届高考物理实验特训精品实验特训8 描绘小灯泡的伏安特性曲线Word下载.docx
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(用笔画线代替导线)
图实81
(2)现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻,电路中的电阻R1应选________Ω的定值电阻。
(3)测量结束后,应先断开开关,拆除________两端的导线,再拆除其他导线,最后整理好器材。
(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上,并作出了一条直线,如图实82所示。
请指出图像中不恰当的地方。
图实82
[答案]
(1)连线如图所示。
(2)10(3)电池(4)图线不应画为直线;
横坐标的标度不合适
[考点总结·
要点谨记]
1.滑动变阻器的分压式与限流式的接法[对应第
(1)题]
(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(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)。
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.保护电阻的计算问题[对应第
(2)题],电阻R1接在供电电路中,对电路起到保护作用,当滑动变阻器阻值最大时,保护测量电路中用电器及电表不被烧坏。
小灯泡与滑动变阻器的并联电阻值约为3.3Ω,则12V-3V=
4.描点作图时应注意的问题[对应第(4)题]
(1)根据数据描出的点,若不是在一条直线上,则应用平滑的曲线进行连接,不能用直线或折线连接。
(2)画出的图线分布范围尽量不要太靠近坐标轴一侧,通过修改两坐标的标度值即可。
考点二数据处理与误差分析
[典例2]物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡,其标称功率值为0.75W,额定电压值已模糊不清。
他们想测定其额定电压值,于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2Ω,然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U=
=
V=1.22V。
他们怀疑所得电压值不准确,于是,再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路,测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制灯泡的UI图线,进而分析灯泡的额定电压。
A.电压表V(量程3V,内阻约3kΩ)B.电流表A1(量程150mA,内阻约2Ω)
C.电流表A2(量程500mA,内阻约0.6Ω)D.滑动变阻器R1(0~20Ω)
E.滑动变阻器R2(0~100Ω)F.电源E(电动势4.0V,内阻不计)
G.开关S和导线若干H.待测灯泡L(额定功率0.75W,额定电压未知)
(1)在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图,指出上述器材中,电流表选择________(填“A1”或“A2”);
滑动变阻器选择________(填“R1”或“R2”)。
(2)在实验过程中,该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加,当电压达到1.23V时,发现灯泡亮度很暗,当达到2.70V时,发现灯泡已过亮,便立即断开开关,并将所测数据记录在下边表格中。
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.70
I/mA
80
155
195
227
255
279
310
请你根据表中实验数据在图实86中作出灯泡的UI图线。
图实86
(3)由图像得出该灯泡的额定电压应为______V;
这一结果大于1.22V,其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[答案]
(1)电路原理图如图甲所示A2R1
(2)如图乙所示
(3)2.5(2.4~2.6均可)
灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻(或灯泡电阻随温度升高而变大)
甲乙
2.处理数据的方法和能力[对应第
(2)题]
(1)观察和分析表格中的数据;
(2)利用表格中的数据在坐标图纸上描点;
(3)用平滑的曲线连结描出的点;
(4)根据描绘的图线分析小灯泡的工作状态。
3.利用图像处理数据和分析实验结果[对应第(3)题]
(1)图像纵横坐标的乘积表示功率;
(2)结合小灯泡的实际工作过程分析实验结果。
考点三实验的改进与创新
[典例3](2019·
福建高考)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实810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3V,内阻为6.0kΩ;
电压表V2量程选用15V,内阻约为30kΩ;
R0为保护电阻;
直流电源电动势E约为12V,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。
图实810
(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。
8
9
U1/V
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
-1.0
-2.0
-3.0
-4.0
-5.0
-6.0
-7.0
-8.0
Ix/mA
-0.01
-0.02
-0.04
-0.07
-0.12
-0.19
-0.29
图实811
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]
(1)连接电路如图所示
(2)①1.400.23②描点绘出IxUx图线如图所示③非线性
1.实验原理的创新[对应题干部分]
(1)本实验描绘的不是小灯泡的伏安特性曲线,而是硅光电池不产生电能时,作为一个电子元件的伏安特性曲线。
(2)本实验描绘的是给硅光电池加反向电压时的反向伏安特性。
3.数据处理的创新[对应第
(2)题①问],
(1)电压表的读数方法。
(2)由于电压表V1的内阻已知,可通过I=
4.描点、连线作图能力[对应第
(2)题②问]
5.读图、用图的能力[对应第
(2)题③问]
根据图像分析:
若图线是直线,则Ix与Ux成线性关系;
若图线是曲线,则Ix与Ux成非线性关系。
本实验还可以从以下三个方面改进和创新:
(1)描绘二极管的伏安特性曲线;
(2)描绘太阳能电池在没有光照时的伏安特性曲线;
(3)测定小灯泡在不同电压下的电功率;
描绘小灯泡电功率P与两端电压的平方U2的曲线。
1.描绘小电珠伏安特性曲线的实验电路如图5所示,所用小电珠的额定电压是3.8V.关于该实验的系统误差,下列说法中正确的是()
图5
A.主要是由电压表的分流引起的
B.主要是由电流表的分压引起的
C.主要是由于忽略电源内阻引起的
D.主要是由读数时的估读引起的
【答案】A
【解析】由于小电珠的电阻比较小,所以采用电流表外接的方法.此时电压表的测量值是准确的,但是电流表的测量值和真实值相比要大,原因是电压表分流.
