2019-2020年高三物理復(fù)習(xí) 第7章 實(shí)驗(yàn) 描繪小燈泡的伏安特性曲線學(xué)案.doc
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2019-2020年高三物理復(fù)習(xí) 第7章 實(shí)驗(yàn) 描繪小燈泡的伏安特性曲線學(xué)案 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1.描繪小燈泡的伏安特性曲線. 2.分析伏安特性曲線的變化規(guī)律. 實(shí)驗(yàn)原理 1.用________測出流過小燈泡的電流,用________測出小燈泡兩端的電壓,測出多組(U,I)值,在U-I坐標(biāo)系中描出各對應(yīng)點(diǎn),用________的曲線將這些點(diǎn)連接起來. 圖1 2.電路的選擇:本實(shí)驗(yàn)用伏安法測量在不同電壓下燈絲的電流和電壓,描繪出伏安特性曲線.由于使用的小燈泡是“3.8 V,0.3 A”的,正常發(fā)光時燈絲電阻約為13 Ω,阻值較小,因此應(yīng)該用電流表________電路;由于要測小燈泡在不同電壓下的電流、電壓,電壓取值范圍要盡量大,因此滑動變阻器應(yīng)該用________接法電路.電路圖如圖1所示. 實(shí)驗(yàn)器材 學(xué)生電源(4~6 V直流)、小燈泡“4 V,0.7 A”或“3.8 V,0.3 A”、電流表(內(nèi)阻較小)、電壓表(內(nèi)阻很大)、開關(guān)和導(dǎo)線、____________、坐標(biāo)紙、鉛筆. 實(shí)驗(yàn)步驟 1.確定電流表、電壓表的量程,照圖1連好電路.(注意開關(guān)應(yīng)______,滑動變阻器與燈泡并聯(lián)部分電阻為____) 2.閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電流表、電壓表有較小的明顯示數(shù),記錄一組電壓U和電流I的值. 3.用同樣的方法測量并記錄約12組U值和I值. 4.?dāng)嚅_開關(guān)S,整理好器材. 5.在坐標(biāo)紙上,以U為橫坐標(biāo)、I為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系,并根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn),連接各點(diǎn)得到I-U圖線.(注意:連接各點(diǎn)時,不要出現(xiàn)折線) 數(shù)據(jù)處理 根據(jù)測量的數(shù)據(jù)把電壓表和電流表的各組數(shù)據(jù)填入下表中,然后作出I-U圖線. 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 電壓U/V 電流I/A 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 描繪出的圖線是一條______.它的斜率隨電壓的增大而______,這表明小燈泡的電阻隨電壓(溫度)升高而______.燈絲的電阻率隨溫度的升高而增大.燈絲不發(fā)光時溫度是室溫,正常發(fā)光時溫度很高,其電阻率的變化是很顯著的,所以燈絲的阻值隨小燈泡兩端電壓的升高而明顯增大,其I-U圖線不再是過原點(diǎn)的直線. 注意事項(xiàng) 1.本實(shí)驗(yàn)中被測小燈泡燈絲的電阻值較小,因此測量電路必須采用電流表外接法. 2.滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法:目的是為了使小燈泡兩端的電壓能從0開始連續(xù)變化. 3.I-U圖線在U0=1.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲,故在U=1.0 V左右繪點(diǎn)要密,以防出現(xiàn)較大誤差. 4.建立坐標(biāo)系時,縱軸表示電流,橫軸表示電壓,兩坐標(biāo)軸選取的標(biāo)度要合理,使得根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出的圖線盡量占滿坐標(biāo)紙. 誤差分析 1.測量電路存在系統(tǒng)誤差,未考慮電壓表的分流,造成測得的I值比真實(shí)值大. 2.描繪I-U圖線時作圖不準(zhǔn)確造成的偶然誤差. 