教科版 (2019)必修 第三册5 实验:描绘I-U特性曲线获奖ppt课件

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5　实验：描绘I－U特性曲线
1.知道I－U特性曲线及其特点，知道线性元件与非线性元件的区别(难点)。2.掌握描绘小灯泡的I－U特性曲线的原理和方法，会用图像法处理实验数据(重点)。
一、导体的I－U特性曲线
二、实验：描绘I－U特性曲线
1.I－U特性曲线：以 为纵轴，以 为横轴，这样画出的电学元件的I－U图像叫作电学元件的I－U特性曲线。2.线性元件和非线性元件(1)线性元件：I－U特性曲线是一条过原点的 ，如金属导体、电解质溶液。(2)非线性元件：I－U特性曲线是一条 ，如气态导体和半导体元件。
3.I－U图像与U－I图像
　(2023·绵阳科学城第一中学高二期中)如图所示是某导体的I－U图线，图中α＝45°，下列说法不正确的是A.通过该导体的电流与其两端的电压成正比B.此导体的电阻R不变C.I－U图线的斜率表示电阻的倒数，所以R＝ Ω ＝1 ΩD.在该导体两端加6 V电压时，每秒通过导体截面的电荷量是3 C
由题图可知，通过该导体的电流与其两端的电压成正比，故A说法正确，不符合题意；
　(多选)(2022·仙游一中高二期中)如图是A、B两个导体的I－U特性曲线，其中图线A的斜率为k，并且图线A与横轴成α角。下列关于这两个导体的I－U特性曲线的说法正确的是A.两条图线的交点表示此状态下两导体的电阻相等B.导体A的电阻值不随电压变化而变化C.导体B是非线性元件，曲线上某点切线的斜率为相 应状态的电阻的倒数D.B的电阻随电压的增大而减小
I－U图像中图线上的点与原点的连线的斜率表示电阻的倒数，根据题图图像可知，导体A的电阻值不随电压变化而变化，导体B的电阻随电压的增大而减小，故C错误，B、D正确。
实验：描绘I－U特性曲线
1.实验设计(1)测量电路：用电流表测量通过小灯泡的电流，用电压表测量小灯泡两端的电压。由于小灯泡的电阻远小于电压表的内阻，实验时采用电流表____接法。(2)控制电路：利用两节干电池作为电源，使用滑动变阻器改变通过小灯泡的电流和它两端的电压。实验时，我们希望小灯泡两端的电压在零至额定电压之间变化，因此控制电路中滑动变阻器采用 接法。(3)实验电路图
2.实验操作(1)按电路图连接电路。(2)将滑动变阻器的滑片P置于 ，使小灯泡L两端的电压为 ，检查电路无误后， 开关S。(3)将滑片P逐渐向B端移动，让电压表每次读数的变化量相等，直到达到小灯泡的额定电压。读出若干组电压表的示数U及相应的电流表的示数I，记录在下面的表格中。
(4)断开开关S，拆除电路，整理器材。(5)如图所示，在坐标纸上建立平面直角坐标系。以纵坐标表示电流I，横坐标表示电压U，根据实验得到的数据在坐标系上描点，并用 曲线连接起来，便得到小灯泡的I－U特性曲线。
　为了描绘标有“3 V　0.15 A”的小灯泡的I－U特性曲线，要求小灯泡的电压能从零开始变化。所给器材如下：①电流表(0～200 mA，内阻约1 Ω)；②电压表(0～3 V，内阻约5 kΩ)；③滑动变阻器(0～10 Ω，0.5 A)；④电源(3 V)；⑤开关一个，导线若干为了准确描绘小灯泡的I－U特性曲线，实验电路图应选择选项图中的____。
(2023·成都市高二期中)有一个小灯泡上标有“3 V,1.5 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的伏安特性曲线，有下列器材供选用：A.电压表(0～5 V，内阻约10 kΩ)B.电压表(0～10 V，内阻约20 kΩ)C.电流表(0～0.3 V，内阻约1 Ω)D.电流表(0～0.6 V，内阻约0.4 Ω)E.滑动变阻器(5 Ω，1 A)F.滑动变阻器(500 Ω，0.2 A)G.学生电源(直流输出4 V)及开关、导线等(1)实验中电压表应选用____，电流表应选用___，为使实验误差尽量减小，要求电压表从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用____(用序号字母表示)。
小灯泡额定电压为3 V，故电压表应选择0～5 V的量程，故电压表选A。
由于本实验要求电压表从零开始调节，故滑动变阻器应采用分压接法，为了方便调节，使电表示数变化明显，滑动变阻器应选择阻值较小的，故选择E。
(2)请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。
答案　见解析图　见解析图
故电流表应采用外接法，滑动变阻器采用分压接法，电路图如图所示。
根据电路图可得出对应的实物图如图所示。
　某同学用如图甲所示电路，测绘标有“3.8 V 0.3 A”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图像。
