2021版物理全能大一轮复习人教版：研典型例题·全提升实验九描绘小电珠的伏安特性曲线

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研 典型例题·全提升

热点一实验原理和器材选取

【典例1】为了测定一个“6.3 V　1 W”的小灯泡正常发光时的电阻,实验室提供了下列实验器材:

A.电流表A1:(200 mA,0.5 Ω)

B.电流表A2:(0.6 A,0.2 Ω)

C.电压表V1:(10 V,1 kΩ)

D.电压表V2:(15 V,1.5 kΩ)

E.电源E1=6 V,2 A

F.电源E2=9 V,1 A

G.滑动变阻器R2(0～20 Ω,0.8 W)

H.导线若干,电键一个。

实验时电源应选用__________,电流表应选用__________,电压表应选用__________。 

在线框中画出实验的电路图,要求测量误差尽可能小。

【解题指南】(1)根据小灯泡工作时的电流值和电压值选取电流表和电压表。

(2)根据小灯泡阻值与电流表、电压表的内阻大小关系判断电流表的内、外接法。

(3)根据滑动变阻器的额定电流判断滑动变阻器的分压、限流接法。

【解析】根据公式P=UI得,灯泡正常工作时的电流I== A≈0.159 A,所以需要选择200 mA的电流表A;灯泡的额定电压是6.3 V,所以需要选择量程10 V的电压表C和9 V的电源F;由于电源的电动势比较大,当选择20 Ω的滑动变阻器时,通过的电流:I′== A=0.45 A>I滑== A=0.2 A,所以20 Ω的滑动变阻器不能作为分压式接法的变阻器使用;

应作为限流电阻使用,选择限流接法;根据P=得灯泡的电阻R=≈40 Ω,由于电流表的内阻比小灯泡的电阻小很多,所以电流表采用内接法,电路如图。

答案:F　A　C　图见解析

热点二实验电路的连接和数据分析

【典例2】在一次测量小灯泡的电流和电压的关系过程中,聪明而又粗心的小刚连接了如图所示的电路,同组的小强发现有错,主张拆开重新连接,可是时间来不及了,小刚眼珠一转,在图示电路中增加一根导线,电路就正常了。问:

(1)如果闭合图示电路的开关,估计电压表的示数约为__________V,电流表的示数约为__________A。小灯泡的发光情况是__________(选填“发光”或“不发光”)。 

(2)请在本题图中画出小刚连接的那根导线。

(3)实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压):

请在图中画出小灯泡的U-I曲线。

(4)如果将题中的小灯泡直接与电动势是1.5 V,内阻是2.0 Ω 的电源连接,小灯泡的实际功率是_____　W。[若需作图,可直接画在第(3) 小题方格图中] 

【解析】因为电流表的内电阻很小,所以闭合开关后,小灯泡和定值电阻被电流表短路,只有电压表、电流表和滑动变阻器串联接入电路中,所以小灯泡不发光,又因为电压表的内电阻很大,所以它的示数接近电源电压3 V,而电流表的示数接近于零;小刚连接的导线如图中虚线所示,这样一连,把电压表并联在了灯泡两端,电流表测量通过灯泡的电流,滑动变阻器还能改变电路电流,即电压表“-”与灯泡右接线柱连接;

细心找出表中数据所对应的点,用平滑的曲线将这些点连接起来,就得到了所求作的U-I图线,如图中曲线

采用图解法,根据U=E-Ir,在图上作出电源的U-I图线,可得小灯泡工作电流为0.35 A,工作电压为0.80 V,因此小灯泡实际功率为0.28 W。

答案:见解析

热点三实验拓展与创新

【典例3】目前我国正大力推进节能环保产品的研发,其中光电子LED二极管在日常生活中有着非常广泛的应用。二极管具有单向导电性,某发光二极管的反向电阻无穷大,课外兴趣小组在实验室通过实验测得该发光二极管两端接正向电压U和通过它的电流I的多组数据,并在坐标纸上描绘出了该发光二极管的伏安特性曲线,如图甲所示。

实验室提供了以下器材:

A.电压表(量程0～3 V,内阻约20 kΩ)

B.电压表(量程0～15 V,内阻约100 kΩ)

C.电流表(量程0～50 mA,内阻约40 Ω)

D.电流表(量程0～0.6 A,内阻约2 Ω)

E.滑动变阻器(0～20 Ω,额定电流2 A)

F.滑动变阻器(0～500 Ω,额定电流10 A)

G.电源(电动势6 V,内阻不计)

H.开关、导线若干

(1)该小组在实验时,电压表选用__________,电流表选用__________,滑动变阻器选用__________。(填器材前面的字母代号) 

(2)在图乙所示的方框内画出电路图。

(3)现将此发光二极管与电动势为3 V、内阻r=1 Ω的电池组相连,为保护电源及发光二极管,电路中又串联一阻值R=99 Ω的电阻,则此时发光二极管的功率P=__________W。(结果保留两位有效数字) 

【创新角度】(1)描绘发光二极管的伏安特性曲线,而不是小电珠的。

(2)结合电源的I-U图线,分析发光二极管的功率,而不是电源的U-I图线。

【解析】(1)根据题图甲可知最大电压为2.80 V,最大电流为30.0 mA,所以电压表应选择A,电流表应选择C,为调节方便,滑动变阻器应选择E。

(2)通过估算二极管的阻值可知其满足>,所以电流表应外接。由于电流、电压均从零开始调节,所以滑动变阻器应采用分压式接法。

(3)由闭合电路欧姆定律知E=U+I(r+R),即U=3-100I(V),在I-U图象中作U=3-100I(V)的图线,由两图线交点可读出I=11 mA时对应的电压U=1.9 V,则P=UI=2.1×10-2 W。

答案:(1)A　C　E　(2)如图所示

(3)2.1×10-2

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