2.为探究小电珠L的伏安特性,连好如图6所示的电路后闭合开关S,通过移动变阻器的滑片,使小电珠中的电流由零开始逐渐增大,直到小电珠正常发光,由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U-I图象应是图中的()
图6
【答案】C
【解析】小电珠中的电流逐渐增大时其温度升高,导致电阻R增大,所以UI图线的斜率增大,故C项正确.
3.(2019·
武汉联考)在做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验时,所用器材有:
电动势为6V的电源、额定电压为2.5V的小电珠,以及符合实验要求的滑动变阻器、电表、开关和导线.要求能测出尽可能多组数据.图7是没有连接完整的实物电路(已连接好的导线有a、b、c、d、e、f六根).
图7
(1)请你用笔画线代替导线,将实物电路连接完整;
(2)连好电路,闭合开关,移动变阻器滑片P,发现小电珠始终不亮,但电压表有示数,电流表几乎不偏转,则故障的原因可能是______________________________________;
(3)排除故障后闭合开关,移动滑片P到某处,电压表的示数为2.2V,要测量小电珠的额定功率,应将滑片P向____(填“左”或“右”)端滑动;
(4)通过移动滑片P,分别记下了多组对应的电压表和电流表的读数,并绘制成了如图8所示的U-I图象.根据U-I图象提供的信息,可计算出小电珠的额定功率是________W;
图8
(5)图线是曲线而不是过原点的直线,原因是_________________________________.
【答案】
(1)连线如图所示
(2)c段导线断路或小电珠损坏
(3)右(4)0.5(5)小电珠的电阻会随温度的升高而增大
4.在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中,除标有“6V1.5W”字样的小电珠、导线和开关外,还有下列器材:
A.直流电源(6V,内阻不计)
B.直流电流表(量程为3A,内阻0.1Ω以下)
C.直流电流表(量程为300mA,内阻约为5Ω)
D.直流电压表(量程为10V,内阻约为15kΩ)
E.滑动变阻器(10Ω2A)
F.滑动变阻器(1kΩ0.5A)
实验要求小电珠两端的电压从零开始变化并能进行多次测量.
(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)在虚线框内画出实验电路图.
(3)试将如图9所示的器材连成实物电路.
图9
(1)CE
(2)、(3)见解析图
【解析】
(1)由于I额=
=250mA,故电流表应选C;
因要求小电珠两端的电压从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法,应选小阻值的E.
(2)实验电路图如图所示
(3)实物连接图如图所示.
5.(2019·
云浮模拟)一个标有“3.8V0.3A”字样的小电珠,其灯丝的电阻会随温度的升高而变化.一探究性学习小组在实验室研究这一问题,现实验室备有以下实验器材:
器材名称
代号
参数
电池组
电压表
电流表
滑动变阻器
固定电阻
开关
导线
E
V1
V2
A1
A2
R1
R2
R0
S
M
电动势9V,内阻0.5Ω
量程0~5V,内阻2.0kΩ
量程0~15V,内阻3.0kΩ
量程0~0.3A,内阻2.0Ω
量程0~6A,内阻0.4Ω
0~10Ω,额定电流2A
0~100Ω,额定电流0.5A
5Ω,额定电流5A
一个
若干
实验时要求测量范围尽可能大,且要求电珠两端的电压从0开始调节,测量结果尽可能准确.