3.測量時讀數(shù)不準(zhǔn)確和在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)不準(zhǔn)確引起的誤差. 題型一 實(shí)驗(yàn)儀器及電路的選擇 【例1】 (xx海淀模擬)在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中,可供選擇的實(shí)驗(yàn)儀器如下: 器材 規(guī)格 器材 規(guī)格 小燈泡 標(biāo)有“3.8 V, 0.3 A”字樣 滑動變阻器R1 最大阻值10 Ω,額定電流1.0 A 電壓表V 量程0~5 V,內(nèi)阻約5 kΩ 滑動變阻器R2 最大阻值 1 kΩ,額定電流0.5 A 電流表A1 量程0~100 mA,內(nèi)阻約4 Ω 直流電源E 電動勢約為6 V,內(nèi)阻約為0.5 Ω 電流表A2 量程0~500 mA,內(nèi)阻約0.4 Ω 導(dǎo)線、電鍵等 (1)在上述器材中,滑動變阻器應(yīng)選________,電流表應(yīng)選________. (2)在圖2中用筆畫線代替導(dǎo)線,把實(shí)驗(yàn)儀器連接成完整的實(shí)驗(yàn)電路. 圖2 圖3 (3)利用實(shí)驗(yàn)中得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在I-U坐標(biāo)系中,描繪出了如圖3所示的小燈泡的伏安特性曲線.根據(jù)此圖給出的信息,可以判斷出下圖中正確的是(圖中P為小燈泡功率)( ) [規(guī)范思維] 題型二 伏安特性曲線的描繪及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用 【例2】 影響物質(zhì)材料電阻率的因素很多,一般金屬材料的電阻率隨溫度的升高而增大,而半導(dǎo)體材料的電阻率則與之相反,隨溫度的升高而減?。痴n題研究組需要研究某種導(dǎo)電材料的導(dǎo)電規(guī)律,他們用該種導(dǎo)電材料制作成電阻較小的元件Z做實(shí)驗(yàn),測量元件Z中的電流隨兩端電壓從零逐漸增大過程中的變化規(guī)律. (1)他們應(yīng)選用下圖中所示的哪個電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn).( ) (2)①由(1)實(shí)驗(yàn)測得元件Z的電壓與電流的關(guān)系如下表所示.根據(jù)表中數(shù)據(jù)請在圖4中作出元件Z的I-U圖線. U/V 0 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.50 1.60 I/A 0 0.20 0.45 0.80 1.25 1.80 2.80 3.20 圖4 ②根據(jù)Z的I-U圖線可判斷元件Z是金屬材料還是半導(dǎo)體材料? 圖5 ③把元件Z和電阻R接入如圖5所示的電路中,由實(shí)驗(yàn)測得電阻R的I-U圖線如圖4所示.已知電源的電動勢E=1.5 V,內(nèi)阻不計.閉合電鍵S,電路穩(wěn)定時,元件Z消耗的電功率為________W. [規(guī)范思維] [針對訓(xùn)練] (xx廣東34(2))在“描繪小電珠的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中,所用器材有:小電珠(2.5 V,0.6 W),滑動變阻器,多用電表,電流表,學(xué)生電源,開關(guān),導(dǎo)線若干. ①粗測小電珠的電阻,應(yīng)選擇多用電表________倍率的電阻擋(請?zhí)顚憽?”、“10”或“100”);調(diào)零后,將表筆分別與小電珠的兩極連接,示數(shù)如圖6,結(jié)果為________Ω. 圖6 ②實(shí)驗(yàn)中使用多用電表測量電壓,請根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖7完成實(shí)物圖8中的連線. 圖7 圖8 ③開關(guān)閉合前,應(yīng)將滑動變阻器的滑片P置于________端,為使小電珠亮度增加,P應(yīng)由中點(diǎn)向______________端滑動. ④下表為電壓等間隔變化測得的數(shù)據(jù),為了獲得更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)圖象,必須在相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)________間多測幾組數(shù)據(jù)(請?zhí)顚憽癮b”、“bc”、“cd”、“de”或“ef”). 