2021版高考物理大一轮复习通用版课件：实验九　描绘小电珠的伏安特性曲线课件PPT

这是一份2021版高考物理大一轮复习通用版课件：实验九　描绘小电珠的伏安特性曲线课件PPT，共34页。PPT课件主要包含了热点一教材原型实验，热点二实验拓展创新，I1Rg1＋R0，I2－I1，非线性等内容，欢迎下载使用。
例1 [2020·全国卷Ⅱ，23]某同学要研究一小灯泡L(3.6 V，0.30 A)的伏安特性．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．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)．
练1　某物理兴趣小组要描绘一个标有“3 V　0.8 W”的小灯泡的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增大，且尽量减小实验误差．可供选用的器材除导线、开关外，还有：a．电池组(电动势为4.5 V，内阻约为1 Ω)；b．电流表(量程为0～300 mA，内阻约为1 Ω)；c．电压表(量程为0～3 V，内阻约为3 kΩ)；d．滑动变阻器(最大阻值为20 Ω，额定电流为1 A)．
(1)实验电路应选用下图中的________(填选项字母)．
(2)请按照(1)中正确选择的实验电路，补充完成下图中的实物连线．
(3)以电压表的示数U为横轴，以电流表的示数I为纵轴，根据实验得到的多组数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线，如下图所示．由图象可知，随着电压的增大，小灯泡的电阻________(选填“增大”或“减小”)，发生这一变化的原因是_______________________________．(4)从图象可知，当灯泡中电流为0.26 A时，小灯泡的功率为________W(结果保留两位有效数字)．
灯丝电阻率随灯丝温度的升高而增大
练2　[2020·湖北汉川二中质量检测]某小组要做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验，所选用的器材如下：A．小灯泡(5.5 V　0.55 A)B．学生电源(电动势为9 V，内阻约1 Ω)C．电流表A(量程为0～0.6 A，内阻约0.2 Ω；量程为0～3 A，内阻约0.04 Ω)D．电压表V(量程为0～3 V，内阻约3 kΩ；量程为0～15 V，内阻约15 kΩ)E．滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω，最大允许电流1 A)F．滑动变阻器R2(最大阻值1 500 Ω，最大允许电流0.3 A)G．开关一个、导线若干
(1)请在虚线框中画出实验电路图，并标出选择的滑动变阻器．(2)请根据(1)中所画的电路图，补充完成图甲中实物电路的连线．
(4)某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示．现把实验中使用的小灯泡接到如图丁所示的电路中，其中电源电动势E＝6 V，内阻r＝1 Ω，定值电阻R＝9 Ω，此时灯泡的实际功率为______________W(结果保留两位有效数字)．
0.84(0.78～0.90)
解析：(4)设小灯泡两端的电压为U，通过小灯泡的电流为I，由闭合电路欧姆定律得U＝E－I(R＋r)＝6 V－10I，在图丙中作出电源的U­I图象，图象的交点坐标即为通过小灯泡的电流及小灯泡两端的电压，由图丙可知，U＝2.2 V(2.1 V～2.3 V均可)，I＝0.38 A(0.37 A～0.39 A均可)，则小灯泡的实际功率为P＝UI＝2.2 V×0.38 A≈0.84 W(0.78 W～0.90 W均可)．
题型1|描绘其他物理元件的变化曲线例2 [2020·江苏卷，10]某同学描绘一种电子元件的I ­ U关系图象，采用的实验电路图如图1所示， 为电压表， 为电流表，E为电源(电动势约6 V)，R为滑动变阻器(最大阻值20 Ω)，R0为定值电阻，S为开关．(1)请用笔画线代替导线，将图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：请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的I-U图线．(3)根据作出的I-U图线可知，该元件是________(选填“线性”或“非线性”)元件．
解析：(2)由表格中的数据在题图上按着标度描出对应的各点，然后用平滑的曲线连接，使尽可能多的点位于曲线上，如图乙所示．(3)根据作出的I-U图线可知，待测元件为非线性元件．
(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻R0，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
解析：(4)根据电路的原理图可知，若用导线代替电路中的定值电阻R0，在调节滑动变阻器滑片时所允许的调节范围会变小，此时若调节滑动变阻器滑片，稍有不慎就会使通过待测元件的电流过大，烧坏待测元件或电流表，BC正确；电压测量值与待测元件两端电压一致，即测量值误差不变，A错误；去掉R0，导线不分电压，待测元件两端电压可调节范围变大，D错误．
