2020-2021年高考物理必考实验九：测绘小电珠的伏安特性曲线

2020-2021年高考物理必考实验九：测绘小电珠的伏安特性曲线

‎2020-2021年高考物理必考实验九：测绘小电珠的伏安特性曲线 ‎1.实验原理 ‎　　(1)测多组小电珠的U、I的值,并绘出I-U图象。‎ ‎(2)图线的斜率反映电流与电压和温度的关系。‎ ‎2.实验器材 ‎　　学生电源(4 V~6 V直流)或电池组、小电珠(3.8 V　0.3 A)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、坐标纸、导线若干。‎ ‎3.实验步骤 ‎　　(1)确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,按实验原理图连接好实验电路。‎ ‎　　(2)把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,接线经检查无误后,闭合开关S。‎ ‎(3)移动滑动变阻器的滑片,测出14组左右不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S。‎ U/V ‎0‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ I/A U/V ‎1.6‎ ‎2.0‎ ‎2.4‎ ‎2.8‎ ‎3.2‎ ‎3.6‎ ‎4.0‎ I/A ‎　　(4)拆除电路,整理仪器。‎ ‎4.数据处理 ‎　　(1)在坐标纸上以U为横轴,以I为纵轴,建立坐标系。‎ ‎(2)在坐标纸上描出各组数据所对应的点(坐标系纵轴和横轴的标度要适中,以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)。‎ ‎(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小电珠的伏安特性曲线。‎ ‎5.误差分析 ‎　　(1)由于电压表、电流表不是理想电表,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、作图带来的误差。‎ ‎6.注意事项 ‎　　(1)电路的连接方式 ‎①电流表应采用外接法:小电珠(3.8 V　0.3 A)的电阻很小,与0~0.6 A的电流表串联时,电流表的分压影响很大。‎ ‎②滑动变阻器应采用分压式接法:目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化。‎ ‎(2)闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应移到使小电珠分得电压为零的一端,使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。‎ ‎(3)I-U图线在U0=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0 V左右绘点要密,以防出现较大误差。‎ ‎(4)当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值记录I后马上断开开关。‎ ‎(5)误差较大的点舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线。‎ ‎【最新高考真题解析】‎ ‎1.（2020年全国II卷）某同学要研究一小灯泡L（3.6 V，0.30 A）伏安特性。所用器材有：电流表A1（量程200 mA，内阻Rg1=10.0 Ω），电流表A2（量程500 mA，内阻Rg2=1.0 Ω）、定值电阻R0（阻值R0=10.0 Ω）、滑动变阻器R1（最大阻值10 Ω）、电源E（电动势4.5 V，内阻很小）、开关S和若干导线。该同学设计的电路如图（a）所示。‎ ‎（1）根据图（a），在图（b）的实物图中画出连线______。‎ ‎（2）若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流，利用I1、I2、Rg1和R0写出：小灯泡两端的电压U=_______，流过小灯泡的电流I=_______。为保证小灯泡的安全，I1不能超过_______mA。‎ ‎（3）实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取 相应的I1和I2。所得实验数据在下表中给出。‎ I1/mA ‎32‎ ‎55‎ ‎85‎ ‎125‎ ‎144‎ ‎173‎ I2/mA ‎171‎ ‎229‎ ‎299‎ ‎379‎ ‎424‎ ‎470‎ 根据实验数据可算得，当I1=173 mA时，灯丝电阻R=_______Ω（保留1位小数）。‎ ‎（4）如果用另一个电阻替代定值电阻R0，其他不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所用电阻的阻值不能小于_______Ω（保留1位小数）。‎ ‎【答案】 (1). (2). (3). (4). 180 (5). 11.6 (6). 8.0‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）根据电路图连接实物图如图所示 ‎（2）①根据电路图可知灯泡两端的电压为电流表A1和R0的总电压，故根据欧姆定律有 ‎②根据并联电路特点可知流过小灯泡的电流为 ‎③因为小灯泡的额定电压为3.6V，故根据题目中已知数据带入①中可知I1不能超过180mA；‎ ‎（3）根据表中数据可知当I1=173mA时，I2=470mA；根据前面的分析代入数据可知此时灯泡两端的电压为U=3.46V；流过小灯泡的电流为I=297mA=0.297A；故根据欧姆定律可知此时小灯泡的电阻为 ‎（4）要测量完整的伏安特性曲线则灯泡两端的电压至少要达到3.6V，而电流表A1不能超过其量程200mA，此时结合①有 解得，即要完整的测量小灯泡伏安特性曲线所用电阻的阻值不能小于。‎ ‎2.（2020年江苏卷）某同学描绘一种电子元件的关系图象，采用的实验电路图如题图1所示，V为电压表，‎ mA为电流表，E为电源（电动势约），R为滑动变阻器（最大阻值），为定值电阻，S为开关。‎ ‎(1)请用笔画线代替导线，将题图2所示的实物电路连接完整____________。‎ ‎(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表：‎ 电压 ‎0.000‎ ‎0.250‎ ‎0.500‎ ‎0.650‎ ‎0.700‎ ‎0.725‎ ‎0.750‎ 电流 ‎0.00‎ ‎0.10‎ ‎0.25‎ ‎0.60‎ ‎1.70‎ ‎4.30‎ ‎7.50‎ 请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的图线____________。‎ ‎(3)根据作出的图线可知，该元件是_________（选填“线性”或“非线性”）元件。‎ ‎(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻，会导致的两个后果是_________。‎ A．电压和电流的测量误差增大 B．可能因电流过大烧坏待测元件 C．滑动变阻器允许的调节范围变小 D．待测元件两端电压的可调节范围变小 ‎【答案】 (1). (2). (3). 非线性元件 (4). BC ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)[1]根据题意连接电路如图 ‎(2)[2]根据表格中数据描点，并用平滑的曲线连接各点如图 ‎(3)[3]根据图像可知该元件是非线性元件。‎ ‎(4)[4]AB．图线上某点与原点连线的斜率为，根据元件的特性可知，当电压超过一定数值时，电流会急剧增大，所以电阻会急剧减小，若用导线代替，电流急剧增大，可能会烧坏待测元件，对电流表和电压表的测量误差无影响，A错误，B正确；‎ CD．根据图像可知待测元件电压范围小于，而电源电动势为，因为待测元件两端电压非常小，如果用导线代替，会导致滑动变阻器的调节范围变得非常小，难以调节，C正确，D错误。‎ 故选BC。‎ ‎【典例1】要测绘一个标有“3 V　0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线,小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,内阻约为1 Ω);‎ 电流表(量程为0~250 mA,内阻约为5 Ω);‎ 电压表(量程为0~3 V,内阻约为3 kΩ);‎ 开关一个、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(最大阻值为20 Ω,额定电流为1 A)‎ B.滑动变阻器(最大阻值为1750 Ω,额定电流为0.3 A)‎ ‎(2)实验的电路图应选用下列四个电路图中的　　　　(填字母代号)。 ‎ ‎(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示。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。 ‎ ‎【解析】(1)测绘小电珠的伏安特性曲线,要求能较大范围地测量数据,所以控制电路部分应用分压式接法,滑动变阻器应用最大阻值小、额定电流大的,故选A。‎ ‎(2)电珠的电阻R=U‎2‎P=15 Ω,额定电流I=PU=0.2 A,由R=15 Ω

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