(1)根据实验数据，计算并描绘出R－U的图像如图乙所示。由图像可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为_____ Ω；当所加电压为3.00 V时，灯丝电阻为______ Ω，灯泡实际消耗的电功率为_____ W。
(2)根据R－U图像，可确定小灯泡消耗电功率P与外加电压U的关系。符合该关系的示意图是____。
考点一　导体的I－U特性曲线1.(多选)如图所示，图线a对应导体的电阻为R1，图线b对应导体的电阻为R2，则下列说法中正确的是A.R1∶R2＝1∶3B.R1∶R2＝3∶1C.若通过R1与R2的电流相等，则它们两端的电压之比U1∶U2＝1∶3D.若R1与R2两端的电压相等，则通过它们的电流之比I1∶I2＝1∶3
因为该图线是I－U图线，则图线的斜率的倒数表示电阻，所以电阻之比为R1∶R2＝1∶3，故A正确，B错误；若通过R1与R2的电流相等，电压之比等于电阻之比，则它们两端的电压之比U1∶U2＝1∶3，故C正确；若R1与R2两端的电压相等，电流之比等于电阻的反比，则通过它们的电流之比I1∶I2＝3∶1，故D错误.
2.(2023·凉山宁南中学高二期末)小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为图线在P点的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则下列说法不正确的是
图线上的点与原点连线的斜率倒数等于电阻大小，随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大，故C正确；
3.如图所示，为某晶体二极管的I－U特性曲线，当二极管上所加正向电压从0.5 V增加至0.85 V时，I－U特性曲线先是曲线，后来逐渐趋于一条直线，可知该二极管正向电阻阻值A.先减小后不变 B.先增大后不变C.一直减小 D.一直增大
在晶体二极管的I－U特性曲线中，图线上各点与坐标原点连线的斜率的倒数等于二极管的电阻，由题图图像可知，各点与坐标原点连线的斜率一直增大，则该二极管的正向电阻阻值一直减小，故选C。
4.(2023·内江市高二期末)如图所示，为A、B两电阻的I－U特性曲线，关于两电阻的相关描述正确的是A.在两图线交点处，电阻A的阻值大于电阻B的阻值B.在两图线交点处，电阻A的阻值等于电阻B的阻值C.电阻A的阻值随电压的增大而减小，电阻B的阻值不变D.在两图线交点状态下，电阻A消耗的电功率大于电阻B消耗的电功率
在两图线交点处，两电阻的电压、电流均相同，根据欧姆定律可知，电阻相同，故A错误，B正确；I－U图像中图线上点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，由题图知，电阻A的阻值随电压的增大而增大，故C错误；
在两图线交点状态下，两电阻的电压、电流均相同，电阻A消耗的电功率等于电阻B消耗的电功率，故D错误。
考点二　实验：描绘I－U特性曲线5.在“描述小灯泡的I－U特性曲线”的实验中。(1)实验要求小灯泡两端电压从零开始调节，请将图甲实物连线补齐；
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化。故滑动变阻器应该采用分压式接法，故实物图如图所示。
(2)如图甲，在闭合开关之前应将滑动变阻器的滑片移到最______端(选填“左”或“右”)；
实验前应将滑动变阻器的滑片移到最左端；
(3)由实验得到小灯泡的I－U特性曲线如图乙，直线是A点切线，则在A点对应的灯泡电阻等于_____Ω；随着电压的增大，灯泡的电阻_______(选填“增大”或“减小”)。
由题图乙可知，在A点时小灯泡的电阻
I－U图线上的点与原点连线的斜率的倒数表示电阻，由题图乙可知，斜率减小，灯泡电阻增大。
6.(2023·内江资中县球溪高级中学月考)某实验小组要描绘小灯泡(2.5 V,0.5 W)的I－U特性曲线，实验室提供以下器材可供选择：A.直流电源3 VB.电压表V1(量程为0～3 V，内阻约为3 kΩ)C.电压表V2(量程为0～15 V，内阻约为25 kΩ)D.电压表A1(量程为0～300 mA，内阻约为5 Ω)E.电压表A2(量程为0～600 mA，内阻约为10 Ω)F.滑动变阻器R1(最大阻值100 Ω，允许通过的最大电流为0.5 A)G.滑动变阻器R2(最大阻值10 Ω，允许通过的最大电流为2 A)实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化，并能进行多次测量。(1)实验中电压表应选用____，电流表应选用____，滑动变阻器应选用____。(均填器材前的字母标号)
小灯泡的额定电压为2.5 V，电压表的量程为0～3 V便可，故电压表选B。