题后反思本实验是描绘小灯泡的伏安特性曲线实验的拓展和延伸．相似处：(1)涉及电流表的外接法，滑动变阻器的分压式接法；(2)考查了描绘待测元件的I­U图线；(3)得出该待测元件为非线性元件．不同处：考查了定值电阻R0的作用——保护待测元件和电流表不被烧坏，使滑动变阻器允许的调节范围变大．
题型2测量小灯泡的额定功率例3 [2021·大连模拟]有一只标值为“2.5 V，x W”的小灯泡，其额定功率的标值已模糊不清．某同学想通过测绘灯丝伏安特性曲线的方法来测出该灯泡的额定功率．(1)已知小灯泡的灯丝电阻约为5 Ω，请先在图甲中补全伏安法测量灯丝电阻的电路图，再选择电流表、电压表的合适量程，并按图甲连接方式将图乙中的实物连成完整的电路．
解析：(1)小灯泡电阻较小，所以，电流表外接，电路图及实物图如图所示．
(2)开关S闭合之前，将图乙中滑动变阻器的滑片应置于________(选填“A端”“B端”或“AB正中间”)．(3)该同学通过实验作出灯丝的伏安特性曲线如图丙所示，则小灯泡的额定功率为________W.
解析：(2)开关S闭合前，被测电路两端电压应最小，滑片应置于B端．(3)由题图丙知，灯泡两端额定电压为2.5 V时，电流为I＝0.44 A，所以灯泡的额定功率P＝UI＝2.5×0.44 W＝1.1 W.
练3　[2020·全国卷Ⅲ，23]已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)．(1)在虚线框中所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图．
解析：(1)由于滑动变阻器的最大阻值比待测电阻的阻值小得多，因此滑动变阻器应用分压式接法，由于电压表可视为理想电表，则电流表应用外接法，电路图如答图所示．
(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值．若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为________ kΩ(保留2位有效数字)．实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图(a)所示．(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ.由图(a)求得，此时室温为________ ℃(保留3位有效数字)．
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图(b)所示．图中，E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警．若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中________(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________ kΩ(保留2位有效数字)．
练4　[2020·江西八校联考]小宇有一台带USB接口的小型电风扇，额定电压为5.0 V，额定功率为2 W．他想通过实验描绘出这台小电风扇的伏安特性曲线．他在实验室中没有找到合适的电压表，但找到了导线、开关，还有以下器材：A．电源E(电动势为6.0 V)B．电流表A1(量程为0～0.6 A，内阻为0.2 Ω)C．电流表A2(量程0～150 mA，内阻为0.5 Ω)D．滑动变阻器R1(最大阻值100 Ω)E．滑动变阻器R2(最大阻值10 Ω)F．固定电阻 R3＝40 ΩG．固定电阻R4＝20 Ω(1)为了便于调节，减小读数误差和系统误差，实验中滑动变阻器应选用________；固定电阻应选用________．(填所选仪器前的字母序号)
(2)请你为他设计实验电路，并把电路图画在甲图中的方框内．(3)小宇在实验过程中发现，小电风扇在电流表A1读数小于0.11 A时电风扇没有转动．他通过实验描绘出I1(电流表A1的读数)、I2(电流表A2的读数)的图象如图乙所示(I1为0.11 A时，I2为10 mA)．由此可以判定，小电风扇的电阻为________Ω，正常工作时的发热功率为________W，机械效率为________．(结果均保留2位有效数字)
练5　 [2019·全国卷Ⅱ，23]某小组利用图(a)所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中 和 为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100 Ω)；S为开关，E为电源．实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出．图(b)是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管U-t关系曲线．