2．7(±0.1) Ω也行 ‎【解析】(1)实验电路图如图所示。‎ ‎4. 某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、定值电阻等。‎ ‎①使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆挡测量，示数如图(a)所示，读数为________Ω。据此应选择图中的 ________(填“b”或“c”)电路进行实验。‎ ‎②连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐________(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验。‎ ‎③上图(a)是根据实验数据作出的U－I图线，由图可判断元件________(填“X”或“Y”)是非线性元件。‎ ‎④该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R＝21 Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图(b)所示。闭合S1和S2，电压表读数为3.00 V；断开S2，读数为1.00 V，利用图7(a)可算得E＝________V，r＝________Ω(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)。‎ ‎【答案】　①10　b　②增大　③Y　④3.2　0.50‎ ‎5. 使用理想电压表、理想电流表、滑动变阻器、直流电源等仪器，研究一只小灯泡完整的伏安特性，测得I－U图象如图甲所示.已知滑动变阻器滑动片的有效移动长度为30 cm，变阻器的最大阻值为22.5 Ω，电源电动势为6 V，内阻不计.‎ ‎(1)在图乙的虚线框内，不改变滑动变阻器和电源的位置，补上电压表、电流表、灯泡，画出完整的电路图.要求滑动变阻器的滑动片向左滑动时，灯泡的电压增大.‎ ‎(2)根据I－U图象可知：从A到B的过程中灯泡的电阻逐渐__________(选填“增大”或“减小”)，改变的阻值为__________ Ω.‎ ‎(3)在获得A→B段图线数据的过程中，滑动变阻器的滑动片向左移动了________ cm的长度.‎ ‎【答案】　(1)见解析　(2)增大　5　(3)10‎ ‎【解析】(1)滑动变阻器采用分压接法，电流表内、外接法均可，滑动片左移灯泡电压变大，电路图如图所示.‎ ‎(3)由I－U图象可知，灯泡两端电压为U并＝3 V，滑动变阻器左半段电压为6 V－3 V＝3 V，通过灯泡的电流为IL＝0.2 A，由串并联电路特点有(＋0.2)(22.5－R)＝3，得R＝15 Ω；与灯泡并联的滑动变阻器电阻丝长度×30 cm＝20 cm，在获得A→B段图线数据的过程中，滑动变阻器的滑动片向左移动了30 cm－20 cm＝10 cm. ‎ 拔高专练 ‎6. 硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件。某实验小组设计如图甲电路，给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点)，探究其在无光照时的反向伏安特性。图中电压表V1的量程选用3 V，内阻为6.0 kΩ；电压表V2量程选用15 V，内阻约为30 kΩ；R0为保护电阻；直流电源电动势E约为12 V，内阻不计。‎ ‎(1)根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路。‎ ‎ ‎ ‎(2)用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S，调节变阻器R，读出电压表V1、V2的示数U1、U2。‎ ‎①某次测量时，电压表V1示数如图丙，则U1＝________V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为________mA(保留两位小数)。‎ ‎②该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9组U1、U2数据，算出相应的硅光电池两端反向电压Ux和通过的反向电流Ix(表中“－”表示反向)，并在坐标纸上建立IxUx坐标系，标出了与表中前5组Ux、Ix数据对应的5个坐标点。请你标出余下的4个坐标点，并绘出IxUx图线。‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ U1/V ‎0.00‎ ‎0.00‎ ‎0.06‎ ‎0.12‎ ‎0.24‎ ‎0.42‎ ‎0.72‎ ‎1.14‎ ‎1.74‎ U2/V ‎0.0‎ ‎1.0‎ ‎2.1‎ ‎3.1‎ ‎4.2‎ ‎5.4‎ ‎6.7‎ ‎8.1‎ ‎9.7‎ Ux/V ‎0.0‎ ‎－1.0‎ ‎－2.0‎ ‎－3.0‎ ‎－4.0‎ ‎－5.0‎ ‎－6.0‎ ‎－7.0‎ ‎－8.0‎ Ix/mA ‎0.00‎ ‎0.00‎ ‎－0.01‎ ‎－0.02‎ ‎－0.04‎ ‎－0.07‎ ‎－0.12‎ ‎－0.19‎ ‎－0.29‎ ‎③由IxUx图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，Ix与Ux成________(填“线性”或“非线性”)关系。‎ ‎【答案】见解析 ‎【解析】(1)连接电路如图所示 ‎ ‎