數(shù)據(jù)點(diǎn) a b c d e f U/V 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 I/A 0.000 0.122 0.156 0.185 0.216 0.244 圖9 1.(xx天津理綜3)為探究小燈泡L的伏安特性,連好如圖9所示的電路后閉合開關(guān),通過移動變阻器的滑片,使小燈泡中的電流由零開始逐漸增大,直到小燈泡正常發(fā)光,由電流表和電壓表得到的多組讀數(shù)描繪出的U-I圖象應(yīng)是( ) 2.(xx浙江高考22Ⅰ)如圖10所示,在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中,同組同學(xué)已經(jīng)完成部分導(dǎo)線的連接,請你在實(shí)物接線圖中完成余下導(dǎo)線的連接. 圖10 3.(xx天津塘沽區(qū)模擬)表格中所列數(shù)據(jù)是測量小燈泡U-I關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù): U(V) 0.0 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 I(A) 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215 (1)分析表格內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)電路圖是圖11中的________(選填“甲”或“乙”); 圖11 (2)在如圖12所示的方格紙內(nèi)畫出小燈泡的U-I曲線.分析曲線可知小燈泡的電阻值隨I變大而________(選填“變大”、“變小”或“不變”); 圖12 圖13 (3)如圖13所示,用一個定值電阻R和兩個上述小燈泡組成串并聯(lián)電路,連接到內(nèi)阻不計、電動勢為3 V的電源上.已知流過電阻R的電流是流過燈泡L2電流的兩倍,則流過燈泡L1的電流約為________A. 4.(xx福建理綜19(2))某研究性學(xué)習(xí)小組為了制作一種傳感器,需要選用一電器元件.圖14為該電器元件的伏安特性曲線,有同學(xué)對其提出質(zhì)疑,現(xiàn)需進(jìn)一步驗(yàn)證該伏安特性曲線,實(shí)驗(yàn)室備有下列器材: 器材(代號) 規(guī)格 電流表(A1) 量程0~50 mA,內(nèi)阻約為50 Ω 電流表(A2) 量程0~200 mA,內(nèi)阻約為10 Ω 電壓表(V1) 量程0~3 V,內(nèi)阻約為10 kΩ 電壓表(V2) 量程0~15 V,內(nèi)阻約為25 kΩ 滑動變阻器(R1) 阻值范圍0~15 Ω,允許最大電流1 A 滑動變阻器(R2 阻值范圍0~1 kΩ,允許最大電流100 mA 直流電源(E) 輸出電壓6 V,內(nèi)阻不計 開關(guān)(S)、導(dǎo)線若干 圖14 (1)為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度,電流表應(yīng)選用______;電壓表應(yīng)選用________;滑動變阻器應(yīng)選用__________.(以上均填器材代號) (2)為達(dá)到上述目的,請在虛線框圖15中畫出正確的實(shí)驗(yàn)電路原理圖,并標(biāo)明所用器材的代號. 圖15 (3)若發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)測得的伏安特性曲線與圖中曲線基本吻合,請說明該伏安特性曲線與小電珠的伏安特性曲線有何異同點(diǎn)? 相同點(diǎn): ________________________________________________________________________. 不同點(diǎn): ________________________________________________________________________. 5.(xx梅州模擬)小燈泡燈絲的電阻會隨溫度的升高而變大.