(1)现在有图10所示的a,b,c,d四个电路,其中可选用的电路图为________.
图10
图11
(2)在实验中,应当选用的实验器材有电压表________,电流表________,滑动变阻器________.(填器材名称代号)
(3)该小组某同学通过实验描绘出小电珠的U-I图线,如图11所示,试根据图线中给出的数据,求出小电珠在工作点A和B的电阻值分别为________、________.
(1)d
(2)V1A1R1(3)6.3Ω10Ω
(1)要求电珠上的电压从0开始调节,因此滑动变阻器要用分压式接法,a、b图错误,c图中滑动变阻器上串联保护电阻,因此,电珠上的电压也不能从0开始连续调节,所以应选图d.
(2)选取电表时,电表的量程要稍大于被测元件的最大值,因为电珠标有“3.8V,0.3A”,因此,电压表选择V1;
电流表选择A1;
滑动变阻器为分压式接法,应选总阻值较小的滑动变阻器R1.
(3)根据R=U/I得A点电阻为6.3Ω(结果为5.9~6.5Ω都对),B点电阻为10Ω.
6.发光晶体二极管是用电器上做指示灯用的一种电子元件.它的电路符号如图12所示,
图12
正常使用时,带“+”的一端接高电势,带“-”的一端接低电势.某同学用实验方法探究二极管的伏安特性,现测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示.
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
2.6
2.8
3.0
0.9
2.3
4.3
6.8
13.0
19.0
24.0
30.0
37.0
(1)在虚线框内画出实验电路图.(除电源、开关、滑动变阻器外,实验用电压表V:
内阻RV约为10kΩ,电流表mA:
内阻RA约为100Ω)
(2)在图13中的小方格纸上用描点法画出二极管的伏安特性曲线.
图13
(3)根据
(2)中画出的二极管的伏安特性曲线,简要说明发光二极管的电阻与其两端电压的关系:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(1)实验电路图如图所示
(2)伏安特性曲线如图所示
(3)发光二极管的电阻随其两端电压的增大而呈现非线性减小
(1)同时测定二极管上的电流和电压时,由欧姆定律分析表格中的每一组数据,可以看出发光二极管的电阻是变化的,变化的范围大约在100~500Ω之间.故电流表的内阻对测量影响较大,利用电流表外接法误差小.而测量数据从0开始,滑动变阻器采用分压式接法,才能得到足够多的数据.
(2)将表格提供的数据在方格纸上描点,平滑连接各点可画出UI图线.
(3)发光二极管的电阻随其两端电压的增大而呈现非线性减小.
7.(2019·
丹东调研)小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大,因而引起功率变化.一研究性学习小组在实验室通过实验研究这一问题,实验室备有的器材是:
电压表(0~3V,约3kΩ),电流表(0~0.6A,约0.1Ω),电池,开关,滑动变阻器,待测小灯泡,导线若干.实验时,要求小灯泡两端电压从0逐渐增大到额定电压.
(1)在虚线框内画出实验电路图.
(2)根据实验测得数据描绘出如图所示的U-I图象,小灯泡电压随电流变化曲线,由此可知,小灯泡电阻R随温度的升高而________.(填“变大”“不变”或“变小”)
图14
(3)如果一电池的电动势为2V,内阻为2.5Ω.请你根据上述实验的结果,确定小灯泡接在该电池的两端,小灯泡的实际功率是________W.
(1)实验电路图如图所示.
(2)变大(3)0.44(0.39~0.48都得分)
【解析】根据题目要求,小灯泡两端电压从0逐渐增大到额定电压,应该设计成分压电路;
由于小灯泡电阻不大,电流表内接.由小灯泡电压随电流变化曲线可知,图线上点的纵横坐标比值随电流的增大而增大,说明小灯泡的电阻R随电流的增大而增大.而电流增大则导致灯丝温度升高,所以小灯泡的电阻R随温度T升高而增大.在题给的小灯泡电压随电流变化曲线上作出电池的伏安特性曲线,该曲线与小灯泡电压随电流变化曲线的交点对应的纵横坐标值(0.40,1.10)即为小灯泡的电压和电流,小灯泡的实际功率是P=UI=1.10×
0.40W=0.44W.
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