为了保证电流表读数的准确性，电流表选D。实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化，并能进行多次测量，滑动变阻器采用分压式接法，滑动变阻器最大阻值较小时，采用分压式接法能使小灯泡两端电压变化更加均匀，作出的图像更加准确，所以滑动变阻器选G。
(2)请在方框中画出实验使用的电路图，仪器用题目中的符号表示。
滑动变阻器采用分压式接法，由于小灯泡的电阻比较小，电流表采用外接法，实验电路如图所示。
(3)根据实验数据，作出的小灯泡I－U图线如图所示，由此可知，当电压为1.5 V时，小灯泡的电阻为______ Ω(结果保留2位有效数字)，由图可知，随着电压的增大，小灯泡的电阻_______(选填“增大”或“减小”)。
根据欧姆定律可知，在I－U图线上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，故随着电压的增大，小灯泡电阻增大。
7.如图甲为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I－U关系曲线图。(1)为了通过测量得到如图甲所示的I－U关系的完整曲线，在图乙和丙两个电路中应选择的是图_______；简要说明理由：__________________________________________(电源电压为9 V，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)。
电压要从零开始连续变化且电压取值范围广
要描绘I－U特性曲线，电压要从零开始连续变化且电压取值范围广，滑动变阻器应采用分压式接法，故选择的是题图乙。
(2)在图丁的电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω，由热敏电阻的I－U关系曲线可知，热敏电阻两端电压为______ V，电阻R2的阻值为_______ Ω。
热敏电阻和R2串联后与R1并联，电流表测量干路电流，已知电源电压和R1的电阻可求出流经它的电流I1＝ A＝36 mA，又因为电流表示数为70 mA，所以通过热敏电阻的电流
8.(2022·莆田第十五中学高二期末)某一导体的I－U特性曲线如图中AB段(曲线)所示，关于导体的电阻，以下说法正确的是A.B点对应的电阻为12 ΩB.B点对应的电阻为4 ΩC.工作状态从A变化到B时，导体的电阻改变了10 ΩD.工作状态从A变化到B时，导体的电阻改变了1 Ω
9.(2021·全国甲卷改编)某同学用图甲所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有：小灯泡(额定电压2.5 V，额定电流0.3 A)电压表(量程300 mV，内阻300 Ω)电流表(量程300 mA，内阻0.27 Ω)定值电阻R0滑动变阻器R1(阻值0～20 Ω)电阻箱R2(最大阻值9999.9 Ω)电源E(电压6 V，内阻不计)开关S、导线若干。
完成下列填空：(1)有3个阻值分别为10 Ω、20 Ω、30 Ω的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在0～300 mA的U－I曲线，R0应选取阻值为_____ Ω的定值电阻；
小灯泡额定电压2.5 V，电源电压6 V，则滑动滑动变阻器的滑片时，为了保证电路安全，需要定值电阻分担的电压U＝6 V－2.5 V＝3.5 V
则为了描绘小灯泡在0～300 mA的U－I曲线，R0应选取阻值为10 Ω的定值电阻；
(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的_____(填“a”或“b”)端；
为了保护电路，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的a端；
(3)在流过电流表的电流较小时，将电阻箱R2的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数U、I，结果如图乙所示。当流过电流表的电流为10 mA时，小灯泡的电阻为______ Ω(保留1位有效数字)；
由题图可知当流过电流表的电流为10 mA时，小灯泡两端电压为7 mV，此时R2＝0，RV≫R，则电压表分流可忽略不计，小灯泡的电阻为
(4)为使得电压表满量程时对应小灯泡两端的电压为3 V，该同学经计算知，应将R2的阻值调整为_______ Ω。然后调节滑动变阻器R1，测得数据如下表所示：
解得R2＝2 700 Ω
(5)由图乙和上表可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻______ (填“增大”“减小”或“不变”)。