某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象,用實(shí)驗(yàn)描繪小燈泡的伏安特性曲線.實(shí)驗(yàn)可供選擇的器材有: A.小燈泡(規(guī)格為“2.5 V,1.2 W”) B.電流表A(量程為0~0.6 A,內(nèi)阻為1 Ω) C.電壓表V(量程為0~3 V,內(nèi)阻未知) D.滑動變阻器(0~10 Ω,額定電流為1 A) E.滑動變阻器(0~5 Ω,額定電流為0.5 A) F.電源(E=3 V,內(nèi)阻不計) G.定值電阻R0(阻值R0=6 Ω) H.開關(guān)一個和導(dǎo)線若干 (1)要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化,且能盡量消除系統(tǒng)誤差,在方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖. (2)實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)該選用的滑動變阻器是______(填寫器材前字母代號). 圖16 (3)按照正確的電路圖,該同學(xué)測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:(I是電流表A的示數(shù),U是電壓表V的示數(shù),U燈是小燈泡兩端的實(shí)際電壓).請通過計算補(bǔ)全表格中的空格,然后在圖16中畫出小燈泡的伏安特性曲線. I/A 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.48 U/V 0.08 0.15 0.25 0.40 0.60 0.90 1.30 1.85 2.50 3.00 U燈/V (4)該同學(xué)將與本實(shí)驗(yàn)中一樣的兩個小燈泡以及給定的定值電阻R0三者一起串聯(lián)接在本實(shí)驗(yàn)中提供的電源兩端,則每個燈泡的實(shí)際功率是________W. 6.(xx濟(jì)南市高三模擬)某學(xué)習(xí)小組通過實(shí)驗(yàn)來研究電器元件Z的伏安特性曲線.他們在實(shí)驗(yàn)中測得電器元件Z兩端的電壓與通過它的電流的數(shù)據(jù)如下表: U/V 0.00 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 I/A 0.00 0.10 0.20 0.30 0.36 0.38 0.40 現(xiàn)備有下列器材: A.低壓直流電源:電壓6 V,內(nèi)阻不計 B.電流表:量程為0~0.6 A~3 A,0.6 A內(nèi)阻約為10 Ω,3 A內(nèi)阻約為2 Ω C.電壓表:量程為0~3 V~15 V,3 V內(nèi)阻約為7.2 kΩ,15 V內(nèi)阻約為36 kΩ D.滑動變阻器:阻值為0~10 Ω,額定電流為3 A E.電鍵K,導(dǎo)線若干 (1)按提供的器材,在實(shí)物圖17(a)上連接正確的實(shí)驗(yàn)電路,要求測量誤差盡可能?。? 圖17 (2)利用這些數(shù)據(jù)繪出的電器元件Z的伏安特性曲線如圖17(b)所示,分析曲線說明通過電器元件Z的電流隨電壓變化的特點(diǎn). (3)若把電器元件Z接入如圖17(c)所示的電路中時,通過Z的電流為0.10 A,已知A、B兩端電壓恒為1.5 V,則此時燈泡L的功率為________W. 實(shí)驗(yàn)學(xué)案36 描繪小燈泡的伏安特性曲線 【基礎(chǔ)自主落實(shí)】 實(shí)驗(yàn)原理 1.電流表 電壓表 一條平滑 2.外接法 分壓式 實(shí)驗(yàn)器材 滑動變阻器 實(shí)驗(yàn)步驟 1.?dāng)嚅_ 零 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 曲線 減小 增大 【熱點(diǎn)題型精析】 例1 (1)R1 A2 (2)見解析圖 (3)BD 解析 (1)為方便電路調(diào)節(jié),滑動變阻器應(yīng)選擇R1;小燈泡正常工作時I額=0.3 A=300 mA>100 mA,故電流表應(yīng)選A2. (2)因?yàn)橐笮襞? 