届高考物理备考分类突破专题实验九描绘小电珠的伏安特性曲线Word文件下载.docx
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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UI图线,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.保护元件安全:
为保护元件不被烧毁,开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端。
加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。
热点一 实验原理及电路设计
[2016·
天津理综·
9(3)]某同学想要描绘标有“3.8V 0.3A”字样小灯泡L的伏安特性曲线,要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。
可供该同学选用的器材除开关、导线外,还有:
电压表V1(量程0~3V,内阻等于3kΩ)
电压表V2(量程0~15V,内阻等于15kΩ)
电流表A1(量程0~200mA,内阻等于10Ω)
电流表A2(量程0~3A,内阻等于0.1Ω)
滑动变阻器R1(0~10Ω,额定电流2A)
滑动变阻器R2(0~1kΩ,额定电流0.5A)
定值电阻R3(阻值等于1Ω)
定值电阻R4(阻值等于10Ω)
定值电阻R5(阻值等于1kΩ)
电源E(E=6V,内阻不计)
(1)请画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。
(2)该同学描绘出的IU图象应是下图中的________。
解析:
描绘小灯泡的伏安特性曲线时,要求“测量数据尽量精确、绘制曲线完整”,从电表的量程来看,V1、A1量程偏小,直接测量灯泡的电压、电流时,曲线不完整,若用V2、A2测量灯泡的电压、电流时,读数不够精确。
题目中给了滑动变阻器和几个定值电阻,我们可以采用定值电阻分压、分流的方式扩大电表的量程,准确读出灯泡的电流值、电压值,绘制完整的曲线。
(1)电路图如图所示,滑动变阻器的选择:
R2的阻值太大,调节不灵敏,故选R1。
与电流表A1并联的电阻:
由于A1的内阻为10Ω,若选R4为并联电阻,则量程为0~0.4A,若并联阻值过小,电流表读数偏小,读数欠精确。
与电压表串联的电阻:
分压电阻的阻值应该与电压表V1的内阻具有可比性,故选择R5作为分压电阻,此时量程为0~4V。
(2)灯丝的电阻率随温度的升高而增大,其阻值也随温度的升高而增大,则IU图线的斜率应越来越小,图B正确。
答案:
(1)图见解析
(2)B
热点二 实验数据处理及分析
[2015·
福建理综·
19
(2)]某学习小组探究一小灯泡在不同电压下的电功率大小,实验器材如图甲所示,现已完成部分导线的连接。
(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中,电流表的示数从零开始逐渐增大,请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接;
(2)某次测量,电流表指针偏转如图乙所示,则电流表的示数为________A;
(3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示,根据图线判断,将________只相同的小灯泡并联后,直接与电动势为3V、内阻为1Ω的电源组成闭合回路,可使小灯泡的总功率最大,其总功率的值约为________W(保留两位小数)。
(1)实物接线图见答案;
(2)由图知电流表量程为0.6A,所以读数为0.44A;
(3)电源内阻为1Ω,所以当外电路总电阻等于电源内阻时,电源的输出功率最大,即小灯泡的总功率最大,此时外电路电压等于内电压等于1.5V,由图丙知当小灯泡电压等于1.5V时电流约为0.38A,此时电阻约为R=
=3.95Ω≈4Ω,并联后的总电阻为1Ω,所以需要4个小灯泡并联,小灯泡消耗的总功率约为P=
=
W=2.25W。
(1)连线如图
(2)0.44 (3)4 2.25
热点三 实验的改进与创新
1.由描绘小电珠的伏安特性曲线
2.由描绘小电珠的伏安特性曲线
3.数据处理方式的改进
采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理。
广东理综·
34
(2)]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3kΩ)、电流表(内阻约为1Ω)、定值电阻等。
(a)
(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1(a)所示,读数为________Ω。
据此应选择图1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。
图2
(3)图2(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=21Ω的定值电阻,测量待测电池的电动势E和内阻r,电路如图2(b)所示。
闭合S1和S2,电压表读数为3.00V;
断开S2,读数为1.00V,利用图2(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)。
(1)欧姆表的读数R=示数×
倍率,得R=10Ω;
根据实验电路产生误差的原因知应选用电流表外接,故选择“b”电路进行实验。
(2)滑动变阻器的滑片P从左向右滑动,R左增大,待测电阻两端的电压增大,所以电流表的示数增大。
(3)根据伏安特性曲线知,X为线性元件,Y为非线性元件,且RX=10Ω。
(4)由闭合电路欧姆定律:
S1、S2均闭合,有U1=
RX
S1闭合,S2断开,有U2=
解以上两式得r=0.50Ω,E=3.2V
(1)10 b
(2)增大 (3)Y (4)3.2 0.50
1.某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线,可供选用的器材如下:
小灯泡L,规格“4.0V 0.7A”;
电流表A1,量程0~3A,内阻约为0.1Ω;
电流表A2,量程0~0.6A,内阻r2=0.2Ω;
电压表V,量程0~3V,内阻rV=9kΩ;
标准电阻R1,阻值1Ω;
标准电阻R2,阻值3kΩ;
滑动变阻器R,阻值范围0~10Ω;
学生电源E,电动势6V,内阻不计;
开关S及导线若干。
(1)甲同学设计了如图甲所示的电路来进行测量,当通过L的电流为0.46A时,电压表的示数如图乙所示,此时L的电阻为________Ω。
(2)乙同学又设计了如图丙所示的电路来进行测量,电压表指针指在最大刻度时,加在L上的电压值是________V。
(1)由题意可知电压表的满偏电压为3.0V,则图示电压为2.30V,所以L的电阻为R=
Ω=5.0Ω。
(2)由题意可知电压表的满偏电压为3.0V,则通过电压表的电流为I=
A=
mA,此时通过定值电阻R2的电流也是I=
mA,则定值电阻R2两端的电压为U2=IR2=
mA×
3000Ω=1.0V,所以灯泡L两端的电压为U=U1+U2=4.0V。
(1)5.0
(2)4.0
2.(2015·
浙江理综·
22)图1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)根据图1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2中的①、②、③、④所示,电流表量程为0.6A,电压表量程为3V。
所示读数为:
①________、②________、③________、④________。
两组数据得到的电阻分别为________和________。
(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线电压、电流需要从“0”调起,变阻器用分压接法,小灯泡电阻比较小,电流表要外接,电路图如图所示。
(2)电流表量程为0.6A时,最小刻度为0.02A,读数读到小数点后两位,所以①表示数为0.10A,②表示数为0.24A;
电压表量程为3V,最小刻度为0.1V,应估读到0.01V,所以③表示数为2.00V,④表示数为0.27V,根据欧姆定律R1=
=8.3Ω,R2=
Ω=2.7Ω。
(1)见解析
(2)①0.10A ②0.24A ③2.00V ④0.27V 2.7(±
0.1)Ω 8.3(±
0.1)Ω
3.甲同学要描绘一个标有“3.6V 1.2W”的小灯泡的伏安特性曲线,除了导线和开关外,还有下列器材可供选择:
电压表V(量程为5V,内阻约为5kΩ)
直流电源E(电动势为4.5V,内阻不计)
电流表A1(量程为350mA,内阻约为1Ω)
电流表A2(量程150mA,内阻约为2Ω)
滑动变阻器R1(阻值为0~200Ω)
滑动变阻器R2(阻值为0~10Ω)
(1)实验中电流表应选________,滑动变阻器应选________;
(填写器材代号)以下的四个电路中应选用________进行实验。
(2)根据所选电路图,请在图1中用笔画线代替导线,把实验器材连接成完整的实验电路。
图3
(3)实验中得到了8组数据,该同学通过描点连线得到了小灯泡的伏安特性曲线,如图2所示。
将同种规格的两个这样的小灯泡并联后再与R=10Ω的定值电阻串联,接在电动势为8V、内阻不计的电源上,如图3所示。
则闭合开关S后,电流表的示数为________A,两个小灯泡的总功率为________W。
(1)规格为“3.6V 1.2W”的小灯泡正常工作时通过其中的电流为I=P/U=0.33A,所以选择量程为350mA的电流表A1。
描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验电路中滑动变阻器采用分压式接法,滑动变阻器应选阻值为0~10Ω的滑动变阻器R2。
由于小灯泡电阻较小,电流表采用外接法,所以应选用电路A进行实验。
(3)设每个灯泡中电流为I,小灯泡两端电压为U,由闭合电路欧姆定律得E=U+2IR,变换为I=
E-
U,在小灯泡的伏安特性曲线中画出该函数图象,如图乙所示,两图线交点对应的纵坐标值0.3A即电流表的示数,交点对应的纵坐标值和横坐标值的乘积为一个小灯泡的实际功率,P1=UI=2.1×
0.3W=0.63W,两个小灯泡的总功率为P=2P1=2×
0.63W=1.26W。
(1)A1 R2 A
(2)连接成完整的实验电路如图甲所示 (3)0.3 1.26
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