上的電壓從0開始增大,滑動變阻器應(yīng)選用分壓式接法;而小燈泡正常工作時R燈== Ω≈13 ΩRV=5 kΩ,故電流表應(yīng)選擇外接法,其實(shí)驗(yàn)電路如圖所示. (3)在I-U圖象中,圖線斜率逐漸減小,小燈泡的R逐漸增大;由P=知在P-U2圖象中,圖線的斜率應(yīng)逐漸減小,故B正確;由P=I2R在P-I2圖象中圖線的斜率R應(yīng)逐漸增大,故D正確. [規(guī)范思維] (1)電路選擇要根據(jù)具體的情況來進(jìn)行確定.(2)實(shí)驗(yàn)原理是確定電路的首要條件.(3)各個用電器的作用要明確,選擇電路要根據(jù)需要來進(jìn)行選擇. 例2 (1)A (2)①見解析圖?、诎雽?dǎo)體材料 ③0.64(0.60~0.68) 解析 (1)由測量的數(shù)據(jù)及題目要求可知,滑動變阻器應(yīng)采取分壓式接法.因?yàn)樵的電阻較小,所以電流表應(yīng)外接,因此實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)選A圖. (2)①描點(diǎn)畫出元件Z的I-U圖線如下圖曲線所示.②由I-U圖線可知,Z是半導(dǎo)體材料.③當(dāng)電流強(qiáng)度為0.80 A時,元件Z兩端的電壓為0.80 V,定值電阻R上的電壓為0.70 V,此時元件Z上消耗的電功率為0.64 W. [規(guī)范思維] (1)在描繪伏安特性曲線時應(yīng)連成平滑的曲線,而不能是折線.如果這些點(diǎn)大致在一條直線上,則應(yīng)描成一條直線,讓不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè).(2)從I-U圖線判斷元件的電阻變化,進(jìn)而判斷材料性質(zhì). [針對訓(xùn)練] ①1 7.5 ②如解析圖所示 ③a b?、躠b 解析?、傩‰娭?2.5 V,0.6 W)對應(yīng)電阻為R= Ω=10.4 Ω,所以選“1”擋. ②電流表的電阻也就幾歐,與電壓表幾千歐相比,小電珠的電阻算小電阻,所以電流表必須外接,伏安特性曲線要求電壓從0開始逐漸變大,所以滑動變阻器必須采用分壓接法. ③從a端開始,電壓為零,向b端移動,對小電珠所加電壓逐漸變大. ④ab之間電流增加了0.122 A,其他各段電流增加了0.03 A左右.所以需要在ab之間將電流分為0.030 A、0.060 A、0.090 A,分別測出相應(yīng)的電壓值. 【課時效果檢測】 1.C [小燈泡中的電流逐漸增大時燈絲的溫度升高,其電阻率增大,導(dǎo)致電阻R增大.只有C選項(xiàng)對.] 2.見解析 解析 滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法,如圖所示 3.(1)甲 (2)U-I曲線見解析 變大 (3)0.21 解析 (1)從表中數(shù)據(jù)可看出,小燈泡兩端電壓可以從零開始調(diào)節(jié),這說明滑動變阻器應(yīng)選用分壓式接法,故應(yīng)選用甲圖. (2)在方格紙上根據(jù)U-I數(shù)據(jù)描點(diǎn)、連線,其U-I圖象如下圖所示.隨U和I的增大,圖線上各點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率越來越大,故其電阻變大. (3)因流過電阻R的電流是流過燈泡L2電流的兩倍,則流過燈泡L1的電流是流過燈泡L2電流的3倍,而燈泡L1、L2兩端的電壓之和為3 V,在(2)描出的U-I圖象中,找出一個電流I對應(yīng)的電壓U1,再找出3I對應(yīng)的電壓U2,直到U1+U2=3 V為止. 最后得出結(jié)果,流過燈泡L1的電流約為0.21 A. 4.(1)A2 V1 R1 (2)電路圖如下圖所示 (3)伏安特性曲線都是非線性的. 小電珠的伏安特性曲線表明隨電流和電壓的增大電阻值增大,而該元件的伏安特性曲線表明隨電流和電壓的增大電阻值減小 解析 (1)從圖中所給的伏安特性曲線看出,最大電流不超過0.14 A,大于電流表A1的量程,小于電流表A2的量程,所以電流表選擇A2.圖中的最大電壓不超過V1的量程,且V1的測量更精確,R1的最大阻值與所給的伏安特性曲線反映的元件的電阻值相當(dāng),且I1== A=0.4 A<1 A,而R2的阻值太大,所以選擇R1.(2)待測元件的電阻滿足RA- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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